便捷式可穿戴救援设备设计

摘要

本文采用资料搜集等方式获得大量数据和信息，以分析洪涝灾害发生时的问题与困难以及救援设备现状，找出救援设备的优势、劣势和发展趋势，通过使用环境、功能实现和造型分析确定便携式救援设备所具备的救援防护作用和救生的作用程度，达到合理保护使用者的生命安全的效用。对传统救援设备的功能性和实用性进行优化和改进，以最大限度地减少溺水伤害，实现及时救援，从而有效地提升救援效率。防护功能统一，为便携式救援设备提供理论依据和实践框架，对于救援设备设计有一定的参考和利用价值。

关键词：便携;可穿戴;救援设备

目    录

第 1 章  引言

1.1  研究背景

1.2  洪涝灾害发生时的问题与困难

1.3  近岸救援设备的重要性

1.4  国内外研究现状

1.4.1  国外研究现状

1.4.2  国内研究现状

1.4.3  文献评述

第 2 章  现阶段救援设备分析概述

2.1  救援设备现状

2.1.1  优势

2.3.2  劣势

2.2  救援设备发展趋势

第 3 章  可穿戴便捷救援设计应用

3.1  使用环境

3.2  功能实现

3.3  造型分析

3.2.1  材质

3.2.2  尺寸

3.2.3  色彩

3.2.4  人身比例

第 4 章  设计与实践

4.1  草图

4.2  模型

4.3  展示

第 5 章  结论

参考文献

致    谢

第 1 章 引言

1.1 研究背景

根据卫生部的2021调查报告，每年中国有57000因溺水而丧生。根据计算，每天有156人因溺水而丧生。[1]因此，堤岸和船舶上配备的救生设备对于在溺水事件和洪涝灾害发生后获得救生至关重要，也是最后一道防线，能够拯救溺水者的生命。洪涝灾害造成的损失是巨大的，但是救援设备可以在一定程度上减轻这些损失。因此，堤坝、港口和船舶上的救援设备对于保障船舶安全至关重要。[2]

近几年，随着经济的发展，水上休闲运动项目得到愈来愈多人的喜爱，但是溺水事故也不可避免地出现。[3]由于娱乐场所游客量多，面积大，一旦出现溺水事故，很难及时得到救援。因此，我国政府非常重视溺水问题，采取了多种措施，如开展幼儿水上健康教育、水上安全警示及其洪涝灾害救生规范等，以减少溺水事故的发生率。溺水事件发生地域广，包括水体河流、公共场所和人造游泳娱乐设施等。在水域环境下落水过程发生的严重意外伤害，短时间内就可呼吸心跳停止导致死亡，进程快，具有显著的突发性。[4]随着水下运动的发展，溺水事故的数量急剧增加，而救援设备的落后和及时采取的救援措施也使得人们面临着更大的挑战，为应对洪涝灾害和突发溺水事件，人们对救援装置的安全与效用提出了更高的要求。

1.2  洪涝灾害发生时的问题与困难

洪涝灾害是一种极具破坏性的天然灾难，它不但给我国带来了极大的损失，而且也影响到了经济社会发展。[5]由于自然界各种原因和经济社会各类因素的错综复杂性互相影响，洪涝灾害的产生带有极强的不确定性和随意性，严重阻碍了我国可持续发展的实现。一旦洪水出现，将会对受害民众的人身安全构成严重威胁。因此，洪涝灾害发生时绝大部分安全教育中提到的救人方法是：一旦看到有人溺水，首先要大声呼救，并迅速报警。同样，应该向水面抛掷救生圈、木块等漂浮物，或者在岸边利用长竹竿和绳索拖拽溺水者，但是一定不能贸然下水救人。为了防止救援人员溺水，最佳的做法是防止非专业救援人员下水。[6]然而，由于漂浮物难以寻找，即便寻找了，能够有效地将其运送到溺水者周围，并对其提供有效支撑的可能性也非常小。

1.3  近岸救援设备的重要性

如果溺水者处于无人管辖的水域，而且没有专业人员提供救援，他们只能依靠周围群众的帮助。岸边的人可能会毫不犹豫地跳入水底进行施救，但是如果没有穿戴专业的救援设备，这些救援人员可能会因为缺乏救生技巧和体力不足而失去自救能力，最终导致自身溺水。

1.4 国内外研究现状

1.4.1  国外研究现状

Oporia Frederick(2022)等人设计了一种自热充气救生衣，它保持了原有救生衣的充气效果和便携性，还可以起到辅助加热作用。是一种性能优异的自热充气救生衣，具有很大的应用价值。[7]Locklund Lotta E(2021)等人对套装和救生衣组合在水中的热性能进行了研究，结果表明，衣服和救生衣的组合有效地降低了水中的传导和对流传热系数，表明救生衣提供了更好的隔热效果。[8]Venema Allart M(2021)等人评估了救生衣对单个救援人员基础生命支持质量的影响。并得出结论：救生艇船员穿戴的救生衣对基础生命支持质量有着显著影响。这项研究为优化救生艇船员的基础生命支持技能提供了宝贵的投入。[9]

1.4.2  国内研究现状

罗梦薇(2022)等人对国内外现存的多类救生衣进行了收集调查和对比分析，描述了救生衣的研究背景和社会需求，并从能源利用、用户主动性、功能拓展和体验优化等方面对救生衣的未来研究提出了思考与展望。[10]魏羽(2021)等人针对海浪将幼儿与其父母冲散会造成心理恐慌甚至有生命危险，设计了一款兼具供热和GPS定位搜寻功能的亲子救生衣系统。能够最大限度地保障水上人的生命安全，该设计在安全保障以及事故发生率方面的控制有着较大的意义。[11]李培正(2021)提出将具有AIS定位和发射功能的装置，内置在救生衣中，构成可定位报警的智能化自触发式救生衣。有利于迅速准确地对搜救目标进行定位和跟踪，为遇险人员营救提供一条更快速、有效的生命通道。[12]郭添新(2020)等人试图找出自动充气救生衣在满足救助环境需求、功能性、安全性等方面存在的不足，并对产品进行针对性改进，虽然存在诸多不足之处，也为该型救生衣的设计提供一种新的思路和有益的尝试。[13]李萌(2019)等人着重阐述了水上连体式救生衣的创新性能特点，相比常见的救生衣其安全性与适体性的优势较为突出，最后指出了新型水上救生衣的研发方向。[14]祁浩伟(2018)等人论述了国内外对救生装备不同设计考量和研究思路，从救生设备的专业性能和服用者的穿戴生理、心理直观感受等方面进行分析，以对救生装备的研究开发提供参考和借鉴。[15]

1.4.3  文献评述

国内外的学者对救援装置进行了大量的研究，设计了多种救生设备，这些救生设备为本文的新型救援装置提供设计思路和想法。但是目前国内外学者的研究多集中救援装置的单人救援能力方面，而忽略了对救援装置群体救援的需求。国内外的学者对救生衣在救援过程中的性能展开了较为深入的研究，而对于救援装置在救援过程中的群体救援能力的研究较少，因此，设计一款可供多人求生的救援设备具有重要意义。

第 2 章 现阶段救援设备分析概述

2.1  救援设备现状

2.1.1  优势

当前，我国近岸救援设备以救生衣和救生圈为主，它们是每个人登上船只时必不可少的救援物品。救生衣作为一种紧急逃生装备，其最大的优势在于穿着方便，而且，即使在穿着者体力不支昏迷时，也能够确保他们在水中保持安全的状态。为了避免被淹没或呛水，穿着者的脸部在救生衣的作用下一直保持高于水面，以确保安全。[16]

救生衣的保温性能可以有效地减缓落水者等待救援的时间，使得消防救援人员在水温较低的情况下，能够更加轻松地完成救援任务，而且不会对他们的体能造成太大的影响。[17]

表 1  各类救生衣优点

救生圈是一种广泛使用的救援设备，它可以在池塘或河流旁边安装，也可以在洪涝灾害发生时，用作船舶人员或旅客的救生浮具。根据供给浮力的材料，救生圈可以分成充气式和非充气式两种。[18]

表 2  各类救生圈优点

2.3.2  劣势

尽管中国少数大中城市水域周围设置了简易救援设备，但由于功用单一，在突发性溺水险情下救援效率不高，无法有效地应付多样的洪水灾难和溺水事件。[19]为此，有些地方采取了临时措施，在水域周围设置一个救生圈或救生杆等单一功能物品，但这种设施的摆放地点、固定方式和时间设置都未能充分考虑到实际功能需求，使得救援设施的使用变得毫无意义。

目前，用于水上救援的救援设备存在一些缺陷，救生衣只能作为遇难者在水中的救援工具，而不能提供救援后的安全保障。救生艇是必不可少的紧急救援装置，但它的尺寸较大，质量较重，不易于使用和遥控，而且在恶劣的环境下，它也无法发挥最大的救援效率。弹射式救援装置可以有效地抵御外界环境的影响，但是由于其精度较低，在紧急情况下，需要耗费大量的时间和精力才能完成救援任务，会降低救援效率。[20]

2.2  救援设备发展趋势

当前的救生衣和救援设备的大小、容积各异，从最基本的提供浮力的救生衣到配备了多种发热、传感等功能的救援设备，它们在外观、结构和细节设计上存在差异，但其基本的浮力来源可以归纳为三类：第一类是利用空气质量的密度低于水的特点，将空气挤压进柔软的塑胶材质中，以提供浮力;第二种是利用轻质、小体量的材质，如软木、木棉和聚乙烯发泡塑胶等，再加上帆布、塑胶等其他服装或外包软性面料，将其粘合在表皮上，制成救援设备;第三种是将上述原理和材质运用于以服装为主体的救援设备中，以提供更多的浮力支撑，以保障救助行为的安全和效果浮板具有自身的浮力特点，而充气气囊则提供额外的浮力，通过机械或口阀装置将气瓶充满，从而实现浮力的传递。[21]

随着科技的进步，救助设施的发展应该越来越重视满足公众的日常生活使用需求，同时也要提供更多实用性服务，以增加产品的应用频度，促进与用户之间的互动，而不是仅仅作为一种摆设消耗环保资金。救生设施与其他公共产品不同，它们更为强调实用性和使用效率，并且在满足被救者需求的同时，高效地缩短救助时限，提升救助成功率。此外，在合理的距离范围内投放救生设施，可以有效地提升救助效率，增加救助成功的几率。随着新一代人工智能科技的不断开发，愈来愈多的物品正在实现智能，而救援设备也不特例，它们将在不久的将来被应用于各个行业，从而带动经济社会的蓬勃发展。

第 3 章  可穿戴便捷救援设计应用

3.1  使用环境

便携式可穿戴救援设备是放置于岸边供人进行近岸救生行为或洪涝灾害发生时供救援人员使用的救援设备，其主要功能为救生功能，使用者为施救者和溺水者，该产品与救援装置的使用情景如下：施救者发现救助目标落水者，直接从救生衣中取出浮力气囊抛向溺水者，浮力气囊遇水变大，落水者抓住气囊获救。

3.2  功能实现

以使用者的需求为基础，设计出可以满足其功能要求的便携救援设备，其主要包括：实现安全上浮的功用，以及保持落水者嘴部和鼻腔部位的呼吸畅通。为了应对洪涝灾害中多名溺水者需要同时施救的情况，在本课题中，便携式穿戴救援设备设计了一种可以在水下分离、易抓取的浮力气囊，它可以固定在穿戴救生衣上，满足救援全过程的功能需求。这种浮力气囊的原理是：它由六个小浮力气囊组成，每个浮力气囊里面都包括中小型的二氧化碳充气罐和用来存放盐粒的盐仓。当它被摘下并抛入水面时，水会经过进水洞流向盐仓，盐粒会溶化，弹簧会被释放出来，二氧化碳会扩张，进而使气囊快速扩张，从而打开浮力气囊。因此该便携可穿戴救援设备的设计目的就在于给予溺水者增加一线生存的希望。

3.2.1  材质

无论是民用还是军用救援设备，浮力材料的选择是至关重要的。浮力材料质量轻，可以提供足够的浮力值，使得它们的制造成本低廉，但是由于容积较大，用户在日常生活和水域环境下的运动遭到材料厚度的影响，因此，浮力材料的选择必须谨慎考虑，以确保救援设备的安全性和可靠性。

由于人们对于生命安全问题越来越重视，也越来越趋向于用直观舒适感来评价使用物，而充气材料在气囊启发前携带方便，可折叠，轻薄，即时气囊救生衣在3—5s内可以完成充气，符合人们对于救生衣的要求。

气囊结构面料：气囊的材质需要具有绝对的防水性和密闭性。涂层织物是一种具有亲水性的密闭材质，它的原理是在织物的表面涂上了一层亲水涂层，用涂层掩盖所有的缝隙，达到防水性的效果。涂层织物覆盖亲水涂层，一般有TU和微涂层TPU两种类型，在气囊救生结构的面料应用中，使用TU涂层的复合面料来保证面料织物的密闭性，通过一层或者多层的纺织材料无纺材料以及其他材料黏结而成的一种新型材料，具有防水抗辐射耐洗涤耐磨损的功用。

为了提高便携式救援设备的反光效果，在设计中选用3M的逆向感光膜。这种膜通过光学基本原理将灯光反照回灯光处，具有优异的耐久性能。它由一层薄膜、一层细微玻璃珠、一层凝聚层、一层反光层、一层黏胶层和一层剥离层构成。这种材料在夜间反映出的光线可以有效地帮助搜救人员发现和定位落水者，从而大大提高了搜救效率。

3.2.2  尺寸

浮力气囊缩小后的尺寸为0.5m*0.5m，遇水展开后直径为2.5m，浮力气囊展开后的高为0.16米，均在国际标准的范围内。便携式救生衣采用国标尺寸，其设计分为前后两部分，前部有一个可供使用者穿入颈部的开口，两侧均配有可连接扣，而且前部和后部的底边也分别配有连接扣，使得它们能够更加牢固地固定在一起。在使用前幅开口时，请将其从上到下、从后到前紧紧地扣合在颈部，然后将连接扣紧固即可。此外，在前幅开口两侧，分别设有两条可充气的打捞带，它们的上下端均与所属管道相连接。使用时，将两条打捞带用捆绑带紧紧捆绑在一起，并用魔术贴将两端连接起来。

3.2.3  色彩

通常来说，颜色的明度越高，对比度就越高，面积比率也会更大，这样视觉性就会更强。例如，使用红色、黄色与橙色可以迅速引起人们的注意力。因此在设计时，救生衣主体颜色是红色，胸前是橙色，浮力气囊折叠后主体是红色，边缘是白色，浮力气囊展开后主体是橙色，边缘是荧光色。

3.2.4  人身比例

携式可穿戴救援设备中的穿戴救生衣为国际标准尺寸，缩小的浮力气囊为0.5m*0.5m，贴合人体上半身尺寸，可轻易背起，救援时把缩小的浮力气囊背在身上，到救援现场卸下，缩小的浮力气囊遇水散开，散开的浮力气囊最多可容纳六个人。

一般来说，救生衣的尺寸应该根据以下几个方面来确定：

胸围：救生衣应该能够紧贴胸部，以确保救生衣可以为身体提供最大化的浮力和保护。通常情况下，救生衣的胸围应该与穿着者的胸围大小相当。

身高：救生衣应该能够覆盖穿着者的胸部，并保持舒适和灵活性。因此，救生衣的长度应该与穿着者的身高相匹配。

重量：救生衣的浮力应该足够支持穿着者的体重。通常情况下，救生衣的浮力应该至少是穿着者体重的1.5倍。

性别：不同品牌和类型的救生衣可能会有不同的男女区分，因此需要根据你的性别来选择合适的尺寸。

根据以上几个方面，以下的尺寸表作为参考：

表 3 儿童救生衣尺寸表

第 4 章  设计与实践

4.1  草图

图 1  便携式可穿戴救援设备设计草图

穿戴救生衣上配备的气胀式浮力气囊大大提升了救援能力，绳带构造简洁而科学合理，侧边调整带操作简单安全可靠，而且特有的档带设置能够高效地避免救生衣在水面与人体产生碰撞或分离，从而更好地保护求生者的安全。

4.2  模型

救生衣设计理念新颖，采用固有浮力材料与充气式气囊结合的方式提供浮力，解决了救生衣安全性能与水中运动灵活性的矛盾。

4.3  展示

便携式可穿戴救援设备与传统救生衣大小相近，可以轻松放置在传统救生衣架子上，无需重新安装，使用者可以根据需要随时取用，可以让落水者在海水中持续一段时间，吸引救援人员的注意力，等待他们的救援行动。

第 5 章  结论

本课题研究旨在从公共服务的角度出发，以便携式可穿戴救援设备的使用价值和产品效用为基础，进行优化升级，以完善灾害救援和水域安全基础设施建设，以期为社会公众提供更优质的产品服务，并实现可持续的救援设备改进。在携式可穿戴救援设备的救生功能性基础上，从使用目的、使用对象等方面出发，进行统筹救生性能和审美性设计，在救援设备材质以及色彩选择上，利用色彩对于视觉感官的刺激，完成材质以及色彩研究，在色彩对环境外界的人们警觉感，来达到本课题携式可穿戴救援设备的设计目标。

参考文献

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致谢

当我提笔开始写致谢的时候，我的大学生活已然接近尾声。入学时的情景恍如昨日，转眼间到了挥手告别之时。回首过往，有过迷茫，有过低落，但在烟台科技学院学习的时间里带给我的不仅仅是坚定的自信，更是厚重的底气，让我有勇气面对未知的一切。

在论文完成之际，首先我要感谢我的论文指导老师，从最初选题到开题报告修改到论文定稿都离不开老师对我的悉心指导与帮助，为我们的论文写作提供可行性建议。老师严谨的治学精神以及一丝不苟的工作态度使我终身受益，在这里再次感谢老师对我的指导和关怀!

在烟台科技学院的几年时间里，我有幸认识了学识渊博又平易近人的老师们，也感谢每一位在我专业上和生活上帮助过我们的老师们，是你们带我走进知识的殿堂，也是你们赋予我最有意义的收获。同时也要感谢我亲爱的导员几年里对我各方面的支持与鼓励让我成了更好的自己。衷心祝愿各位老师在今后的生活中工作顺利，平安喜乐!

最后我想说，感恩遇见烟台科技学院，感恩遇见我的恩师和挚友，感恩成长中的磨难和经历，感恩今天的一切。学业的旅程告一段落，事业的路程才刚刚开始，人生还在路上，未来的路还很远，我会不忘初心，在今后的道路上继续奋斗和坚持。