3차원 가상착의를 활용한 방호복 평가

Evaluation of Protective Clothing Using 3D Virtual Fitting

Abstract

The purpose of this study was to analyze the patterns of D level protective clothing, improve their ease of movement by modifying the patterns, and validate the effectiveness of the improvements through 3D virtual fitting and subjective wearing evaluations. Based on previous studies that identified numerous complaints, the patterns of the neck, armpit, and waist areas were modified, resulting in the development of new patterns. To compare and analyze the improved protective clothing with the basic protective clothing, stress and strain were examined after 3D virtual fitting. Additionally, to assess the clothing's allowance, the overall distance between the avatar and the protective clothing, as well as the sectional circumference length and distance of each avatar body part, were measured. Furthermore, the improved protective clothing was manufactured, and a subjective wearing evaluation was conducted with ten males in their twenties as participants. The results showed that the improved protective clothing had evenly distributed stress, larger sectional circumference, and lower average cavity distance. The subjective wearing evaluation also revealed that the suit with improved patterns exhibited superior size suitability, reduced pulling sensation in different body parts, and increased ease of movement. In conclusion, this study confirmed that even minimal pattern modifications can enhance the functionality of protective clothing, alleviating discomfort for wearers.

1. 서론

최근 산업 현장에서는 근로자 안전에 대한 인식 제고와 근로환경 및 인력 안전에 관한 엄격한 규정 성립 등으로 인해 안전과 보호에 대한 필요성이 더욱 증가하고 있다. 특히 위험한 환경에서 작업하는 근로자들에게 안전한 작업 조건을 제공하는 것은 매우 중요하며, 그중 방호복은 작업자의 안전을 보장하고 다양한 위험으로부터 보호하는데 있어 핵심적인 역할을 한다.

방호복은 극한 환경 조건 또는 위험한 직업 환경에 의해 야기되는 위험으로부터 착용자를 보호하기 위해 특별히 설계, 처리, 제조된 의류를 말하는 것으로 일반적으로 상·하의가 연결된 커버롤(coverall) 형태이며, 유해물질의 종류에 따라 네 가지 등급으로 분류된다^1,2). 이러한 방호복은 농업용, 산업용, 건설용, 의료용 등 다양한 분야에서 착용되고 있으며, 최근 급격한 환경 변화에 따른 신종 바이러스 증가와 중대재해법 실행에 따른 안전 예방 강화로 인해 그 수요가 증가하고 있는 추세이다^3,4).

그러나 기존의 방호복은 주로 특수한 작업 환경에서 제한적으로 착용해 왔기 때문에 보호 성능을 최우선으로 하여 유해물질 차단을 위한 소재 개발에 초점을 맞춰 왔으며, 반면 온열쾌적성, 착탈의 편의성, 동작편이성 측면 등은 충분히 고려되지 못해 여러 문제점이 지속적으로 제기되어 왔다.

Davey 등⁵⁾에 따르면 의료용 방호복을 장시간 착용 시 의료진은 열적 스트레스를 비롯해 두통, 피로, 탈수, 김서림, 질식등의 부정적 증상을 경험하였고, Alarfaj 등⁶⁾도 보호복 착용에 따른 인체의 영향을 조사한 결과, 내부의 환기 문제로 인해 두통이 유발되고 불안이 가중되며, 피부가 자극되는 등 여러 문제가 발생한다고 하였다. 그 밖에도 많은 연구에서 방호복을 착용하고 장시간 작업 시 어지러움, 호흡곤란, 메스꺼움, 탈수등의 이상 증세가 나타날 뿐만 아니라 의사소통의 어려움 등과 같은 부정적 증상을 경험하는 것으로 조사되었다^7-9). 이와 같은 부정적 생리 반응의 발생은 대부분 방호복 내부의 열적 환경에 의해 유발되는 것으로, 이를 개선하기 위해 냉각 팬이 삽입된 방호복, 보호복 내에 착용할 수 있는 냉각 조끼와 셔츠, 방호복용 냉각 및 제습 시스템 등^8,10-14)을 개발하는 다양한 방안이 모색되고 있다.

그러나 아직까지 방호복 착용 시 작업자들의 동작들을 체계적으로 분류하고, 동작의 제한 요인과 문제점을 파악해 이를 해결하기 위한 방안 마련에 관련된 연구들은 활발히 이루어지고 있지 않다. 동작편이성은 작업자의 업무 효율성과 안전성을 동시에 향상시킬 수 있는 매우 중요한 요소로써 방호복의 동작편이성 개선을 위한 연구와 개발은 반드시 필요하다.

지금까지 진행된 방호복의 동작성 관련 연구를 살펴보면 방호복 착용 시 동작의 불편사항을 분석한 연구^2,15-19), 방호복의 사이즈 분석 연구^3,20,21), 방호복의 타당한 동작성 평가를 위한 동작 프로토콜 개발 연구^7,22-26)가 주를 이루고 있다. 대표적으로 권주연 등¹⁷⁾은 의료용 방호복을 착용하고 동작 시, 전반적으로 팔을 올리는 동작과 허리 및 무릎을 구부리는 동작에서 여유분이 부족하여 상의 소매 부분과 등 부위가 당기고, 커버롤에 붙은 후드 또한 물건을 쌓는 동작 시 당김 현상이 발생해 불편함을 초래한다고 하였다. 문지현과 전은경¹⁾은 일회용 부직포 전신 보호복 패턴 개발을 위한 기초 연구로 18종의 시판 보호복 패턴을 획득하고 패턴형상 및 치수현황을 분석하였다. 또한 임가영 등⁷⁾은 개인보호구 착용 시 불편사항을 조사하고 쾌적성과 동작성을 정량적으로 평가할 수 있는 체계적인 동작 실험 프로토콜을 개발하였다.

이와 같이 동작편이성 개선을 위해 방호복 착용에 따른 불만사항 분석과 이를 해결하기 위한 시판 제품의 패턴 분석, 쾌적성과 동작적합성을 평가하기 위한 프로토콜 개발 및 타당도 평가 연구 등이 이루어지고 있으나 아직까지 착용감과 동작편이성 개선을 위한 패턴 개발에 관한 연구는 매우 부족한 실정이다.

본 연구에서는 현재 다양한 산업 분야에서 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 D등급의 방호복을 대상으로 동작편이성을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. D등급 방호복은 주로 비신축성의 부직포 소재를 사용하여 제작되고 소재가 한정적이므로, 동작편이성 개선을 위해서는 패턴 변형을 통한 개선이 최적의 방안이 될 것으로 사료된다. 또한 D등급 방호복은 주로 일회용으로 재사용이 불가능하고 비교적 저렴한 가격으로 판매되기 때문에 많은 개선과 디테일이 추가되면 그에 대응하여 제품 가격이 상승하고, 생산, 유통, 마케팅 등에 어려움을 유발시킬 수 있다. 따라서 최소한의 개선으로 작업자의 업무 효율을 극대화시킬 수 있는 실용적이고 합리적인 최적의 방안마련이 필요하다고 할 수 있다.

이에 본 연구에서는 판매율이 가장 높은 3M사의 커버롤 형태 D등급 방호복의 패턴을 분석한 후 동작편이성을 향상시킬 수 있도록 패턴을 개선하고, 3차원 가상착의 방법과 주관적 착의 평가를 통해 개선된 부분의 차이를 검증하고자 하였다.

2. 연구방법

2.1 피험자 및 실험 의복

2.1.1 피험자

본 연구에서는 착의 평가를 실시하기 위해 D등급 방호복 L사이즈를 착용할 수 있고, 신체적 질환이 없는 20대 남성 피험자를 모집한 후, 연구의 목적과 절차를 충분히 설명하고 연구 참여에 동의한 피험자 10명을 최종 선정하였다. 선정된 피험자의 평균 신체 치수는 Table 1과 같다.

Table 1. Body size of the participants

2.1.2 실험 의복 패턴(기존 패턴 vs 개선된 패턴)

커버롤 형태의 방호복 착용 시 동작적합성의 불만사항에 관한 선행 연구^17-19)를 살펴본 결과, 허리 구부리기, 팔 올리기, 앉았다 일어나기, 걷기, 고개 숙이기 등의 대표 동작을 수행했을 때 소매, 등, 밑위, 목 부위에 당김 현상이 발생해 불편함을 초래하는 것으로 조사되었다. 이를 반영하여 본 연구에서는 Figure 1과 같이 패턴을 수정하였다. 보다 구체적으로 살펴보면 팔 올리기, 고개 숙이기 동작 시 편이성을 개선하기 위해 겨드랑이와 목 부위에 ‘무(Gusset)’를 삽입하고, 허리 구부리기와 앉았다 일어나기 동작 시 뒤판과 밑위의 당김 현상을 완화하기 위해 허리 부분에 여유량을 추가하고, 가로 방향 한 부위와 수직 방향 세 부위에 고무줄을 넣었다.

Figure 1. Existing pattern(left) and improved pattern(right) of D-level protective clothing.

2.1.3 실험 의복 소재

방호복은 작업자를 다양한 위험으로부터 보호하기 위해 작업 환경과 위험 요소의 종류에 따라 A ~ D등급 또는 1 ~ 4등급으로 분류된다. 이중 D등급 방호복은 미립자나 입자 침투, 액체 침투 등의 위험에 노출될 수 있는 작업 환경에서 사용되는 등급으로, 일회용 방호복으로 분류되고 방수 및 방진 등의 성능을 가지고 있으나 가장 낮은 수준의 방호 기능으로 주로 한 번 사용 후 폐기된다. 이와같이 D등급 방호복은 타 등급 방호복에 비해 보호 성능 부분이 다소 미흡하지만, 활동 편의성, 저렴한 가격, 가벼운 무게감 등의 특성으로 다양한 산업 및 제조업 분야에서 가장 많이 사용되고 있다.

따라서 본 연구에서는 사용률이 가장 높은 D등급 방호복의 소재 특성에 대해 보다 구체적으로 살펴보고자 한다. 소재 분석을 위해 국내·외 방호복 제품 판매 업체 공식 홈페이지를 통해 현재 사용되고 있는 방호복의 소재를 조사하였으며, Table 2에 업체별 제품 소재의 특성을 제시하였다.

Table 2. D-Level protective clothing materials by domestic and international companies​​​​​​​

조사한 국내 브랜드는 스텀프 코리아, 이지켐, 진영씨엔에스, 애니가드 4개였고, 국외 브랜드는 Bulwark protection, Dupont, Sioen Industries, Surewerx, Weesafe, Medtecs, 3M, Ansell 8개로 총 12개였다.

조사 결과, Table 2에서 보는 바와 같이 방수 기능, 유연성, 편안한 착용감을 제공하기 위한 폴리우레탄 필름(Polyure thane Film)과 방진 기능, 통기성, 뛰어난 내구성, 가벼움을 부여하기 위한 폴리프로필렌 막(Polypropylene Membrane), 방수성과 내화성을 강화하기 위해 PVC(Polyvinyl Chloride) 또는 폴리우레탄(Polyurethane)과 같이 특수 코팅 처리된 소재등이 주로 사용되었다. 이때 다양한 기능성 부여를 위해 단일소재 사용보다는 다른 소재와의 조합을 통해 기능적 측면을 강화하는 것을 알 수 있었다.

최근 방호복의 수요가 증가하면서 방호복의 착용감과 편의성, 보호 기능을 향상시키기 위한 특수 기능 부여 소재 개발에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있고, 환경친화적인 소재 개발의 관심 또한 증가하면서 D등급 방호복에 사용될 수 있는 지속 가능한 소재의 개발 연구도 진행되고 있다. 이러한 동향은 방호복의 기능성과 사용자의 안전을 향상시키는 중요한 역할을 하며, 더욱 효과적인 D등급 방호복 개발에 큰 기여를 할 것으로 사료된다.

2.2 3차원 가상착의 및 공극량 분석

2.2.1 3차원 가상착의 방법

3차원 가상착의는 최근 착용평가 연구에서 활발히 활용되고있으며, 선행연구를 통해 실제착의와 가상착의가 유사한 결과를 보임을 알 수 있었다^27,28).

따라서 본 연구에서는 기존 방호복과 패턴이 개선된 방호복의 착용평가를 위해 3차원 가상착의 프로그램인 CLO(CLOVirtual Fashion Inc., Korea)를 활용하여 분석을 실시하였다. 가상착의 아바타 사이즈는 3D target model과 동일하게 변경하였으며, 2종(기존 방호복, 패턴이 개선된 방호복) 패턴의 가상착의는 동일한 방법으로 진행하였다. 3차원 가상 착의는 작업자의 숙련도에 따라 착의 결과가 달라질 수 있기 때문에 모든 착의 순서는 프로그램 내의 자동시스템을 이용하였다. 패턴을 인체에 배치하기 위하여 arrangement points를 사용하였으며, 아바타 상체의 20 points와 하체의 14 points를 사용하여 패턴을 자동배열하였다. 그후 가상 봉제를 하고 자동으로가상착의를 실시하였으며, 소재는 CLO Fabric Kit를 활용해실제 동작 평가 시 착용했던 D등급 방호복의 직물 물성을 측정한 후, CLO 3D 프로그램의 에뮬레이터(Emulator) 기능을 활용하여 소재의 물성값을 입력하였고, CLO 3D 프로그램에서 사용 가능한 직물로 등록하여 실험 의복에 적용시켰다.

2.2.2 공극량 분석

3차원 가상착의 프로그램인 CLO는 가상착의된 결과에 대해 다양한 시각적인 평가 방법으로 그 결과를 보여주고 있는데 그중 본 연구에서는 착의 후 응력분포(Stress)와 변형률(Strain)을 통해 패턴 간 착의 결과를 비교, 관찰하였다. 또한 방호복의 여유량을 좀 더 객관적으로 살펴보고자 가상착의 된 2종의 방호복과 아바타의 3차원 형상을 이용하여 부위별 단면적 둘레길이, 착용된 방호복과 아바타 사이의 전체 공극거리 평균, 부위별 공극거리를 측정하였다. 이를 위해 Geomagic Design X program(3D Systems, Inc., Korea)을 사용하였다. 부위별 단면적 둘레 길이는 패턴이 수정된 목 부분, 겨드랑이 부분, 허리부분을 중심으로 측정하였다.

구체적으로 목 부분은 Figure 2 (a)에서 보는 바와 같이 턱끝점을 지나는 빨간색 수평 기준선(①)에서 아래 방향으로 각각 4.0 cm(②), 8.0 cm(③) 내려온 수평선을 지나는 단면적 둘레를 측정하였고, 겨드랑이 부분은 앞중심 수직선을 기준으로(Figure 2 (b) ①) 어깨끝점까지 20.0 cm(②) 수직으로 이동한 종단면을 지나는 둘레를 측정하였다. 허리 부분은 배꼽 허리둘레(Figure 2 (c) ①)와 샅점을 지나는 넙다리둘레(Figure 2 (c) ②)를 기준으로 횡단면을 지나는 둘레를 측정하였다.

Figure 2. The measurement methods of cross-sectional length by avatar body part for basic and improved protective clothing.​​​​​​​

또한 아바타와 방호복 사이의 전체적 공극량을 비교하기 위해 Figure 3 (a)와 같이 머리부분, 가슴부분, 상체부분, 허리부분으로 나눈 후 mesh deviations tool을 활용하여 각 부위별 방호복의 공극량의 color mapping 결과를 확인하였다(Figure 3 (b)). 이때 color bar의 범위는 0.0 ~ 10.0 ㎝ 10단계로 나누어 관찰하였고, deviations의 최대값은 10.0 ㎝로 정하였다. 이때 0.0 ~ 10.0 ㎝ 사이의 공극거리 분포는 전체 히스토그램을 통해 평균 거리를 측정하였다(Figure 3 (c)).

Figure 3. The analysis method of average distance between the avatar body and clothing.​​​​​​​

단면의 공극거리를 구체적으로 살펴보기 위하여 Figure 4(a)와 같이 목둘레선, 배꼽 허리둘레선, 겨드랑이둘레선을 기준으로 아바타, 기존 방호복, 개선된 방호복의 단면중합도를 추출한 후(Figure 4 (b)) 가상착의된 단면형태를 측정하였다. 이후 아바타의 둘레를 16개의 일정한 간격으로 나누고 아바타로부터 각각의 방호복까지의 단면 거리를 측정하였다(Figure 4 (c)).

Figure 4. The measuring method of the distance between a avatar body and protective clothing in a cross-sectional area.​​​​​​​

2.3 주관적 착의 평가

D등급 방호복 착용 시 인체 부위별 치수 적합성, 당김 정도, 동작편이성에 대한 주관적 평가를 실시하였다. 평가 항목은 치수 적합성 9항목, 당김 정도 4항목, 동작편이성 7항목으로 구성하였고, 7점 리커트 척도로 평가하였다. 평가는 기존 방호복과 개선된 방호복 2종에 대해 각각 실시하였으며, 평가 시 방호복 안에 면 100%의 반팔 상의와 하의를 착용하였고, KF 94 마스크와 장갑도 착용하였다.

보다 구체적으로 살펴보면, 치수 적합성은 목둘레, 가슴둘레, 진동둘레, 허리둘레, 엉덩이둘레, 허벅지둘레, 소매통, 등길이, 밑위길이에 대해 치수가 적합한지 7점 리커트 척도(1점: 매우 적합하지 않다, 4점: 보통이다, 7점: 매우 적합하다)로 평가하였고, 인체 부위별 당김 정도는 목, 겨드랑이, 팔꿈치, 밑위 네 부위에 대해 얼마나 당김 현상이 있는지 7점 리커트 척도(1점: 매우 당기지 않는다, 4점: 보통이다, 7점: 매우 당긴다)로 응답하게 하였다. 마지막으로 동작편이성은 90도 팔 옆으로 올리기, 180도 팔 위로 올리기, 팔꿈치 앞으로 굽히기, 팔꿈치 옆으로 굽히기, 목 좌·우·앞·뒤로 운동하기, 90도 앞으로 허리 굽히기, 90도 의자에 바로 앉기 총 7가지 동작을 각각 3회 반복한 후 7점 리커트 척도(1점: 매우 불편하다, 4점: 보통이다, 7점: 매우 편안하다)로 평가하도록 하였다. 실험은 표준환경(25.0±0.5 ℃, 50.0±5.0 %RH, 0.2±0.1 m/s)에서 실시하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 3차원 가상착의 결과

3D CLO프로그램을 활용하여 기존 패턴과 개선된 패턴을 각각 가상착의한 후 물성을 변경하고, 프로그램에서 제공하는 전체적인 응력분포(Stress)와 변형률(Strain)을 살펴보았다(Table 3). 응력분포 분석 결과 기본 패턴과 개선된 패턴 모두 20.0 kPa 미만으로 나타났고, 주로 10.0 kPa 전후인 것으로 나타났다.

Table 3. Comparison of 3D simulation results of basic protective clothing and improved protective clothing​​​​​​​

구체적으로 두 패턴의 차이를 살펴보면 Table 3에서 보는 바와 같이 기존 방호복은 하늘색을 띠는 응력분포 면적이 넓게 퍼져서 분포되었고, 반면 개선된 방호복은 하늘색을 띠는 응력 분포 면적이 좁게 나타남을 알 수 있었다. 이는 개선된 방호복의 패턴의 경우 목 부분, 겨드랑이 부분, 뒤 허리 부분에 추가 면적이 들어가면서 여유분이 증가하여 응력이 작아졌기 때문으로 보인다.

특히 개선된 방호복의 목둘레 뒷부분은 응력이 발생하지 않았고 모자와 상의가 연결되는 뒤 어깨 부분과 앞목 부분에만 봉제선이 겹쳐지면서 응력이 증가한 것으로 판단된다. 변형률(Strain) 역시 115 %정도 변형되는 부분(빨간색 부분)이 기존 방호복의 경우 넓은 면적으로 나타났지만, 개선된 방호복은 모자와 몸판이 연결된 부분, 앞 지퍼 부분, 고무줄이 들어간 뒤 허리 부분으로만 집중적으로 나타났고 그 외 부분은 전체적으로 응력이 골고루 분포됨을 알 수 있었다.

3.2 방호복 여유량 및 공극거리 분석

기존 방호복과 개선된 방호복의 부위별 차이를 좀 더 구체적으로 살펴보기 위해 가상착의된 3차원 형상을 Geomagic Design X 프로그램에서 추가 분석하였으며, 분석항목은 부위별 단면적 둘레 길이, 방호복과 아바타 사이의 전체 공극거리 평균, 부위별 공극거리였다. 부위별 단면적 둘레 길이를 살펴보기 위해 목 부위는 턱을 지나는 단면적 둘레, 턱점에서 아래로 각각 4.0 cm, 8.0 cm 내려온 지점의 단면적 둘레를 측정하였다(Table 4). 그 결과 세 부위의 단면적 둘레 모두 개선된 방호복이 기존 방호복의 둘레보다 1.1 cm, 1.5 cm, 3.0 cm 줄어든 것으로 나타났다.

Table 4. Comparison of the circumference length of the basic protective clothing and the improved protective clothing by part​​​​​​​

Table 4의 목 부분 그림에서도 알 수 있듯이 기존 방호복의 경우 여유 면적이 적어 턱 끝점, 머리 끝점에서 당기게 입혀졌으나 개선된 방호복에서는 여유분이 생겨 아바타의 바디를 따라 자연스러운 주름이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

또한 겨드랑이 부분과 뒤 허리 부분에서는 개선된 방호복이 추가 여유분으로 인해 단면적의 둘레 길이가 2.3 cm(겨드랑이 둘레 부분), 5.9 cm(허리둘레 부분), 2.6 cm(넙다리둘레 부분)늘어나면서 동작을 위한 주름이 많이 생기는 것을 확인할 수 있었다.

단면적의 둘레 외에 아바타와 방호복 사이의 전체 공극량을 비교해 보기 위해 목, 윗가슴, 상체, 허리 부분으로 나누고 mesh deviations tool을 활용하여 부위별 전체 평균 거리를 확인하였다. 그 결과 Table 5와 같이 기존 방호복이 개선된 방호복에 비해 평균 공극거리가 전체적으로 크게 나타남을 알 수 있었다. 특히 목둘레 부분은 1.9 cm와 1.5 cm로 0.4 cm차이를 보였고, 윗가슴 부분은 1.3 cm와 0.8 cm로 0.5 cm차이를 보였다. 상체 부분은 개선된 방호복이 0.2 cm 작게 나타났고 허리 부분은 평균 공극거리가 동일하게 나타났다.

Table 5. Average distance between the avatar and clothing for each part of the basic protective clothing and the improved protective clothing​​​​​​​

즉, 목과 겨드랑이 부분에 삽입한 ‘무(Gusset)’의 효과가 매우 크게 나타남을 알 수 있었다. 반면 허리 부분에서는 효과가 나타나지 않았는데, 그 이유는 뒤허리에 추가한 여유분의 경우 세로 방향으로 넓이를 추가한 것이고, 고무줄을 이용해 줄여놓은 상태이기 때문에 정자세일 때는 그 효과가 나타나지 않은 것으로 생각된다.

그러나 개선된 방호복의 허리부분을 살펴보면 앞 허리 부분은 공극거리가 작고 뒤 허리 부분은 고무줄로 인해 주름이 많이 나타나는데 이는 허리를 구부리는 동작, 착용 후 다리를 들어 올리는 동작 등 다양한 동작 시 편안함을 증가시켜 줄 것으로 예상된다.

또한 부위별 단면적 공극거리를 구체적으로 살펴보고자 아바타 바디의 단면적 둘레를 일정한 간격으로 나눈 후 아바타로부터 떨어진 2종의 방호복 공극거리를 측정하였다(Table 6). 그 결과 목둘레 부분은 앞목점(⑧)을 제외한 모든 부분에서 개선된 방호복(평균: 1.9 cm)이 기존 방호복(평균: 3.2 cm) 착용 시 보다 아바타와의 공극거리가 작게 나타났다. 반면 겨드랑이 둘레 부분은 중력에 의해 여유분이 아래로 내려가면서 겨드랑 부위점(⑧, ⑨)을 제외한 모든 점에서 공극거리가 비슷하거나 개선된 방호복이 조금 작게 나타났다.

Table 6. Distance between avatar and clothing parts of basic protective clothing and improved protective clothing(unit: cm)​​​​​​​

그러나 겨드랑 부위점에서는 개선된 방호복이 각각 9.3 cm, 2.6 cm 더 길게 나타났다. 반면 허리둘레 부분에서는 두 방호복의 공극거리가 비슷하게 나타났다.

3.3 주관적 착의 평가 결과

기존 방호복과 개선된 방호복을 실제로 착용하였을 때 착용자가 느끼는 주관적 감각을 알아보고자 방호복 2종을 직접 제작하였으며, 이를 착용한 후 인체 부위별 치수 적합성, 당김 정도, 동작편이성에 대한 평가를 수행하였다. 인체 부위별 치수 적합성은 목둘레, 가슴둘레, 진동둘레, 허리둘레, 엉덩이둘레, 허벅지둘레, 소매통, 등길이, 밑위 길이로 총 9항목을 평가하였고(Figure 5), 그 결과 기존 방호복은 2.2점에서 3.8점으로 보통(4점) 이하로 평가되었다. 특히 목둘레(2.2점), 겨드랑이둘레(2.7점), 등길이(2.7점) 부분의 적합성이 매우 낮게 나타났다.

Figure 5. Evaluation of size suitability for each part of the human body.​​​​​​​

그러나 개선된 방호복의 경우 목둘레 5.0점, 겨드랑이둘레 5.7점, 등길이 부분 4.6점으로 조사되어, 기존 방호복에 비해 치수 적합성이 증가되었고 그 외 부분인 가슴둘레, 허리둘레, 엉덩이둘레, 허벅지둘레, 소매통, 밑위 길이 또한 모두 5.0점 이상으로 나타나 치수 적합성이 우수한 것으로 평가되었다. 이는 앞서 객관적으로 평가한 3차원 분석 결과와 유사한 경향성을 보인 것으로 판단된다. 즉, 커버롤 형태의 방호복은 단면적의 둘레는 클수록, 부위별 전체 공극거리 평균은 낮을수록 여유분이 골고루 분산되어 주관적인 치수 적합성이 우수해짐을 예상해 볼 수 있다.

기존 방호복과 개선된 방호복을 착용한 후 다양한 동작 시 인체 부위별 당김 현상이 얼마나 있는가를 평가한 결과, Figure 6에서 보는 바와 같이 기존 방호복 착용 시에는 목 부분 5.6점, 겨드랑이 부분 4.6점, 팔꿈치 부분 3.8점, 밑위 부분 4.1점으로 나타나 전반적으로 보통(4점) 이상의 당김 현상이 발생하였다고 평가하였다. 한편 개선된 방호복은 목 부분 2.8점, 겨드랑이 부분 2.9점으로 나타나 기존 방호복에 비해 각각 2.8점, 1.7점 당김이 감소한 것으로 조사되었고, 팔꿈치와 밑위 부분 역시 3.2점으로 각각 0.6점, 0.9점 당김이 감소한 것으로 나타났다.

Figure 6. Evaluation of pulling degree by each body part.​​​​​​​

즉, 개선된 방호복을 착용하고 동작 시 모든 부위에서 당김현상이 감소되었고, 특히 패턴을 수정한 목과 겨드랑이 부분은 그 감소 정도가 매우 크게 나타남을 알 수 있었다. 또한 겨드랑이 부분과 등 부위 여유분의 추가로 팔꿈치 부분과 밑위 부분의 당김 현상 역시 감소된 것으로 판단된다. 이러한 당김 정도의 개선은 3차원 가상착의 결과와도 일치하는 것으로, 가상착의 분석에서 개선된 방호복의 경우 응력과 변형률에서 일부분을 제외하고 전체적으로 작게 나타났는데 이러한 결과는 부위별 추가로 제공한 여유분이 전체적으로 골고루 퍼지면서 응력과 변형률에 영향을 미쳐 그 값이 낮아진 것으로 판단된다.

동작편이성 평가 결과(Figure 7), 기존 방호복보다 개선된 방호복 착용 시 동작편이성이 증가함을 알 수 있었다. 특히 기존 방호복에서 동작편이성이 가장 낮게 평가되었던 목 운동하기는 1.9점에서 4.4점으로(2.5점 개선) 가장 많이 개선되었고, 그 다음으로 허리를 앞으로 굽히는 동작 시에는 2.4점에서 4.6점으로 2.2점 더 좋게 개선되었다. 또한 팔을 180도 위로 올리거나 90도 옆으로 올리는 동작 시에도 각각 2.7점에서 4.7점(2.0점 개선), 3.0점에서 4.9점(1.9점 개선)으로 높게 평가되었다. 즉, 기존 방호복 착용 시 보통(4.1점) 이하로 동작편이성이 낮게 나타났으나 개선된 방호복 착용 시에는 4.4점 이상으로 모든 동작에서 높게 평가됨을 알 수 있었다. 즉, 객관적으로 측정된 3차원 분석 결과에서 우수하게 평가된 개선된 방호복은 목부분과 겨드랑이부분의 동작편이성에서도 매우 좋게 평가되었다. 그 외 3차원 분석 결과 큰 차이를 보이지 않았던 허리부분의 여유분 또한 허리를 구부리는 동작이나 앉는 동작 시 영향을 주어 동작편이성 평가에서 각각 2.2점, 1.4점 개선됨을 알 수 있었다.

Figure 7. Movement suitability evaluation for each part of the human body.​​​​​​​

따라서 3차원 가상착의를 활용한 분석 시 허리를 구부리는 동작, 팔을 들어 올리는 동작, 목을 구부리는 동작을 통해 방호복의 응력이나 변형률, 동작 시 의복의 공극량 등에 관한 추가 연구가 이루어진다면 사람을 대상으로 하는 주관적인 평가결과를 정확하게 대체해 줄 수 있는 평가 방법이 될 것으로 사료된다.

4. 결론

본 연구에서는 동작편이성 향상을 위해 패턴을 개선한 D등급 방호복과 현 시판용 방호복의 차이를 3차원 가상착의와 주관적 착의 평가를 통해 비교·분석하고자 하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. 3차원 가상착의에서 응력분포(Stress)와 변형률(Strain)을 살펴본 결과, 목, 겨드랑이, 뒤 허리 부분의 패턴을 변형하여 추가 여유분이 생긴 개선된 방호복이 기존 방호복에 비해 응력분포의 면적이 좁고, 변형률 편차 또한 적은 것으로 나타났다. 이를 통해 개선된 방호복을 착용했을 때 응력이 골고루 분포되어 전체적으로 변형률이 감소하는 것을 알 수 있었고, 이를 통해 인체에 가해지는 전체적인 부하 역시 감소함을 예상해 볼 수 있었다.

2. 가상착의된 방호복의 여유량을 분석한 결과 아바타의 바디 부위별 단면적 둘레 길이에서 개선된 방호복은 목 부위 단면적 둘레가 감소하고, 겨드랑이와 허리 부분 둘레는 증가한 것으로 나타났다. 그리고 아바타 바디와 방호복 사이의 전체 공극량 비교 시 개선된 방호복이 기존 방호복에 비해 평균 공극거리가 전체적으로 작게 나타났다. 또한 아바타의 바디 부위별 공극거리 분석 결과, 목둘레 부위는 앞목점을 제외한 모든 부분에서 개선된 방호복의 공극거리가 작았고, 겨드랑이 둘레 부위는 중력에 의해 여유분이 아래로 내려간 겨드랑이 부위점을 제외한 모든 공극거리가 작았으며 허리둘레 부분은 유사한 것으로 나타났다. 즉, 개선된 방호복은 패턴 변형에 따른 여유분 증가로 가상착의를 했을 때 아바타의 바디를 따라 자연스럽게 흘러내리면서 골고루 주름을 생성시켜 다양한 동작 시 편이성을 제공할 수 있음을 확인하였다.

3. 2종의 방호복을 실제 착용한 후 주관적 착의평가를 실시한 결과, 패턴이 개선된 방호복 착용 시 치수적합성이 우수하고, 인체 부위별 당김 현상이 완화되며, 동작편이성은 증가한 것으로 조사되었다.

본 연구를 통해 목, 겨드랑이, 등 세 부위의 패턴 변형만으로도 방호복의 치수적합성과 동작편이성을 향상시키고 당김 현상을 완화시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 연구내용은 향후 고개를 좌·우·앞·뒤로 움직이기, 팔 들어 올리기, 등 구부리기 등의 동작을 많이 필요로 하는 산업군의 작업복 개발 관련 분야에 긍정적으로 기여할 것으로 기대된다.

다만, 동작이 많지 않고, 동작 범위도 작은 자세를 주로 취하는 작업 현장에서는 또 다른 개선 방안이 필요할 것으로 사료되어 이에 관한 후속 연구가 필요하다고 생각된다. 나아가 이러한 연구결과를 기초 자료로 추후에는 열적 쾌적성 변인을 추가한 신개념의 방호복 개발을 위한 후속 연구도 수행되어야 할 것이다.