李曉英 陳捷文 周大濤

摘 要：為擴(kuò)大溺水自救產(chǎn)品在會游泳群體中的普及范圍，進(jìn)行目標(biāo)人群生理和心理需求分析以及現(xiàn)有產(chǎn)品的調(diào)查。以用戶體驗(yàn)為設(shè)計(jì)核心，化學(xué)反應(yīng)原理、人機(jī)工程學(xué)等學(xué)科交叉知識為技術(shù)支撐，為會游泳的戶外游泳者提供一種便攜、安全、舒適的化學(xué)溺水自救產(chǎn)品。本文將用戶體驗(yàn)的思想融入溺水救生領(lǐng)域，優(yōu)化科學(xué)技術(shù)對人的服務(wù)，為多學(xué)科交叉在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的運(yùn)用提供示例。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計(jì);用戶體驗(yàn);溺水自救

1 市場現(xiàn)狀分析

我國一些開放的河流、水井、池塘等是溺水的高頻區(qū)域。[1]大部分溺水事故不可預(yù)見，溺水者溺水4～6分鐘則致死。[2]結(jié)合游泳過程中人的生理、心理需求以及用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)要素，設(shè)計(jì)安全、便攜的戶外水域溺水自救設(shè)備是解決或降低溺水事故發(fā)生可能性的重要措施。

通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)預(yù)防溺水產(chǎn)品大致類型有警報(bào)類、氣球類和物理充氣類。針對這三類防溺水產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品、用戶及環(huán)境三個(gè)要素的分析：警報(bào)類產(chǎn)品，依賴他人施救，不適用于戶外水域;氣球類產(chǎn)品，體積大、干擾正常游泳，不適合會游泳者使用;物理充氣類產(chǎn)品體積稍大、穿戴不便，高壓氣瓶外露，用戶游泳時(shí)動作受限。

2 用戶體驗(yàn)研究

2.1 情境分析

人在游泳時(shí)發(fā)生溺水前后的生理與心理狀態(tài)存在差異：準(zhǔn)備游泳階段，人可能由于產(chǎn)品原因或僥幸心理等因素不愿意攜帶預(yù)防溺水工具。正常游泳階段，游泳者的手腳來回?cái)[動中，體能迅速消耗;溺水階段，溺水時(shí)間小于1分鐘時(shí)，表現(xiàn)為神志清醒，血壓升高、心率增快，游泳者嘗試用手臂和腿尋求支撐，或者閉氣上浮;用戶獲救階段，人的生理與心理進(jìn)入恢復(fù)期。

2.2 用戶畫像

為進(jìn)一步確定用戶在上述情境中的行為及功能需求，對100名會游泳的戶外游泳愛好者進(jìn)行問卷調(diào)查：針對是否愿意佩戴防溺水產(chǎn)品、不愿意佩戴防溺水產(chǎn)品的原因以及期待的救援功能三個(gè)方面問題進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示，在游泳準(zhǔn)備階段，會游泳者普遍不愿意佩戴現(xiàn)有防溺水產(chǎn)品，抵觸原因主要在于現(xiàn)有產(chǎn)品體積過大、攜帶不便、功能單一。同時(shí)，用戶較為期待產(chǎn)品的示時(shí)功能。

依據(jù)調(diào)查結(jié)果構(gòu)建用戶畫像：游泳準(zhǔn)備階段，防溺水產(chǎn)品易于攜帶、通過示時(shí)功能擴(kuò)大產(chǎn)品使用面，模糊防溺水產(chǎn)品的定義;正常游泳時(shí)，體量小不阻礙用戶運(yùn)動、具備防誤觸設(shè)計(jì);用戶溺水時(shí)，簡單觸發(fā)即可在1分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)用戶手臂或腿部支撐達(dá)到漂浮;用戶獲救后，局部部件通過更換可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的再利用;產(chǎn)品價(jià)格便宜。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 氣囊模塊的化學(xué)反應(yīng)原理及設(shè)計(jì)

市場上現(xiàn)有的適應(yīng)戶外水域的防溺水產(chǎn)品以物理充氣類產(chǎn)品體積最小，其主要利用液態(tài)二氧化碳?xì)馄酷尫艢怏w，以TPU氣囊收集氣體。受到高壓氣瓶加工工藝的限制與TPU氣囊不可壓縮的體積影響，產(chǎn)品的體積較大。同時(shí)，不少學(xué)者提出利用化學(xué)氣體反應(yīng)釋放氣體的可能，[3，4，5，6]可利用化學(xué)反應(yīng)形成氣囊。該化學(xué)反應(yīng)需滿足以下要求：反應(yīng)物在常態(tài)下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定;反應(yīng)能迅速產(chǎn)生足量的氣體，使用戶在1分鐘內(nèi)獲救;選取綠色高效的化學(xué)反應(yīng);反應(yīng)物廉價(jià)易得，保證產(chǎn)品價(jià)格較低，利于推廣。

經(jīng)甄選，檸檬酸與碳酸氫鈉的化學(xué)反應(yīng)滿足以上要求。原理如下：人體密度與水的密度大致相同，若需使人體頭部漂浮于水面，則氣囊需額外提供與人體頭部重量相等的浮力。調(diào)查得知人體頭部質(zhì)量為3kg左右，考慮到實(shí)際情況以及不同人的體質(zhì)差異，將所需的浮力擴(kuò)大為46N。由F浮=ρ水gV排可知，V排=4.6L，則生成的氣體體積也約為4.6L。二者反應(yīng)的化學(xué)方程式：C6H8O7+3NaH3CO3=Na3C6H7O7+3CO2+3H2O。在常溫常壓下，氣體的摩爾體積為22.4L/mol，CO2體積為4.6L。計(jì)算可知，僅需消耗檸檬酸與碳酸氫鈉共約30g，其中碳酸氫鈉為16.8g，檸檬酸為12.8g，體積重量極小。

為了確定反應(yīng)能否迅速產(chǎn)生足夠量的氣體，使用戶在1分鐘內(nèi)獲救，進(jìn)行大量實(shí)際實(shí)驗(yàn)。利用轉(zhuǎn)化法將CO2體積轉(zhuǎn)化為易于測量的排出的水的體積。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得，使用33.6g碳酸氫鈉與25.6g檸檬酸在50mL水中反應(yīng)50秒時(shí)，CO2體積達(dá)4.6L。

盡可能使產(chǎn)品體積小巧，控制50mL水足以迅速觸發(fā)反應(yīng)，而檸檬酸與碳酸氫鈉溶于水后，水的體積不會明顯增加。這也保證了上述反應(yīng)氣囊的體積能保持在50cm?左右，因此不涉及用水量的探究。同時(shí)為了進(jìn)一步縮小產(chǎn)品體積，可采用高彈性天然乳膠充氣袋。采用層的氣囊結(jié)構(gòu)盛裝化學(xué)藥品，氣囊內(nèi)分別放置適量的檸檬酸溶液和碳酸氫鈉溶液作為化學(xué)反應(yīng)物。其中，碳酸氫鈉被放置于由偏聚氯乙烯或其他彈性延展性較差、強(qiáng)度不高的內(nèi)部囊狀結(jié)構(gòu)中，以水溶液的形式密封起來。內(nèi)囊外部充滿檸檬酸，整個(gè)外部氣囊由彈性延展性強(qiáng)的天然膠乳構(gòu)成。發(fā)生溺水危情時(shí)，通過擠壓氣囊外部，即可使內(nèi)部氣囊破裂，碳酸氫鈉水溶液流出與其外的檸檬酸充分反應(yīng)。氣囊體積也約為50cm??？梢詽M足用戶對產(chǎn)品的體積要求。

3.2 氣囊模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

計(jì)時(shí)與時(shí)間顯示功能在現(xiàn)有電子手表中已經(jīng)得以成熟的運(yùn)用，其功能模塊已十分微小，且具備防水功能。防誤觸功能可以利用現(xiàn)有卡扣結(jié)構(gòu)為氣囊提供外殼保護(hù)，如遙控器后蓋對電池的保護(hù)。正常游泳時(shí)，卡扣外殼使氣囊免于擠壓;用戶溺水時(shí)，可以摳開卡扣，擠壓氣囊。循環(huán)使用功能，即設(shè)置結(jié)構(gòu)使氣囊可以取下，重新安裝即可，如利用帶有按扣的布帶連接氣囊與主體。

整合上述功能構(gòu)件，為模塊化設(shè)計(jì)。分別由鐘表模塊和漂浮裝置兩部分組成一體，漂浮繩與漂浮裝置組成一體，卡扣部件與固定外殼也組成一體。

漂浮裝置中的氣囊結(jié)構(gòu)可加工為立方體型，這樣更利于溺水時(shí)用戶懷抱。為確保膨脹后氣囊結(jié)構(gòu)仍保持足夠強(qiáng)度，避免溺水者用力過大或劃破氣囊，其膨脹后的壁厚應(yīng)不小于1mm，即乳膠氣囊的質(zhì)量規(guī)格應(yīng)不小于3g。

卡扣部件需包裹漂浮裝置，漂浮裝置的原始體積可近似為化學(xué)藥品所占體積，約為50mL。以球形加工，則卡扣部件的空腔直徑不小于5cm。部件材質(zhì)可為透明PC，為保證足夠硬度及磨損，卡蓋的厚度應(yīng)不小于2mm。

鐘表模塊附著于固定外殼一側(cè)。整個(gè)自救裝置類似于手表的外形，并佩戴在手腕處。核心部件的寬度和長度均不大于5cm，腕帶展開長約為260mm為宜。

4 結(jié)語

以良好的用戶體驗(yàn)為設(shè)計(jì)目的，深入分析目標(biāo)人群生理和心理需求，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品問題，將多學(xué)科技術(shù)知識交叉運(yùn)用，通過大量的實(shí)驗(yàn)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行校驗(yàn)與優(yōu)化，可以為產(chǎn)品的改良與創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供更加寬廣的空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吉村豐，高橋雄介.游泳技巧圖解[M].北京體育大學(xué)出版社，2004.

[2] 楊建華.游泳與救生[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2013.

[3] 車天瑩.一種溺水自救手表[P].山東：CN204989772U，2016-01-20.

[4] 董迎港，崔鑫鑫，侯彥昭，等.救生裝置及救生手環(huán)[P].河南：CN106477005A，2017-03-08.

[5] 董迎港，崔鑫鑫，侯彥昭，張平偉.救生裝置及救生手環(huán)[P].河南：CN206466143U，2017-09-05.

[6] 王嘉偉，曾超威，鐘嘉瑜，等.一種救生手環(huán)[P].廣東：CN106355839A，2017-01-25.

作者簡介：李曉英（1973—），女，碩士，副教授，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)，信息與交互設(shè)計(jì)。