任為為　王祺

摘要：本文通過文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)地調(diào)查、對(duì)比分析等方法獲得現(xiàn)有窨井蓋使用過程中的痛點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)需求，遵循安全性、人性化、環(huán)保性等原則設(shè)計(jì)一款窨井蓋，使用3D打印機(jī)進(jìn)行實(shí)物模型制作，最后使用專家評(píng)價(jià)法進(jìn)行主觀安全性評(píng)估。從提高窨井蓋的安全性角度出發(fā)，在色彩搭配、造型設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用等多方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明優(yōu)化后的窨井蓋較現(xiàn)有的窨井蓋安全性有較大提升，達(dá)到了提升窨井蓋的安全體驗(yàn)的目的。

關(guān)鍵詞：窨井蓋;安全;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）08-0062-02

在城市的地面上，有大量的各種各樣的窨井蓋。近年來，因?yàn)轳烤w導(dǎo)致的安全問題頻發(fā)，各種問題不斷涌現(xiàn)，大多數(shù)窨井蓋只是起到“遮羞布”的作用，沒有注重安全性，更談不上美觀。窨井蓋的合理設(shè)計(jì)，關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，有必要對(duì)現(xiàn)有窨井蓋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高人們的出行體驗(yàn)。

1窨井蓋的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

1）造型分析。市面上窨井蓋可分為圓形和方形。圓形井蓋承載級(jí)別更高，能較好地防噪音，易于滾動(dòng)運(yùn)輸、方便加工。圓形井蓋不會(huì)掉到窨井口里去，與人的體型較符，無尖角，便于工程人員進(jìn)出，不易使人受傷。方形井蓋面積比較大，井蓋下的作業(yè)空間比較充足。方形井蓋有棱角，易劃傷人，不夠美觀。在車輛經(jīng)過時(shí)會(huì)發(fā)出噪音，易產(chǎn)生移位，窨井蓋有墜入窨井口的危險(xiǎn)，易引發(fā)事故。

2）色彩與表面裝飾分析。市面上的窨井蓋的顏色為材料色，常見的幾種顏色為灰色、黑色、綠色。窨井蓋表面裝飾多是一些簡單常規(guī)的集合圖案，如十字形、圓形。一些發(fā)達(dá)國家的窨井蓋表面則豐富多彩，有的加入地域文化元素，使窨井蓋與城市實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合。

3）功能分析。窨井蓋基礎(chǔ)功能是遮蔽，為維護(hù)地下管線而預(yù)留的，方便工程人員出入的孔洞。國內(nèi)的大部分窨井蓋只體現(xiàn)了基礎(chǔ)功能。在一些發(fā)達(dá)國家，每個(gè)窨井蓋上都會(huì)顯著地標(biāo)明字樣，甚至有地標(biāo)指引圖示，有的則是加入地域文化元素，起到美化城市環(huán)境的作用，做到了一職多能。

4）結(jié)構(gòu)分析。從結(jié)構(gòu)上來看，一般分為單層和雙層。單層窨井蓋是最常見的窨井蓋，一般會(huì)在表面開兩個(gè)小孔，雨水可通過表面的小孔流進(jìn)窨井蓋下面。雙層窨井蓋一般運(yùn)用到帶有精密儀表的窨井蓋上。

5）材料分析?，F(xiàn)有市面上的窨井蓋材料主要為球墨鑄鐵、再生樹脂復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料、鋼纖維混泥土等，具體分析如表1。

2窨井蓋設(shè)計(jì)現(xiàn)存的問題

通過以上的實(shí)地調(diào)查及文獻(xiàn)資料研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的窨井蓋主要存在以下方面的問題。（1）安全問題：因窨井蓋被盜竊或損壞等原因?qū)е埋烤w缺失，導(dǎo)致人員墜落窨井時(shí)有發(fā)生，對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)造成極大地威脅;（2）視覺效果不佳：城市窨井蓋外觀千篇一律，沒有融入與所處的環(huán)境，進(jìn)行很好地融合，窨井蓋就像城市環(huán)境中的“創(chuàng)口貼”一樣，視覺效果不佳;（3）窨井蓋智能化程度不夠，窨井蓋出現(xiàn)問題時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和反饋，功能單一。

3基于安全性和視覺體驗(yàn)提升的窨井蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)原則

新型窨井蓋設(shè)計(jì)目的是提高其在整個(gè)生命周期內(nèi)的安全性，減少對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅，提出按照以下原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1）安全性原則。窨井蓋要確保在其使用過程中的安全性，井蓋的丟失可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。窨井蓋要防爆炸、防破壞、防被盜、防被雨水沖走，還要在即使丟失之后也要保證安全。

2）人性化原則。窨井蓋是民生工程，面對(duì)城市過往的行人車輛，要在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮窨井蓋與行人的關(guān)系。設(shè)計(jì)的人性化是本次窨井蓋設(shè)計(jì)的大前提。

3）環(huán)保原則。窨井蓋在材料的使用上盡量要選擇可再生材料，材料要做到抗腐蝕、抗壓、耐疲勞，保證使用壽命。同時(shí)，可以采用模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)不同區(qū)域可以更換的窨井蓋，也是保證綠色環(huán)保。

4）功能性原則。在設(shè)計(jì)中加入之前窨井蓋沒有的一些功能，例如，自動(dòng)感受水壓打開排水口。窨井蓋是要讓井蓋實(shí)現(xiàn)不僅可以排水，還能給人們提供附加功能，充分體現(xiàn)功能性。

5）美觀性原則。窨井蓋要在造型上有所突破，不拘泥于傳統(tǒng)風(fēng)格、造型及色彩，充分考慮與所處環(huán)境的融合，彰顯城市文化與特色。

3.2設(shè)計(jì)需求分析

通過對(duì)現(xiàn)有窨井蓋的解構(gòu)，及前期的現(xiàn)狀研究，結(jié)合觀察法、實(shí)地調(diào)研及文獻(xiàn)研究等途徑，獲得了窨井蓋生命周期中的有關(guān)痛點(diǎn)，在分析整理的基礎(chǔ)之上，總結(jié)了窨井蓋的痛點(diǎn)見表，并對(duì)痛點(diǎn)提出相應(yīng)的優(yōu)化辦法，如表2。

3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

基于以上設(shè)計(jì)需求分析并根據(jù)提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方向，得到窨井蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)：提升窨井蓋在全生命周期中的主動(dòng)與被動(dòng)安全性。設(shè)計(jì)了多款方案，并最終選定一個(gè)方案展開詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終方案爆炸圖如圖1。

1）材料選擇。一是菱鎂材質(zhì)強(qiáng)度高，抗壓、抗彎及有韌性，使用壽命長;二是菱鎂材質(zhì)外觀美，菱鎂井蓋自帶精細(xì)的花紋，且可以自行調(diào)顏色，可基于窨井蓋所處的地方文化特色進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)造與再創(chuàng)造，與城市環(huán)境進(jìn)行完美地結(jié)合;三是質(zhì)量輕，方便施工人員安裝和維修;四是菱鎂井蓋主要原材料是水泥，無回收價(jià)值，減少窨井蓋被盜的可能;五是菱鎂井蓋能在各種環(huán)境下正常使用，適用范圍廣。故選擇菱鎂材質(zhì)作為本款窨井蓋的材料。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。借鑒旋轉(zhuǎn)式杯口，采用雙層旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)（如圖1），每一層分別有一個(gè)鏤空的水口，在平時(shí)不下雨時(shí)，上下兩個(gè)開口錯(cuò)開，避免了東西落入窨井內(nèi)，在下雨時(shí)，當(dāng)感應(yīng)到水壓時(shí)會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)至上下兩個(gè)口子重合，雨水就會(huì)順著口子流入窨井內(nèi)。在井蓋的底部設(shè)計(jì)一圈橡膠，使窨井蓋與底座貼合，防止移位。同時(shí)橡膠有很好的緩沖和彈性性能，能有效避免井蓋跳動(dòng)產(chǎn)生噪音，從而提高窨井蓋的安全性。

3）外觀設(shè)計(jì)。在造型上，選擇使用圓形，避免窨井蓋掉入井內(nèi)。在色彩選擇上使用與瀝青路面顏色較接近的黑色，使得窨井蓋城市環(huán)境能較好地融合。

4）功能設(shè)計(jì)。在該窨井蓋中加入了電子傳感器，當(dāng)井蓋移位、丟失或破損時(shí)，電子傳感器能及時(shí)將相關(guān)信息發(fā)送給管理部門前來處理。在窨井的邊緣增加了反光警示條（如圖2），如井蓋被挪走，此時(shí)下部的反光警示條會(huì)露出，無論白天黑夜都能起到警示作用。此外，在窨井還裝有防墜網(wǎng)，即使井蓋缺失，人踩進(jìn)井里也不會(huì)掉下去，保證行人的安全。

現(xiàn)在國內(nèi)窨井蓋普遍存在開蓋費(fèi)勁的問題，在本窨井蓋方案中設(shè)計(jì)了便攜式拆解器，使得維修人員能輕松地將窨井蓋打開。

4窨井蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)的主觀評(píng)價(jià)

4.1優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的制作

使用Rhino軟件建模并導(dǎo)出為STL格式數(shù)據(jù)，然后使用Materialise Magics20對(duì)STL格式數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)、建立支撐及切片，最后使用3D打印機(jī)對(duì)切片數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，打印成型如圖3。

4.2評(píng)價(jià)過程及結(jié)果

基于3D打印成型的模型，利用對(duì)比法，選取國內(nèi)常見的一款窨井蓋與本設(shè)計(jì)方案的窨井蓋，采用專家訪談法邀請(qǐng)某市窨井蓋制造廠家經(jīng)理、多名維修人員及市民，對(duì)窨井蓋進(jìn)行材料、結(jié)構(gòu)、外形、功能設(shè)置四個(gè)方面進(jìn)行主觀安全評(píng)價(jià)。根據(jù)專家評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該優(yōu)化方案在材料、結(jié)構(gòu)、外形、功能設(shè)置四個(gè)方面均優(yōu)于現(xiàn)有的窨井蓋。

5結(jié)語

一款設(shè)計(jì)良好窨井蓋關(guān)乎人們的安全出行，對(duì)城市建設(shè)意義重大。此文通過對(duì)現(xiàn)有窨井蓋的洞察，分析了現(xiàn)有窨井蓋在造型、色彩及表面裝飾、結(jié)構(gòu)、功能、材料等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)安全性、人性化、環(huán)保性、功能性、美觀性等原則，對(duì)現(xiàn)有窨井蓋在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)、功能設(shè)置等多方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，較大程度提升了窨井蓋的安全性，提高了人車經(jīng)過窨井蓋時(shí)的體驗(yàn)。