李貞怡 姜巧倩 張欄月
摘要:響應(yīng)從“‘應(yīng)急之舉轉(zhuǎn)向‘機(jī)制設(shè)計”,發(fā)揮設(shè)計在構(gòu)建公共衛(wèi)生機(jī)制中的能動性,以門把手為突破口,為公共產(chǎn)品設(shè)計提高自潔性要求提供一個可行的設(shè)計方向。通過調(diào)研分析當(dāng)下公共門把手市場現(xiàn)狀,探索實現(xiàn)自潔的難點。通過功能分析和結(jié)構(gòu)研究總結(jié)實現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)類型可行性方案。采用迭代設(shè)計的方式,探索不同結(jié)構(gòu)形態(tài)在實現(xiàn)自潔中的優(yōu)劣勢。得到公共自潔把手模型。滑動裝置對于公共產(chǎn)品提高設(shè)計的自潔性要求有參考意義。
關(guān)鍵詞:疫情設(shè)計 自潔 公共產(chǎn)品 滑動裝置 把手
中圖分類號:TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
文章編號:1003-0069(2021)02-0032-03
引言
2019年新冠疫情爆發(fā)以來,在公共設(shè)施產(chǎn)品中的衛(wèi)生性缺乏問題凸顯之下,不少有關(guān)防疫和衛(wèi)生安全的設(shè)計應(yīng)運(yùn)而生。截至當(dāng)下,新冠疫情在世界范圍內(nèi)已經(jīng)持續(xù)了將近一年。文獻(xiàn)【1】提出,提高公共空間設(shè)計中的衛(wèi)生水平,不僅僅是疫情當(dāng)下的應(yīng)急之舉,更是要在后疫情時代轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N衛(wèi)生機(jī)制設(shè)計。設(shè)計,作為構(gòu)建公共空間物質(zhì)環(huán)境的主要手段,在公共衛(wèi)生機(jī)制的構(gòu)建中,具有能動作用。
門把手作為公共設(shè)施中的一個關(guān)鍵產(chǎn)品,不斷被驗證是細(xì)菌殘留的最佳場所,尤其在醫(yī)院、公共廁所、辦公樓、商場等場合細(xì)菌存留最多。文獻(xiàn)【2】提出門把手、抽屜把手及水龍頭等這些部位存在著嚴(yán)重污染,日常用清水擦拭不能有效清除,在醫(yī)院工作中容易造成交叉感染,給血液質(zhì)量和工作人員帶來安全隱患。文獻(xiàn)【3】對母嬰同室門把手進(jìn)行細(xì)菌檢測后表面,細(xì)菌污染嚴(yán)重。
當(dāng)下的自潔式產(chǎn)品研究多見于功能本身即與衛(wèi)生相關(guān)的產(chǎn)品,如張野的電動式自潔拖地機(jī)、葉建雄5具有換氣及自潔功能的空氣凈化器。在小型的接觸性公共產(chǎn)品的探索上還比較少,國內(nèi)關(guān)于持續(xù)性的自潔式門把手的研究較少。
一、公共把手市場現(xiàn)狀
目前的門把手市場大致可以分為兩類,一類是與門鎖開關(guān)結(jié)合,具有開鎖按壓功能的門把手,另一類即單純提供一個拉力或推理作用的門把手。從形態(tài)上講,前者呈現(xiàn)水平分布特征,且體積小,后者反之,呈垂直分布特征且門鎖體積更大。從使用場景來看,前者運(yùn)用的場所往往是面積相對較小的空間,且房門重量較輕,常見公共場合如辦公室、教室、廁所門等;后者運(yùn)用的場所相對較大,且房門重量更大。常見公共場合如醫(yī)院大門、小區(qū)一樓的出入廳、商場的出入玻璃門等。就成本價格來說,前者大概在50元一400元之間,后者大概在20元-200元之間。就目前看到的市場產(chǎn)品來說,設(shè)計的重點主要計中在產(chǎn)品的材料、色彩以及表面裝飾上。相對而言,具有開鎖按壓功能的門把手的設(shè)計會更加精密,尤其是和智能門鎖結(jié)合的門把手,除上述設(shè)計點外,還會考量產(chǎn)品的形狀、進(jìn)出入的便捷性等問題。
在此,設(shè)計者僅考慮門把手本身,不對與把手相關(guān)的鎖等配套設(shè)施做整合設(shè)計,主要探索一種符合大多數(shù)公共場合的門把手自潔形裝置模式。
二、公共把手實現(xiàn)自潔的難點
(一)常用消毒方式難以兼顧門把手自潔的持續(xù)性、有效性、安全性環(huán)保性。這與目前的消毒殺菌方式相關(guān),消毒殺菌方式的特征難以與門把手使用特性相匹配。市面上的消毒模式大致可以分為兩類,即物理法和化學(xué)法,物理法又包括高溫、冷凍、輻射等,化學(xué)法則是利用各種化學(xué)藥劑進(jìn)行清除、滅火微生物的方法。
常見的物理法有兩種,第一種是高溫消毒法,通過煮沸的方式實現(xiàn)高溫消毒是日常家居生活中用得最多的一種消毒法,多用在餐具清潔節(jié)上,但這種耗時耗力,需要沸水浸泡,且對于致病菌的消殺有限,很難推廣應(yīng)用,常見的紅外消毒柜其實也是借用了一個高溫消毒的原理,通過遠(yuǎn)紅外線使得柜內(nèi)溫度達(dá)到120°C從而實現(xiàn)消殺功能;第二種,紫外線消毒,紫外消毒主要通過UVC短波紫外線,波長在200-280納米,其特性是穿透能力弱,不能穿透普通玻璃和塑料制品,且對人體傷害很大不可直接照射人體。但價格低,應(yīng)用面廣,因此也不失為家庭整體消毒的利器。但問題在于,紫外線消毒的方式效率較低,一般而言需要直射30分鐘以上才能做到徹底消毒的效果,也不適用于需要不斷進(jìn)行清潔的門把手,由于物理法的時效性和高溫特征,運(yùn)用在與人手親密接觸且需要不斷清潔的門把手上并不現(xiàn)實。
常用的化學(xué)劑消毒有三種,第一種是市面上用得較多的含氯消毒液,如次氯酸鈉等,我們常使用的84,即添加的次氯酸鈉,但由于次氯酸鈉是有毒的,且對皮膚黏膜有腐蝕作用,因此不可以與人進(jìn)行直接性接觸,除此以外的常用化學(xué)劑還有乙醇,相對于含氯消毒液來說,乙醇屬于中效消毒劑,更多是用在醫(yī)療領(lǐng)域。在國際上,還有一種穩(wěn)定高效且安全的化學(xué)劑正在得到廣泛應(yīng)用,即二氧化氯。按照國家規(guī)定,二氧化氯屬于高水平消毒劑,不僅對常見的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等有高效的滅活能力,對呼吸道病毒,包括流感病毒的消毒效果遠(yuǎn)超液態(tài)含氯液體,并且研究表明二氧化氯對2000年的sars等冠狀病毒有很好的滅活效果。因此從理論上講對于消殺2019新冠病毒也是有效的。該消毒方式的問題在于揮發(fā)性氣體是對空氣進(jìn)行潔凈,而非針對性地對門把手起到很好的消毒效果。
不過,在消毒殺菌領(lǐng)域還有一個不常用的方式或許可以引起注意,即光觸酶的消毒方式。這種方式依靠具有光催化功能的半導(dǎo)體材料與光作用產(chǎn)生殺菌消毒功能。具有代表性的光觸媒材料是二氧化鈦,它能在光照射下產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的物質(zhì),進(jìn)而于分解有機(jī)化合物、部分無機(jī)化合物、細(xì)菌及病毒等。這種消毒方式無毒、環(huán)保、高效,唯一的問題是需要經(jīng)紫外線催化,而紫外線無法直接與人體接觸。
(二)消殺過程的效率難以保證。由于人們進(jìn)門出門時往往都不會停留太長時間,使用門把手通常就在兩三秒之間,因此門把手的自潔工作要實現(xiàn)高效率,不拖累、不妨礙生活。
人為消毒在疫情之下人人自危的情況中是可行的,但就長遠(yuǎn)來看,疫情之后,生活中殘留的病毒細(xì)菌并不會減少,而人為消毒的惰性則會逐漸顯現(xiàn)出來,因此消毒殺菌的效率難以保證。如圖1,是疫情下催生的設(shè)計之一,通過讓人手不接觸門把手,實現(xiàn)控制病毒細(xì)菌感染的風(fēng)險。但此種方式并不符合人的行為習(xí)慣,因此僅適用于特殊時期;圖2所示為疫情之下的一個整合設(shè)計,即門把手和消毒液的結(jié)合運(yùn)用【6】。同樣,在疫情環(huán)境中此類產(chǎn)品具有適用性,但放在長遠(yuǎn)的觀念上,由于人的惰性即開關(guān)門動作的即時性,消毒殺菌過程的效率也難以保證。
(三)應(yīng)用在公共場合,需要嚴(yán)控成本。在公共場景中,如普通的小區(qū)居民樓一層、商場門等,使用人群廣泛、具有群眾性特征,易損耗且難以找到責(zé)任方。依據(jù)調(diào)研結(jié)果,普通公共場合的門把手價格控制在50-150元之間最為恰當(dāng)。因此,在自潔式門把手的開發(fā)設(shè)計中,非常重要的是需要嚴(yán)控成本,讓利益相關(guān)方能夠愿意消費此類產(chǎn)品以提高小區(qū)或者商場衛(wèi)生性。
三、設(shè)計方法分析
功能分析和結(jié)構(gòu)研究是工業(yè)設(shè)計中最主要最基本的設(shè)計方法。通過功能分析和結(jié)構(gòu)研究可以幫助工業(yè)設(shè)計師鎖定產(chǎn)品核心功能,提取產(chǎn)品功能層級,迅速達(dá)到功能目的。此設(shè)計應(yīng)用中,以這兩種基本的設(shè)計方法為指導(dǎo)思想,通過迭代優(yōu)化的設(shè)計方法,探索不同結(jié)構(gòu)形態(tài)在解決門把手自潔問題中的優(yōu)劣之處,從而更好地幫助設(shè)計師理解結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品功能之間的關(guān)系。
(一)功能分析?;谏鲜鰡栴}分析得出,此次應(yīng)用研究核心的攻克點應(yīng)該在于保證消殺過程的高效率、連貫性、及低成本改造。高效率體現(xiàn)在兩方面,一方面是消毒方式本身應(yīng)具有高效率,另一方面,消毒操作過程應(yīng)該具有高效率;連貫性在于門把手自我消毒的過程中不會影響用戶的使用行為;低成本改造則綜合體現(xiàn)在把手的整個設(shè)計之中,尤其以當(dāng)下現(xiàn)有的技術(shù)、材料和形態(tài)為基準(zhǔn),在最小的改動上進(jìn)行功能最大化設(shè)計。
從上述問題可以看出,僅靠消毒方式附加于門把手的設(shè)計方式是難以解決問題的。因此,對于門把手這個簡單的功能產(chǎn)品來說,綜合成本因素,可以將較為成熟簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)和消毒方式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,從而優(yōu)化配置,解決上述問題。因此提出:用簡單巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理,和高效安全的光觸媒消毒方式結(jié)合,從而實現(xiàn)低成本的綠色高效持續(xù)性消毒。
產(chǎn)品需要借助光觸媒的消毒方式,運(yùn)用原理為“二氧化鈦遇紫外線燈發(fā)生光催化作用”。二氧化鈦在物理特性上呈現(xiàn)粉末狀,可以經(jīng)工藝處理附著在表面,而紫外線燈有對人體皮膚傷害的弊處,因此需要進(jìn)行隱藏。除此以外,產(chǎn)品消毒部位為用戶手握持部位,因此用戶使用與消毒功能運(yùn)行之間應(yīng)具有一定的往復(fù)性,也即是產(chǎn)品可以在發(fā)揮使用部件之間置換的功能進(jìn)行清潔的同時又不影響使用效率,產(chǎn)品所需功能層級如圖3。
(二)結(jié)構(gòu)分析。調(diào)查發(fā)現(xiàn),滑動裝置作為一個較為基礎(chǔ)和簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu),在隱藏和儲蓄、置換、清潔等各個方面都有廣泛的應(yīng)用,日常生活中如抽屜輪椅抽拉門等均是采用了此類機(jī)械結(jié)構(gòu)。就此我們可以利用滑動裝置,實現(xiàn)消毒劑的隱藏(如避免與人手接觸)、儲蓄(如儲存化學(xué)消毒劑)、置換(高效率雙向運(yùn)轉(zhuǎn))以及清潔的功能(滑動清潔噴灑等)。
通過對市場上現(xiàn)有的滑動裝置進(jìn)行調(diào)研分析,總結(jié)主要的滑動結(jié)構(gòu)有以下三種。
1.傳送帶滑動:傳送帶滑動的表現(xiàn)形態(tài)為一個循環(huán)封閉的平面帶通過滾軸進(jìn)行往復(fù)輸送(圖4),其原理是:工作構(gòu)件中有輪子作為驅(qū)動輸送裝置,使依附在輪子上的輸送帶利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或往復(fù)運(yùn)動,輪子依靠電動機(jī)提供源驅(qū)動力即可。傳送帶的方式其優(yōu)勢在于可以使一個鏈條(傳送帶)上的物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)使用,能夠提高事物運(yùn)行的效率,并且可以通過控制傳送帶的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)效率。生活中,此類結(jié)構(gòu)常見于自行車鏈條(鏈傳動,方式與傳送帶類似)、行李及貨物運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)場景上。這種結(jié)構(gòu)成本低,方式簡單,穩(wěn)定性高。
2.軸動:軸動是借助一個或多個傳動軸(類似棍子的形態(tài))使設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)、傳遞動力的結(jié)構(gòu)形式。(圖5)傳動軸使是一個高轉(zhuǎn)速少支撐的旋轉(zhuǎn)體,因此在設(shè)計中的動力平衡非常關(guān)鍵,傳動軸的應(yīng)用場景有汽車、新型自行車(如摩拜單車)等,這種結(jié)構(gòu)相對來說成本更大,功能上更適用于驅(qū)動發(fā)力,因此更多運(yùn)用在機(jī)械內(nèi)部的運(yùn)動結(jié)構(gòu)中。一個電梯的設(shè)計中,不僅包含了傳動帶,也包含了軸傳動。游樂園中最常見的旋轉(zhuǎn)木馬也是利用軸傳動實現(xiàn)木馬旋轉(zhuǎn)的案例。
3.純粹的滑輪驅(qū)動:這是生活中最常見的一種驅(qū)動方式,即利用輪子的形態(tài)特性,減少接觸面積,進(jìn)而減小摩擦力,從而促進(jìn)產(chǎn)品能夠進(jìn)行抽拉滑動等活動,其表現(xiàn)形態(tài)有滾輪、滑軌等(圖6)。例如我們生活中最常見的衣柜拉門,就是使用了滑軌的滑動形式。類似的產(chǎn)品還有輪椅、窗簾等日常用品,都是簡單的滾輪卡口結(jié)構(gòu)。該方式形態(tài)結(jié)構(gòu)簡單,成本造價低,操作簡單,且可以實現(xiàn)隱藏與儲存的功能,非常適用于日常生活。
基于上述調(diào)研結(jié)果及自潔式門把手的設(shè)計需求,分別將三種滑動機(jī)械結(jié)構(gòu)和光觸媒的消毒殺菌方式做出了結(jié)合設(shè)計方案,并通過迭代優(yōu)化的方式進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。
四、創(chuàng)新設(shè)計方案研究
(一)設(shè)計目標(biāo)。前一階段已經(jīng)通過功能分析的方式區(qū)分了產(chǎn)品的功能層級,在設(shè)計開始之前,明確第一層級和第二層級是在設(shè)計過程中首要考慮的因素,在探索結(jié)構(gòu)形態(tài)與產(chǎn)品功能之間的關(guān)系時,優(yōu)先考慮連續(xù)性自潔的實現(xiàn)問題。解決上述問題后,再綜合考量“降低成本”的問題。需要指出的是,這里所說的“降低成本”不僅是經(jīng)濟(jì)上的成本,也是用戶使用的學(xué)習(xí)成本。
(二)基于不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的設(shè)計實現(xiàn)。在總結(jié)上述不同滑動裝置的基礎(chǔ)上,首先對三種設(shè)計方法進(jìn)行了實踐應(yīng)用,作出基于不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的三種產(chǎn)品形式。
1.方案一:如圖7和組圖8,該方案所采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)為傳送帶形式,主要借助傳送帶儲存與置換的功能。傳送帶本身即門把手,門把手的一半暴露在空氣中,另一半置放在門把手內(nèi)部,門把手上鍍以二氧化鈦薄膜,把手上方設(shè)置有紅外感應(yīng)裝置。人使用門把手后,紅外感應(yīng)裝置自動識別,已經(jīng)使用的半邊傳送帶會觸發(fā)傳送裝置,順時針旋轉(zhuǎn)至門把手內(nèi)部,已經(jīng)清潔部分則由順時針從內(nèi)部伸出,以供下一位用戶使用。該設(shè)計從傳送帶的基本性能特征入手,將紫外消毒裝置儲存于把手結(jié)構(gòu)內(nèi)部,通過循環(huán)往復(fù)的方式為用戶源源不斷地提供干凈的門把手。在結(jié)構(gòu)的功能利用上來說是一個利用充分的設(shè)計,但材料形式上較過去的公共門把手有較大改動,且硅膠材質(zhì)受力更弱,不利于公共場所大型玻璃門的推拉。
2.方案二:如圖9和組圖10,該方案所采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)為軸傳動結(jié)構(gòu),主要利用旋轉(zhuǎn)的功能從而達(dá)到儲存的作用。在產(chǎn)品的內(nèi)部增加了一個旋轉(zhuǎn)軸,通過旋轉(zhuǎn)軸逆時針或順時針實現(xiàn)門把手由外向里,以及由里向外的伸縮。紅外感應(yīng)到用戶經(jīng)過之后,把手由外向里伸縮時,呈清潔狀態(tài),把手內(nèi)壁上置放的紫外線燈開啟,與把手上的二氧化鈦涂層反應(yīng)后達(dá)到消毒殺菌的作用。完成既定清潔時間后,把手又會由里向外伸縮,以供用戶使用。由于軸傳動結(jié)構(gòu)在體積上占用空間較大,且與公共空間門把手的既往形態(tài)相悖,因此設(shè)計較大地改變了既往公共把手的基本形態(tài)。