王樂(lè)，金薇薇，王玥，劉欣玙

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海201600）

1 緒論

1.1 研究現(xiàn)狀

在當(dāng)下的后疫情時(shí)期，疫情時(shí)起時(shí)伏，隨時(shí)都有可能小規(guī)模爆發(fā)?！跋緹帷币搽S之興起，消毒儀器越來(lái)越成為人們?nèi)粘Ｉ钪须x不開(kāi)的產(chǎn)品。在疫情爆發(fā)后人們消毒意識(shí)增強(qiáng)，各類(lèi)消毒產(chǎn)品銷(xiāo)量激增，醫(yī)療保障日益完善，政府對(duì)公共衛(wèi)生投資量增大。

1.1.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有消毒產(chǎn)品現(xiàn)狀

現(xiàn)有的消毒儀器有用于餐飲消毒、空氣消毒、水消毒、物體表面消毒等消毒設(shè)備技術(shù)完善、種類(lèi)多樣，但對(duì)于鞋子消毒的產(chǎn)品卻少之又少。

1.1.2 現(xiàn)有消毒產(chǎn)品存在問(wèn)題

對(duì)當(dāng)下的消毒產(chǎn)品總結(jié)出了兩個(gè)主要問(wèn)題：一是隨著消毒產(chǎn)品的日益豐富多樣，人們生活中的消毒越來(lái)越頻繁，也有學(xué)者提出了“越消越毒”的觀(guān)點(diǎn)；二是當(dāng)下消毒產(chǎn)品普遍集中在便攜式個(gè)人消毒產(chǎn)品和大型公共場(chǎng)所消毒產(chǎn)品兩類(lèi)，而細(xì)節(jié)消毒極其容易被人們所忽略。

將消毒產(chǎn)品做到細(xì)節(jié)化簡(jiǎn)單化。鞋子作為個(gè)人防疫消殺工作中極易被忽視的點(diǎn)，也是病毒被帶入室內(nèi)的途徑之一。因此，對(duì)于鞋子的全面消毒是這次設(shè)計(jì)的主題。

1.2 研究意義

1.2.1 鞋子消毒在日常生活中的必要性

在日常生活中我們與鞋子的關(guān)系是密友。鞋底每天與地面緊密接觸，流動(dòng)性很強(qiáng)。如果不注意其衛(wèi)生，勢(shì)必會(huì)成為一種可怕的“隱形”病毒傳播方式。研究人員指出，不滿(mǎn)兩歲的孩子最容易受到鞋底細(xì)菌的侵害，因?yàn)樗麄兿矚g趴在地板上玩，手和嘴平均每小時(shí)接觸地板達(dá)數(shù)十次。這意味著你的孩子可能會(huì)接觸到鞋子沾上的多數(shù)細(xì)菌和病毒。因此，講究鞋子衛(wèi)生、減少鞋底污染很有必要。

在后疫情時(shí)代病毒變異，傳播能力增強(qiáng)，鞋子消毒問(wèn)題更應(yīng)該引起人們的關(guān)注和防范。

1.2.2 鞋子消毒在日常生活中的實(shí)用性

此產(chǎn)品主要針對(duì)家庭用戶(hù)也可運(yùn)用于酒店消毒，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的配套尺寸適用于日常居家玄關(guān)和鞋柜中，進(jìn)行普遍的消毒工作。根據(jù)不同使用人群的環(huán)境情況，進(jìn)行色彩和造型不同設(shè)計(jì)，功能上采用簡(jiǎn)單易懂的操作提供給大眾使用。產(chǎn)品選擇易于清理材料，讓消毒日常化、細(xì)節(jié)化、簡(jiǎn)單化。

2 自動(dòng)鞋子消毒器設(shè)計(jì)研究

2.1 自動(dòng)鞋子消毒器市場(chǎng)分析

2.1.1 鞋子所攜帶的細(xì)菌分析

鞋內(nèi)攜帶的細(xì)菌主要是金黃色葡萄球菌和霉菌，在陰暗潮濕的環(huán)境中極易滋生，細(xì)菌會(huì)和人的體液中的尿素發(fā)生反應(yīng)生成氨氣。鞋底是細(xì)菌滋生的重點(diǎn)地帶。在日常生活中，鞋底會(huì)沾染灰塵，泥土，動(dòng)物糞便。而動(dòng)物糞便中攜帶有大量的寄生蟲(chóng)和細(xì)菌。在鞋底上帶入室內(nèi)，在鞋架這種陰暗潮濕又不引人注意的地方快速繁殖，可能引發(fā)交叉感染，讓人類(lèi)產(chǎn)生腹瀉，肌肉關(guān)節(jié)疼痛，發(fā)冷，發(fā)熱，脫水甚至腦膜炎，敗血癥，或是一些心血管疾病。對(duì)于有小孩子的家庭，小朋友是接觸地板最多的人群，抵抗力較差，若不注意鞋子鞋柜的消殺，將產(chǎn)生很大的健康安全隱患。隨著新冠疫情遍布各地，無(wú)孔不入，病毒也會(huì)沾染到鞋子上帶來(lái)感染風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.2 市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品及相關(guān)產(chǎn)品調(diào)研

市場(chǎng)調(diào)研分為現(xiàn)有產(chǎn)品和相關(guān)產(chǎn)品兩部分。關(guān)于現(xiàn)有產(chǎn)品，進(jìn)行了線(xiàn)上和線(xiàn)下兩部分。線(xiàn)上參考了電商平臺(tái)各品牌產(chǎn)品，產(chǎn)品的通病是消毒不全面，僅僅有一面能照射到紫外線(xiàn)，并且體積大，不易搬運(yùn)，更多的是用在洗浴中心，酒店等場(chǎng)所，并沒(méi)有適合家用的產(chǎn)品。

關(guān)于相關(guān)產(chǎn)品，最常見(jiàn)的消毒僅僅只有幾種方式，如噴霧式，或者將紫外儀器等放入鞋中進(jìn)行消殺的方式。這些方式比較傳統(tǒng)，消毒不完全的情況下反而更有可能沾染在儀器上，發(fā)生交叉感染。經(jīng)過(guò)調(diào)查問(wèn)卷可以得知有近六成的人不會(huì)注重鞋子的消毒，在經(jīng)過(guò)一天的工作回家后，很有可能會(huì)忘記或者懶得用噴霧或者這類(lèi)紫外消毒儀器進(jìn)行消殺，使用體驗(yàn)較差。

2.1.3 針對(duì)自動(dòng)鞋子消毒器的用戶(hù)問(wèn)卷分析

根據(jù)鞋子的存放方式、保養(yǎng)需求、管理方式、處理方式、消毒意識(shí)等方面的問(wèn)題制作電子問(wèn)卷獲得196 人的調(diào)查結(jié)果如表1 所示。

表1 自動(dòng)鞋子消毒器的用戶(hù)問(wèn)卷結(jié)果Tab.1 The results of the automated shoe sterilizer user qionnaire

2.1.4 消毒方式及消毒原理應(yīng)用分析

（1）《醫(yī)院消毒技術(shù)規(guī)范》

根據(jù)《醫(yī)院消毒技術(shù)規(guī)范》，我們?nèi)粘４┲男泳蛯儆诘臀ｋU(xiǎn)性物品，采用低水平消毒方法，只殺滅細(xì)菌繁殖體（分枝桿菌除外）、親脂病毒的化學(xué)消毒劑和通風(fēng)換氣、沖洗等機(jī)械除菌法。

（2）紫外線(xiàn)

選擇紫外線(xiàn)消毒的優(yōu)劣在于，符合環(huán)境保護(hù)要求，不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷等“三致”物質(zhì)；殺菌迅速，無(wú)化學(xué)反應(yīng)；接觸時(shí)間短；運(yùn)行成本低。沒(méi)有持續(xù)殺菌能力。（UVC 紫外線(xiàn)：真正具有殺菌作用的是UVC 紫外線(xiàn)，C 波段紫外線(xiàn)很易被生物體洗后，尤以253.7 nm 左右的紫外線(xiàn)最佳。）紫外線(xiàn)可以殺滅各種微生物，包括細(xì)菌繁殖體、芽孢、分枝桿菌、病毒、真菌、立克次體和支原體等，凡被上述微生物污染的表面，水和空氣均可采用紫外線(xiàn)消毒。

紫外線(xiàn)有一定的適用條件，紫外線(xiàn)輻照能量低，穿透力弱，僅能殺滅直接照射到的微生物，因此消毒時(shí)必須使消毒部位充分暴露于紫外線(xiàn)下。用紫外線(xiàn)消毒紙張、織物等粗糙表面時(shí)，要適當(dāng)延長(zhǎng)照射時(shí)間，且兩面均應(yīng)受到照射。此外紫外線(xiàn)光不得照射到人，長(zhǎng)時(shí)間照射紫外線(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致皮膚色素沉著、皮膚增厚粗糙、光老化，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致癌前病變、皮膚癌、白內(nèi)障等。

（3）殺菌率要求

對(duì)于消毒產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，殺菌效果是消費(fèi)者最為重視的功能指數(shù)，它能夠體現(xiàn)產(chǎn)品對(duì)于幾種常見(jiàn)的嬰兒有害細(xì)菌的殺滅效果。本標(biāo)準(zhǔn)要求紫外線(xiàn)消毒器殺菌功能開(kāi)啟后，從金黃色葡萄球菌、大腸桿菌，白色念珠菌的前后數(shù)據(jù)對(duì)照中，得到其殺菌率、大腸桿菌、白色念珠菌的前后數(shù)據(jù)對(duì)照中，得到其殺菌率。殺菌率要求如表2 所示。

表2 消毒對(duì)象及要求Tab.2 Objects and requirements for disinfection

醫(yī)用紫外線(xiàn)消毒燈，可以殺滅新型冠狀病毒。新型冠狀病毒是一種β 屬的冠狀病毒，屬于RNA 病毒，其理化特性是對(duì)熱和紫外線(xiàn)敏感，所以應(yīng)用紫外線(xiàn)進(jìn)行消毒，可以滅活新型冠狀病毒。紫外線(xiàn)中有一種UVC 波段的紫外線(xiàn)，對(duì)病原體具有殺滅作用。

2.2 自動(dòng)鞋子消毒器設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)構(gòu)思

根據(jù)日常鞋子日常使用規(guī)律的觀(guān)察、討論、研究，進(jìn)行了前期的頭腦風(fēng)暴并提取關(guān)鍵詞：人體熱力感應(yīng)、現(xiàn)代家居風(fēng)格、消毒方式、戶(hù)型。由于消毒產(chǎn)品的特殊性需滿(mǎn)足紫外線(xiàn)適用條件，消毒時(shí)必須使消毒部位充分暴露于紫外線(xiàn)下，且兩面均應(yīng)受到照射，達(dá)到足夠的照射劑量。此外紫外線(xiàn)光不得照射到人，使用環(huán)境需要具備封閉性。

從紫外線(xiàn)消毒產(chǎn)品適用條件的封閉性上選擇一鞋一格的放置方式鞋盒消毒設(shè)計(jì)。為滿(mǎn)足紫外線(xiàn)消毒足夠的照射劑量，使鞋子兩面均受到照射，設(shè)計(jì)靈感以“奧利奧”組合方式，“奧”—紫外線(xiàn)燈照射板，“利”—放置鞋盒?！皧W利奧”組合方式也是自動(dòng)鞋子消毒儀器組裝結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)消毒鞋子的數(shù)量疊加安裝。

2.2.2 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果可見(jiàn)，大多數(shù)用戶(hù)更喜歡將鞋子統(tǒng)一放置在鞋柜里。為滿(mǎn)足用戶(hù)需求和對(duì)鞋子無(wú)死角消毒的產(chǎn)品特點(diǎn)，將單個(gè)鞋盒與鞋柜相結(jié)合，采用了“奧利奧”式的結(jié)構(gòu)，即紫外線(xiàn)燈+鞋盒+紫外線(xiàn)燈的形式，在產(chǎn)品的底部和頂部有頂板和底座，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行排列組合，更能滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求。

在產(chǎn)品造型和尺寸上，立方體的造型更加節(jié)省空間，對(duì)于家居用品來(lái)說(shuō)也更便于擺放，風(fēng)格簡(jiǎn)約。長(zhǎng)度為40 cm，寬度為35 cm，紫外線(xiàn)燈部分高度為4 cm，鞋盒部分高度為17cm。

在產(chǎn)品材質(zhì)上，采用家用設(shè)備常見(jiàn)的木紋和透明材質(zhì)的搭配，保證能夠更好融入現(xiàn)代家庭產(chǎn)品環(huán)境時(shí)還具有一定的用戶(hù)親和力，透明的柜門(mén)可以讓用戶(hù)更加清晰地看到鞋柜里面的鞋子，防止拿錯(cuò)和找不到的情況發(fā)生。因?yàn)樽贤饩€(xiàn)燈發(fā)熱的特性，所以在產(chǎn)品中其他部分材質(zhì)的選擇上，紫外線(xiàn)燈上下應(yīng)該選擇穿透力強(qiáng)的材質(zhì)，周?chē)墓耖T(mén)和木制外殼應(yīng)該選擇抗腐蝕、耐熱、不易變形的材質(zhì)[1]。

（1）觸控板

在產(chǎn)品頂板上的消毒操作界面的屏幕設(shè)計(jì)，主要用于啟動(dòng)和關(guān)閉產(chǎn)品和控制紫外線(xiàn)燈的消毒時(shí)長(zhǎng)以及消殺強(qiáng)度，可以使用戶(hù)在使用過(guò)程中可以直觀(guān)的看到產(chǎn)品的工作狀態(tài)，也可以方便快捷地進(jìn)行設(shè)定和調(diào)節(jié)。

（2）紫外線(xiàn)燈

將五個(gè)較小的紫外線(xiàn)燈管并排組裝在一個(gè)長(zhǎng)度、寬度與鞋盒相同的盒子里，組成了一個(gè)紫外線(xiàn)燈板。用戶(hù)根據(jù)需求將紫外線(xiàn)燈板拼接在每個(gè)鞋盒的上下，組裝完成之后，所有燈板通電，由產(chǎn)品頂部的觸控板統(tǒng)一控制。

為了消除紫外線(xiàn)燈對(duì)人體照射產(chǎn)生的安全隱患，通過(guò)人體紅外感應(yīng)系統(tǒng)讓紫外線(xiàn)燈在有人經(jīng)過(guò)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，現(xiàn)在市場(chǎng)上存在的HC-SR501 人體紅外感應(yīng)模塊配合LHI778 探頭設(shè)計(jì)就可以很好地實(shí)現(xiàn)。

（3）鞋盒

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上的鞋柜鞋盒打開(kāi)方式的對(duì)比分析，選擇了底軸打開(kāi)方式，原因是在一般情況下鞋柜本身高度不會(huì)太高，向下打開(kāi)的方式更加便于拿取。打開(kāi)后將柜門(mén)向里推，也不會(huì)干擾到其他鞋子的拿取。

鞋盒每個(gè)中間的隔板都可以拆卸，以滿(mǎn)足一些特殊形態(tài)的鞋子（例如：長(zhǎng)靴等）放置。在鞋盒的兩側(cè)分別設(shè)計(jì)有一個(gè)凹槽用于放置活性炭，起到干燥、消毒、防塵的作用。

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理（圖3），人取拿物品時(shí)物品高度應(yīng)該在58.6～124.4 cm 之間，在產(chǎn)品的底部設(shè)計(jì)有10 cm 高的底板，以保證最底層的鞋子也能夠拿取方便。

2.2.4 使用方法

使用流程：將需消毒的鞋子放置在單獨(dú)的鞋盒中，可根據(jù)鞋子類(lèi)型選擇是否使用隔板。觸碰屏幕打開(kāi)消毒程序，人遠(yuǎn)離自動(dòng)鞋子消毒儀器，等待提示音消毒完成。出門(mén)需使用鞋子時(shí)取出即可。