韓 旭，楊梓晗，胡 綺 Han Xu &Yang Zihan &Hu Qi

(湖北工業(yè)大學工業(yè)設計學院，湖北武漢 430068）

為應對新型冠狀病毒感染的肺炎疫情，生態(tài)環(huán)境部于2020年1月28日印發(fā)《新型冠狀病毒感染的肺炎疫情醫(yī)療廢物應急處置管理與技術(shù)指南（試行）》（以下簡稱《指南》），指導各地及時、有序、高效、無害化處置肺炎疫情醫(yī)療廢物，規(guī)范肺炎疫情醫(yī)療廢物應急處置的管理與技術(shù)要求?！吨改稀访鞔_了肺炎疫情醫(yī)療廢物應急處置管理要求，以設區(qū)的市為單位，規(guī)范肺炎疫情醫(yī)療廢物應急處置活動，防止疾病傳染和環(huán)境污染，及時發(fā)布應急處置信息[1]。

1 研究背景

疫情防控常態(tài)化之后，醫(yī)學化及醫(yī)療行為的增加，直接造成了“大量需求—大量生產(chǎn)—大量消費—大量廢棄”鏈條末端的醫(yī)療廢棄物產(chǎn)生現(xiàn)狀[2]。鑒于現(xiàn)實國情和醫(yī)院生活垃圾回收與管理尚需提升的現(xiàn)狀，隔離病區(qū)生活垃圾的管理存在以下問題：生活垃圾物流系統(tǒng)未形成一體化的管理；生活垃圾物流系統(tǒng)活動組織匹配不高，呈現(xiàn)散亂分布的狀態(tài)；生活垃圾物流系統(tǒng)的信息管理、智能化建設程度不足?；谏鲜霰尘埃狙芯吭噲D設計一款可以應用于隔離病區(qū)的自動化生活垃圾回收裝置，減少人與醫(yī)院隔離病區(qū)的垃圾接觸，降低感染風險。

2 隔離病區(qū)生活垃圾的管理機制調(diào)研

疫情期間，隔離病區(qū)中的病人和工作人員會產(chǎn)生各種生活垃圾。為研究隔離病區(qū)生活垃圾的具體產(chǎn)生流程和收集方法，本研究對某傳染病醫(yī)院隔離病區(qū)進行了實地調(diào)研，明確隔離病區(qū)的基本情況，獲取相應的調(diào)研數(shù)據(jù)作為生活垃圾智能回收裝置設計的依據(jù)。

2.1 調(diào)研范圍與目標

為了提高數(shù)據(jù)的合理性，本研究選擇某傳染病醫(yī)院為主要調(diào)研對象，并對其他醫(yī)院的隔離病區(qū)進行了補充調(diào)研。選擇傳染病醫(yī)院為主要調(diào)研對象，是由于傳染病醫(yī)院能代表較高的傳染病醫(yī)療服務水平和隔離病房建設規(guī)模，隔離病區(qū)的常年常態(tài)化運行，是本設計產(chǎn)品的主要應用場景，為之后的設計研究提供參考。此外，調(diào)研對象還包括院隔離病區(qū)內(nèi)的管理人員、醫(yī)療護理人員、保潔工作人員以及病人，調(diào)研內(nèi)容包括隔離病區(qū)的基本情況、生活垃圾的產(chǎn)生量、生活垃圾的主要內(nèi)容、生活垃圾桶的清理次數(shù)和目前生活垃圾收集存在的問題等。

2.2 設計點分析

2.2.1 隔離病區(qū)生活垃圾回收存在問題

對隔離病區(qū)生活垃圾回收的調(diào)研問卷進行統(tǒng)計,隔離病區(qū)生活垃圾回收存在的具體問題分為以下三方面：（1）即時回收難保障:保潔人員無法實時知道現(xiàn)存容量,無法在垃圾桶滿時即時回收，隔離病區(qū)內(nèi)的工作人員無法即時聯(lián)系保潔人員清理垃圾桶；（2）回收工作強度大：隔離病區(qū)垃圾多，工作人員需穿著防護服，工作強度很大；（3）定時回收垃圾桶需求難以滿足：無法實時知道垃圾桶容量，保潔人員需定時查看垃圾情況，增加了感染風險。

為了解決隔離病區(qū)生活垃圾回收的問題，需要針對性提出解決方法，使隔離病區(qū)的生活垃圾回收更加高效，同時減少非醫(yī)療工作人員的數(shù)量，降低工作人員感染風險。本研究提出以智能小車的智能產(chǎn)品設計，減少人工接觸的智能回收，使其不僅作為垃圾回收產(chǎn)品而存在，也作為一種醫(yī)護人員工作的輔助性工具，增加工作效率和為人服務[3]。

2.2.2 垃圾智能回收的現(xiàn)實需求

生活垃圾智能回收相較傳統(tǒng)人工回收方式有著顯著的優(yōu)點：高效地回收隔離病區(qū)中的生活垃圾；維持干凈整潔的隔離病區(qū)醫(yī)療環(huán)境；減少非醫(yī)療工作人員數(shù)量，降低感染風險。目前醫(yī)院隔離病區(qū)的生活垃圾回收主要采用人工回收的處理方式，增加了生活垃圾回收的工作量，造成了人力資源的消耗，同時增加了感染風險。面向未來疫情常態(tài)化的可能性，生活垃圾智能回收裝置應用有較大的需求。

2.2.3 設計思考

日常生活場景中的垃圾智能回收裝置的發(fā)展較為完善，由于隔離病區(qū)環(huán)境的特殊性，目前的產(chǎn)品尚不能直接解決隔離病區(qū)生活垃圾回收問題?；诖爽F(xiàn)狀，需要依據(jù)調(diào)研情況及實際數(shù)據(jù)為隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的功能、結(jié)構(gòu)及造型進行針對性設計。

3 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計分析及方案評價

3.1 設計方案說明

3.1.1 智能垃圾回收裝置初步設計方案

隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的內(nèi)部環(huán)境包括功能結(jié)構(gòu)和造型形式兩部分，外部環(huán)境中的“人”和“環(huán)境”兩要素是決定產(chǎn)品外部裝置的關(guān)鍵因素，具備環(huán)保理念的垃圾回收產(chǎn)品設計應考慮以下四方面：使用環(huán)保材料、多功能、零部件可更換以及降低運輸成本[4]，而模塊化的設計理念可以有效延長產(chǎn)品的生命周期，減少醫(yī)療生活垃圾智能回收裝置的重新再利用、維修以及回收或分解[5]。

3.1.2 車體設計

智能垃圾車和垃圾桶的交互

基于智能垃圾車和垃圾桶的交互進行車體設計，需要研究隔離病區(qū)工作人員與垃圾回收裝置的互動行為，系統(tǒng)性地開展設計[6]。目前的智能小車按其造型類別可分為車形、圓柱形、方柱形、人形設計（圖1）。依據(jù)隔離病區(qū)為使用場景、智能垃圾車的性能需求和環(huán)保垃圾桶的設計調(diào)研，人形的智能小車造型不適用于垃圾桶運輸要求，應從其他三種造型分類中進行選擇。為了判斷哪種車體設計更合理，需要采用合適的設計評估方法對設計原型方案進行設計評價，選擇較優(yōu)的原型方案進行后續(xù)設計。

圖1 智能小車造型分類對比圖

3.1.3 智能垃圾車方案設計

鑒于隔離病區(qū)的無接觸設計原則，智能垃圾車以電能為能源供給，初步確定智能垃圾車和智能充電的整體設計方案。智能垃圾車可分為車體、轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置、垃圾桶裝卸裝置、車載控制器、定位導航裝置、電源、自動充電裝置七個組成部分，這些組成部分系統(tǒng)完成智能垃圾車的運送任務。因此設計方案為車形、圓柱形、正方體形三種。

3.1.4 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置評價模型建立流程

將隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計方案評價模型建立方案如圖2所示。

圖2 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置評價模型方案

3.2 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計方案評價指標的確定

3.2.1 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計因素分析

為了確定隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計方案評價指標中的關(guān)鍵因素，首先需要分析隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計過程中各方面的設計因素。將設計過程中的20個設計因素進行整理，見表1。

表1 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計方案的評價因素匯總

3.2.2 基于卡片分類法的評價指標模型

基于卡片分類法進行隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置評價模型建立需要通過四個步驟來完成，首先需要對卡片分類活動進行宣講，參與隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置評價的志愿者一同進行卡片的分類，志愿者對卡片中的信息進行分組歸類，最后總結(jié)結(jié)論并對數(shù)據(jù)進行處理與分析?；诳ㄆ治龇ㄟM行隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置評價模型建立如圖3。

圖3 基于卡片分析法建模流程

依據(jù)上述20個設計因素，將每個設計因素書寫在一張卡片上，招募20位志愿者參與評價，其中包括5位工業(yè)設計師，10位醫(yī)護人員和5位保潔人員。在進行卡片分類前，首先需要對具體操作和注意事項進行詳細的說明，請志愿者依據(jù)以下標準對卡片進行分組：哪些卡片描述的是隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的同一種特征；哪些卡片描述的隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計因素可以歸屬到同一組；哪些卡片描述的隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計因素明顯不可能屬于一組，等志愿者完成了所有卡片的分組后，請參與評價的志愿者對完成的分組依據(jù)該組的特征進行命名[7]。

3.2.3 數(shù)據(jù)分析

將得到的數(shù)據(jù)從多個層面對志愿者完成的分組信息進行統(tǒng)計與處理。在選擇標準組的名稱時需要注意以下三點要求：組名之間具有一定的近似度[8]；組名之間具有一定的差別；語言的含義與引申。在卡片分組活動中志愿者們對所有的卡片進行了分組與組名的命名，首先對使用到的組名信息進行統(tǒng)計整理，得到的評價因素分組名稱與卡片數(shù)據(jù)匯總情況見表2。

表2 評價因素分組名稱與卡片數(shù)據(jù)匯總

調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，可靠性、環(huán)保性、智能化四個名稱使用的人最多。使用結(jié)構(gòu)安全和材料安全用來描述安全性能的人較少，兩者都屬于安全性范圍，可選擇安全性作為描述該組標準組名；環(huán)保材料屬于環(huán)保性的范圍，可選用環(huán)保性作為組名；準確性和穩(wěn)定性體現(xiàn)了隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的可靠性，選用可靠性作為組名；自動化和便捷性，通過隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的智能性得以實現(xiàn)，選用智能性作為組名。

基于卡片分類法分析研究的結(jié)果，得出隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計方案評價指標的關(guān)鍵因素分別為：安全性、可靠性、環(huán)保性、智能化四點，如圖4所示。

圖4 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計關(guān)鍵因素

3.3 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計方案評價選擇

3.3.1 評價指標權(quán)重的確定

上述研究分析了隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置設計方案評價指標中的四個關(guān)鍵因素，它們對設計方案的影響程度有所不同，需要對其進行權(quán)重分析，更加客觀地對設計方案進行評價[9]。本研究邀請之前參與評價的志愿者對隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的關(guān)鍵設計因素進行權(quán)重評分（滿分10分），將各關(guān)鍵因素所得的分數(shù)之和除以全部因素得分的總和可以獲得該關(guān)鍵因素在準則層中的權(quán)重系數(shù)，見表3。

表3 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置評價關(guān)鍵因素權(quán)重評分統(tǒng)計表

3.3.2 確定模糊評價的評價詞及度量值

對隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的設計方案進行準確的評價，需確定對應的評價詞和評價詞對應的度量值。本研究確定度量值的依據(jù)是李克特量表[10]，基于李克特量表建立隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置五點量表，評語為：差、一般、好、良、優(yōu)。其中優(yōu)取值1，每個相鄰的評價等級的差值為0.2[11]。

得到模糊評語度量值集合為：

再次邀請20名志愿者對隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的三種設計方案進行評價，方案評價結(jié)果見表4至表6。

表4 設計方案A評價結(jié)果詳情

表5 設計方案B評價結(jié)果詳情

表6 設計方案C評價結(jié)果詳情

3.3.3 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置評價結(jié)構(gòu)擇優(yōu)

（1）設計方案A評價得分

設計方案A各個關(guān)鍵因素除以總?cè)藬?shù)20，得到模糊評判矩陣如下：

可得：

最終得到的隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置A設計方案最終得分E 1為[12]：

（2）設計方案B評價得分

設計方案B各個關(guān)鍵因素除以總?cè)藬?shù)20，得到模糊評判矩陣R2如下：

可得：

最終得到的隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置B設計方案最終得分E 2為：

（3）設計方案C評價得分

設計方案C各個關(guān)鍵因素除以總?cè)藬?shù)20，得到模糊評判矩陣R3如下：

可得：

最終得到的隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置C設計方案最終得分E 3為：

4 隔離病區(qū)生活垃圾回收裝置設計

4.1 設計草圖

以評估得出的設計原型為基礎(chǔ)，結(jié)合隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的使用行為，通過行為分析進行邏輯組織關(guān)系梳理[14]，得出方案的設計，對設計方案進行快速表達。

4.2 模型的建立

確定隔離病區(qū)垃圾回收裝置的設計草圖后，利用犀牛建模軟件完成初始三維模型。垃圾回收裝置作為醫(yī)療保健設施產(chǎn)品，設計和美觀不僅影響醫(yī)院的能源消耗，還影響員工的表現(xiàn)和患者的心情與康復[15]。充分考量隔離病區(qū)的使用場景與需求，進一步細化設計，發(fā)現(xiàn)設計流程中存在的問題，不斷修正和優(yōu)化，進行渲染，得到最終效果圖。

4.3 設計細節(jié)說明

4.3.1 智能垃圾桶支架方案

智能垃圾桶支架主體部分主要采用注塑成型，以滿足消毒清洗的外觀設計要求。智能垃圾桶支架尺寸為長28 cm，寬28 cm，高34 cm，主體為白色，符合醫(yī)院病區(qū)環(huán)境及病人的心理需求。架上包括垃圾桶容量傳感器，通過紅外感應檢測垃圾桶的容量，給隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置控制系統(tǒng)發(fā)送回收指令，同時提供人工的方式發(fā)送回收指令。智能垃圾桶的支架在接到智能垃圾車指令時自動打開前門，協(xié)助智能垃圾車完成垃圾桶的自動裝載，如圖5。

圖5 環(huán)保垃圾桶方案設計渲染效果圖

4.3.2 環(huán)保垃圾桶設計方案

環(huán)保垃圾桶選用紙質(zhì)材料，因其加工工藝簡單，成本支出小，經(jīng)濟型和環(huán)保性遠高于塑料材質(zhì)。此外，國內(nèi)的紙業(yè)產(chǎn)業(yè)已形成“以紙養(yǎng)林、以林促紙”的林漿紙一體化戰(zhàn)略[16]，紙質(zhì)材料在環(huán)保與可持續(xù)方面是較為優(yōu)秀的材質(zhì)，杜絕二次回收造成的污染。環(huán)保垃圾桶使用方形造型，尺寸為長27 cm，寬22 cm，高34 cm。頂部4個孔為垃圾桶容量傳感器的透光口，方柱造型可以解決垃圾桶更換時的透光口定位問題。垃圾桶選用方便堆疊的上粗下細造型，方便存儲和運輸，裝卸卡口設計保證了智能垃圾車對垃圾桶的裝卸功能，如圖6。

圖6 智能垃圾桶支架設計方案渲染圖

4.3.3 智能垃圾車方案展示

車身整體使用不銹鋼材質(zhì)作為主框架，保證車體的結(jié)構(gòu)強度。車體部分使用改良抗菌塑料，滿足抗菌、清洗消毒的需求。車體主色調(diào)為白色，車體中間使用黃色警示條，如圖7。每個智能垃圾車每次最多可自動裝載4個垃圾桶，增加運輸數(shù)量的同時提高了智能垃圾車的穩(wěn)定性；麥克納姆輪的選擇保證了智能垃圾車的全向行駛，方便垃圾桶的裝卸；激光雷達和超聲波雷達的使用可以大幅度提高避障能力和定位精度；伸縮托盤的巧妙設計解決了垃圾桶的裝卸問題；紅外定位傳感器提高充電時的定位精度，保證智能垃圾車順利完成自動充電。運送頻率為一日2至4次，上下午各1至2次。依據(jù)調(diào)研結(jié)果，該頻次能夠滿足隔離病區(qū)每天的垃圾運送量[17]。

圖7 智能垃圾車設計方案渲染圖

設計結(jié)果的完整呈現(xiàn)，證明了設計流程與評估方法的可行性，在一定程度上解決了醫(yī)院隔離病區(qū)生活垃圾回收現(xiàn)存的問題，為醫(yī)院中垃圾智能回收裝置的設計提供了參考。隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置整合效果圖如圖8所示。

圖8 隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置最終方案整合

5 結(jié)語

在新型冠狀病毒的流行背景下，著重調(diào)研分析了醫(yī)院隔離病區(qū)生活垃圾回收過程與行為，以隔離病區(qū)為使用場景，生活垃圾回收為設計對象，基于垃圾桶支架、環(huán)保垃圾桶、智能垃圾車為設計載體，解決隔離病區(qū)生活垃圾自動化回收為基礎(chǔ)，提出了隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的設計方案，并建立隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的功能模塊和模塊架構(gòu)，利用卡片分類法和模糊綜合分析法對不同設計方案進行了評估，獲得了較優(yōu)的設計結(jié)果。通過深入設計研究，完成了隔離病區(qū)生活垃圾智能回收裝置的設計。但在醫(yī)院的調(diào)研、數(shù)據(jù)分析和設計過程中獲得了一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和設計成果，設計研究中仍然存在不足之處。面向未來疫情常態(tài)化的發(fā)展態(tài)勢，作為設計師，需要重新設計并定義“設計”，從“健康設計”和“可持續(xù)發(fā)展”的角度，探索設計和設計師全新的角色、職責、使命，進而重筑人類相互關(guān)聯(lián)的未來[18]。以醫(yī)療環(huán)境為應用場景的產(chǎn)品設計研究的有益探索，是后疫情時代設計師的重要使命。