《后疫情时代的启示：利用滑动结构实现门把手自洁的应用研究》-工学论文，设计论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

后疫情时代的启示：利用滑动结构实现门把手自洁的应用研究

范文

李贞怡　姜巧倩　张栏月

摘要：响应从“‘应急之举转向‘机制设计”，发挥设计在构建公共卫生机制中的能动性，以门把手为突破口，为公共产品设计提高自洁性要求提供一个可行的设计方向。通过调研分析当下公共门把手市场现状，探索实现自洁的难点。通过功能分析和结构研究总结实现功能的结构类型可行性方案。采用迭代设计的方式，探索不同结构形态在实现自洁中的优劣势。得到公共自洁把手模型。滑动装置对于公共产品提高设计的自洁性要求有参考意义。

关键词：疫情设计自洁公共产品滑动装置把手

中图分类号：TB472 文献标识码：B

文章编号：1003-0069（2021）02-0032-03

引言

2019年新冠疫情爆发以来，在公共设施产品中的卫生性缺乏问题凸显之下，不少有关防疫和卫生安全的设计应运而生。截至当下，新冠疫情在世界范围内已经持续了将近一年。文献【1】提出，提高公共空间设计中的卫生水平，不仅仅是疫情当下的应急之举，更是要在后疫情时代转变为一种卫生机制设计。设计，作为构建公共空间物质环境的主要手段，在公共卫生机制的构建中，具有能动作用。

门把手作为公共设施中的一个关键产品，不断被验证是细菌残留的最佳场所，尤其在医院、公共厕所、办公楼、商场等场合细菌存留最多。文献【2】提出门把手、抽屉把手及水龙头等这些部位存在着严重污染，日常用清水擦拭不能有效清除，在医院工作中容易造成交叉感染，给血液质量和工作人员带来安全隐患。文献【3】对母婴同室门把手进行细菌检测后表面，细菌污染严重。

当下的自洁式产品研究多见于功能本身即与卫生相关的产品，如张野的电动式自洁拖地机、叶建雄5具有换气及自洁功能的空气净化器。在小型的接触性公共产品的探索上还比较少，国内关于持续性的自洁式门把手的研究较少。

一、公共把手市场现状

目前的门把手市场大致可以分为两类，一类是与门锁开关结合，具有开锁按压功能的门把手，另一类即单纯提供一个拉力或推理作用的门把手。从形态上讲，前者呈现水平分布特征，且体积小，后者反之，呈垂直分布特征且门锁体积更大。从使用场景来看，前者运用的场所往往是面积相对较小的空间，且房门重量较轻，常见公共场合如办公室、教室、厕所门等;后者运用的场所相对较大，且房门重量更大。常见公共场合如医院大门、小区一楼的出入厅、商场的出入玻璃门等。就成本价格来说，前者大概在50元一400元之间，后者大概在20元-200元之间。就目前看到的市场产品来说，设计的重点主要计中在产品的材料、色彩以及表面装饰上。相对而言，具有开锁按压功能的门把手的设计会更加精密，尤其是和智能门锁结合的门把手，除上述设计点外，还会考量产品的形状、进出入的便捷性等问题。

在此，设计者仅考虑门把手本身，不对与把手相关的锁等配套设施做整合设计，主要探索一种符合大多数公共场合的门把手自洁形装置模式。

二、公共把手实现自洁的难点

（一）常用消毒方式难以兼顾门把手自洁的持续性、有效性、安全性环保性。这与目前的消毒杀菌方式相关，消毒杀菌方式的特征难以与门把手使用特性相匹配。市面上的消毒模式大致可以分为两类，即物理法和化学法，物理法又包括高温、冷冻、辐射等，化学法则是利用各种化学药剂进行清除、灭火微生物的方法。

常见的物理法有兩种，第一种是高温消毒法，通过煮沸的方式实现高温消毒是日常家居生活中用得最多的一种消毒法，多用在餐具清洁节上，但这种耗时耗力，需要沸水浸泡，且对于致病菌的消杀有限，很难推广应用，常见的红外消毒柜其实也是借用了一个高温消毒的原理，通过远红外线使得柜内温度达到120°C从而实现消杀功能;第二种，紫外线消毒，紫外消毒主要通过UVC短波紫外线，波长在200-280纳米，其特性是穿透能力弱，不能穿透普通玻璃和塑料制品，且对人体伤害很大不可直接照射人体。但价格低，应用面广，因此也不失为家庭整体消毒的利器。但问题在于，紫外线消毒的方式效率较低，一般而言需要直射30分钟以上才能做到彻底消毒的效果，也不适用于需要不断进行清洁的门把手，由于物理法的时效性和高温特征，运用在与人手亲密接触且需要不断清洁的门把手上并不现实。

常用的化学剂消毒有三种，第一种是市面上用得较多的含氯消毒液，如次氯酸钠等，我们常使用的84，即添加的次氯酸钠，但由于次氯酸钠是有毒的，且对皮肤黏膜有腐蚀作用，因此不可以与人进行直接性接触，除此以外的常用化学剂还有乙醇，相对于含氯消毒液来说，乙醇属于中效消毒剂，更多是用在医疗领域。在国际上，还有一种稳定高效且安全的化学剂正在得到广泛应用，即二氧化氯。按照国家规定，二氧化氯属于高水平消毒剂，不仅对常见的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有高效的灭活能力，对呼吸道病毒，包括流感病毒的消毒效果远超液态含氯液体，并且研究表明二氧化氯对2000年的sars等冠状病毒有很好的灭活效果。因此从理论上讲对于消杀2019新冠病毒也是有效的。该消毒方式的问题在于挥发性气体是对空气进行洁净，而非针对性地对门把手起到很好的消毒效果。

不过，在消毒杀菌领域还有一个不常用的方式或许可以引起注意，即光触酶的消毒方式。这种方式依靠具有光催化功能的半导体材料与光作用产生杀菌消毒功能。具有代表性的光触媒材料是二氧化钛，它能在光照射下产生强氧化性的物质，进而于分解有机化合物、部分无机化合物、细菌及病毒等。这种消毒方式无毒、环保、高效，唯一的问题是需要经紫外线催化，而紫外线无法直接与人体接触。

（二）消杀过程的效率难以保证。由于人们进门出门时往往都不会停留太长时间，使用门把手通常就在两三秒之间，因此门把手的自洁工作要实现高效率，不拖累、不妨碍生活。

人为消毒在疫情之下人人自危的情况中是可行的，但就长远来看，疫情之后，生活中残留的病毒细菌并不会减少，而人为消毒的惰性则会逐渐显现出来，因此消毒杀菌的效率难以保证。如图1，是疫情下催生的设计之一，通过让人手不接触门把手，实现控制病毒细菌感染的风险。但此种方式并不符合人的行为习惯，因此仅适用于特殊时期;图2所示为疫情之下的一个整合设计，即门把手和消毒液的结合运用【6】。同样，在疫情环境中此类产品具有适用性，但放在长远的观念上，由于人的惰性即开关门动作的即时性，消毒杀菌过程的效率也难以保证。

（三）应用在公共场合，需要严控成本。在公共场景中，如普通的小区居民楼一层、商场门等，使用人群广泛、具有群众性特征，易损耗且难以找到责任方。依据调研结果，普通公共场合的门把手价格控制在50-150元之间最为恰当。因此，在自洁式门把手的开发设计中，非常重要的是需要严控成本，让利益相关方能够愿意消费此类产品以提高小区或者商场卫生性。

三、设计方法分析

功能分析和结构研究是工业设计中最主要最基本的设计方法。通过功能分析和结构研究可以帮助工业设计师锁定产品核心功能，提取产品功能层级，迅速达到功能目的。此设计应用中，以这两种基本的设计方法为指导思想，通过迭代优化的设计方法，探索不同结构形态在解决门把手自洁问题中的优劣之处，从而更好地帮助设计师理解结构与产品功能之间的关系。

（一）功能分析。基于上述问题分析得出，此次应用研究核心的攻克点应该在于保证消杀过程的高效率、连贯性、及低成本改造。高效率体现在两方面，一方面是消毒方式本身应具有高效率，另一方面，消毒操作过程应该具有高效率;连贯性在于门把手自我消毒的过程中不会影响用户的使用行为;低成本改造则综合体现在把手的整个设计之中，尤其以当下现有的技术、材料和形态为基准，在最小的改动上进行功能最大化设计。

从上述问题可以看出，仅靠消毒方式附加于门把手的设计方式是难以解决问题的。因此，对于门把手这个简单的功能产品来说，综合成本因素，可以将较为成熟简单机械结构和消毒方式进行有机结合，从而优化配置，解决上述问题。因此提出：用简单巧妙的机械结构原理，和高效安全的光触媒消毒方式结合，从而实现低成本的绿色高效持续性消毒。

产品需要借助光触媒的消毒方式，运用原理为“二氧化钛遇紫外线灯发生光催化作用”。二氧化钛在物理特性上呈现粉末状，可以经工艺处理附着在表面，而紫外线灯有对人体皮肤伤害的弊处，因此需要进行隐藏。除此以外，产品消毒部位为用户手握持部位，因此用户使用与消毒功能运行之间应具有一定的往复性，也即是产品可以在发挥使用部件之间置换的功能进行清洁的同时又不影响使用效率，产品所需功能层级如图3。

（二）结构分析。调查发现，滑动装置作为一个较为基础和简单的机械结构，在隐藏和储蓄、置换、清洁等各个方面都有广泛的应用，日常生活中如抽屉轮椅抽拉门等均是采用了此类机械结构。就此我們可以利用滑动装置，实现消毒剂的隐藏（如避免与人手接触）、储蓄（如储存化学消毒剂）、置换（高效率双向运转）以及清洁的功能（滑动清洁喷洒等）。

通过对市场上现有的滑动装置进行调研分析，总结主要的滑动结构有以下三种。

1.传送带滑动：传送带滑动的表现形态为一个循环封闭的平面带通过滚轴进行往复输送（图4），其原理是：工作构件中有轮子作为驱动输送装置，使依附在轮子上的输送带利用工作构件的旋转运动或往复运动，轮子依靠电动机提供源驱动力即可。传送带的方式其优势在于可以使一个链条（传送带）上的物质进行循环使用，能够提高事物运行的效率，并且可以通过控制传送带的转速来调节效率。生活中，此类结构常见于自行车链条（链传动，方式与传送带类似）、行李及货物运输等相关场景上。这种结构成本低，方式简单，稳定性高。

2.轴动：轴动是借助一个或多个传动轴（类似棍子的形态）使设备协调运转、传递动力的结构形式。（图5）传动轴使是一个高转速少支撑的旋转体，因此在设计中的动力平衡非常关键，传动轴的应用场景有汽车、新型自行车（如摩拜单车）等，这种结构相对来说成本更大，功能上更适用于驱动发力，因此更多运用在机械内部的运动结构中。一个电梯的设计中，不仅包含了传动带，也包含了轴传动。游乐园中最常见的旋转木马也是利用轴传动实现木马旋转的案例。

3.纯粹的滑轮驱动：这是生活中最常见的一种驱动方式，即利用轮子的形态特性，减少接触面积，进而减小摩擦力，从而促进产品能够进行抽拉滑动等活动，其表现形态有滚轮、滑轨等（图6）。例如我们生活中最常见的衣柜拉门，就是使用了滑轨的滑动形式。类似的产品还有轮椅、窗帘等日常用品，都是简单的滚轮卡口结构。该方式形态结构简单，成本造价低，操作简单，且可以实现隐藏与储存的功能，非常适用于日常生活。

基于上述调研结果及自洁式门把手的设计需求，分别将三种滑动机械结构和光触媒的消毒杀菌方式做出了结合设计方案，并通过迭代优化的方式进行设计改进。

四、创新设计方案研究

（一）设计目标。前一阶段已经通过功能分析的方式区分了产品的功能层级，在设计开始之前，明确第一层级和第二层级是在设计过程中首要考虑的因素，在探索结构形态与产品功能之间的关系时，优先考虑连续性自洁的实现问题。解决上述问题后，再综合考量“降低成本”的问题。需要指出的是，这里所说的“降低成本”不仅是经济上的成本，也是用户使用的学习成本。

（二）基于不同结构形态的设计实现。在总结上述不同滑动装置的基础上，首先对三种设计方法进行了实践应用，作出基于不同结构形态的三种产品形式。

1.方案一：如图7和组图8，该方案所采用的机械结构为传送带形式，主要借助传送带储存与置换的功能。传送带本身即门把手，门把手的一半暴露在空气中，另一半置放在门把手内部，门把手上镀以二氧化钛薄膜，把手上方设置有红外感应装置。人使用门把手后，红外感应装置自动识别，已经使用的半边传送带会触发传送装置，顺时针旋转至门把手内部，已经清洁部分则由顺时针从内部伸出，以供下一位用户使用。该设计从传送带的基本性能特征入手，将紫外消毒装置储存于把手结构内部，通过循环往复的方式为用户源源不断地提供干净的门把手。在结构的功能利用上来说是一个利用充分的设计，但材料形式上较过去的公共门把手有较大改动，且硅胶材质受力更弱，不利于公共场所大型玻璃门的推拉。

2.方案二：如图9和组图10，该方案所采用的机械结构为轴传动结构，主要利用旋转的功能从而达到储存的作用。在产品的内部增加了一个旋转轴，通过旋转轴逆时针或顺时针实现门把手由外向里，以及由里向外的伸缩。红外感应到用户经过之后，把手由外向里伸缩时，呈清洁状态，把手内壁上置放的紫外线灯开启，与把手上的二氧化钛涂层反应后达到消毒杀菌的作用。完成既定清洁时间后，把手又会由里向外伸缩，以供用户使用。由于轴传动结构在体积上占用空间较大，且与公共空间门把手的既往形态相悖，因此设计较大地改变了既往公共把手的基本形态。

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。