基于人性化設(shè)計理念的城市候車節(jié)能裝置設(shè)計

王朝陽 李朔 朱國鑫 袁潤雪 李曉陽 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)

1 設(shè)計的背景

近年來，針對城市供電的電源來源主要是火力發(fā)電和水力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電和水利發(fā)電雖成本較低，但弊端也較為明顯，火力發(fā)電仍存在著污染大，可持續(xù)前景暗淡，耗能大效率低的問題，水力發(fā)電對地理環(huán)境要求高，需在水力資源極其豐富的情況下才能加以利用。利用無污染、可再生、清潔性強等優(yōu)點的動能轉(zhuǎn)化為電能成為國家和人們所追求的一種發(fā)展趨勢。

公共交通作為目前人們主要的出行方式，能夠很好的緩解城市交通擁堵的問題，同時可以達到低碳出行的效果，但中國城市公共設(shè)施基數(shù)大，城市公交的照明設(shè)施較多，耗電量大，資源浪費嚴(yán)重，資金的支出較大成為目前的一個主要問題。同時，人們平時的運動只是為了運動而消耗能量，快節(jié)奏的生活也大大減少了人們的鍛煉時間，使人們運動意識降低，更多的是夾雜在工作中的走步與跑步，能量主要以碎片化形式消耗，收集利用較為困難，因此，針對公交站牌及周圍的照明設(shè)施如何在保證其功能的同時減少能耗與成本，充分收集與利用動能向電能的轉(zhuǎn)化成為一個重要的研究課題。

2 現(xiàn)有城市公交節(jié)能裝置分析

加裝太陽能電池板的公交站牌能夠儲存一定的電量，到晚上通過LED燈帶照明，解決了夜間部分站牌因周圍光線不足導(dǎo)致乘車人員無法辨認(rèn)站牌內(nèi)容的問題，雖體現(xiàn)出了一定的節(jié)能環(huán)保性，但當(dāng)光線不足或遇到陰雨天時則不能夠完全儲電的功能。

目前的普通電子站牌功耗大，不節(jié)能。以前LED文本點陣的站牌由于只能顯示文本信息已逐漸被取代，高亮液晶屏因可以顯示面板顯示實時信息逐漸出現(xiàn)，但液晶屏幕功耗非常大，單屏幕功耗普遍達到200W，再加上配套的強制風(fēng)冷或空調(diào)等散熱措施，系統(tǒng)正常工作時功耗可達400-500W，不能夠達到功耗和顯示性能的統(tǒng)一，能耗消耗大，資金投入較多，不能體現(xiàn)當(dāng)代所提倡的節(jié)能環(huán)保的理念。

太陽能電子墨水屏電子站牌，電子墨水屏類似于白紙黑字，根據(jù)判斷外部光源是否強烈決定其屏幕上呈現(xiàn)的字體是否明顯，其功耗低，整個電子站牌整體功耗低于2W，綠色環(huán)保，太陽能獨立供電，連續(xù)10天陰雨天正常工作，雖以足夠低耗能，但因其智慧化高，其成本也較大，目前還未能達到普及，同時不能夠體現(xiàn)當(dāng)今國家所提倡的全民健身，不能夠達到鼓勵人們進行運動的目的。

公交車站的廣告牌一般都是電源供電，因車站廣告牌位置低，大街上被日照的時間短，易損壞，不適宜安裝太陽能，因此仍然沒有實現(xiàn)利用綠色能源進行供能，依然在不斷地進行資金的消耗。

3. 城市候車節(jié)能裝置設(shè)計介紹

3.1 設(shè)計簡介

城市候車節(jié)能裝置是一種通過收集人們碎片化的運動能量轉(zhuǎn)化為電能供應(yīng)于公交站牌照明裝置的公共設(shè)施。其主要包括動能集中收集與轉(zhuǎn)化模塊、蓄電池的電能儲存模塊，控制管理分配模塊，獎勵機制模塊等四大部分。主要由往復(fù)踩踏式動能發(fā)電裝置、控制器、蓄電池、光感應(yīng)器、欄桿及顯示屏等組成。四大模塊相輔相成，實現(xiàn)了動能的收集、轉(zhuǎn)化、管理和應(yīng)用，為周邊的照明設(shè)施提供電能。將人們自身的運動通過踩踏踏板轉(zhuǎn)化為電能，降低了能耗，同時鍛煉了身體，提高了運動意識，增加了候車的趣味性。

動能的收集與轉(zhuǎn)化模塊主要為通過人的往復(fù)式踩踏踏板進行磁感線的切割、彈簧回彈、齒輪轉(zhuǎn)動進行發(fā)電，將運動所產(chǎn)生的動能及時地轉(zhuǎn)換為電能；控制管理模塊主要是將電能經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)化器的升壓后存儲在蓄電池中，經(jīng)控制器管理與分配后，將小部分電能作用于欄桿上的顯示屏，另一部分儲存于蓄電池，當(dāng)光感應(yīng)器感知到周圍光線變暗時傳遞信息至控制器，將蓄電池的電能釋放出來用于站牌照明等周邊照明設(shè)施；獎勵機制模塊主要為通過人對踏板的往復(fù)式踩踏作用的時間和力度，在顯示屏上自上而下滾動出商業(yè)支持的二維碼，通過掃描二維碼可進行獎勵獲取，促進該裝置的使用頻率。

整體流程如圖1所示。

圖1 整體流程圖

3.2 人性化設(shè)計分析

（1）踏板設(shè)計

從以人為本的角度出發(fā)，考慮人們的行為習(xí)慣，和使用的方便舒適度，踏板的傾斜角度為20°，滿足大眾人群的踩踏姿勢，能夠更加有效地提高踩踏時能量的收集效率。運動時踏板的角度可以根據(jù)作用時間與作用力度的變化而變化。傾斜的踏板上通過增加向內(nèi)的凹陷增大踏板的摩擦力度，其前端和后端設(shè)有擋板，保護腳跟，具有足夠的強度和穩(wěn)定性，起到防滑的作用，增加人們使用時的安全性，防止進行使用的人們出現(xiàn)滑落受傷的意外。

（2）欄桿設(shè)計

在人性化理念的前提下在踏板前側(cè)安裝有高低不同的輔助倚靠安全欄桿，滿足不同身高人群使用的需求，適應(yīng)使用者要求，欄桿表面為黃黑相間的條紋，能夠起到更為醒目的作用以及給人安全的心理感受，在人們使用踏板時起支撐倚靠作用，同時將等候區(qū)跟車行道分隔開，最大程度地防止事故的發(fā)生。

（3）獎勵機制模塊的出現(xiàn)

為迎合人們的心理需求，提高人們的使用積極性，在欄桿的上端安裝有小型顯示屏裝置，在人體踩踏踏板達到一定力度和時間的狀態(tài)下，達到程序設(shè)定的要求即可獲得獎勵，獎勵通過掃描自上而下滾動顯示出的二維碼來獲得，二維碼可通過商業(yè)支持途徑提供，從而促進大眾在運動與樂趣之余進行動能的收集轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的綠色出行。

整體效果圖如圖2所示，使用場景如圖3所示，系統(tǒng)說明圖如圖4所示。

圖2 整體效果圖

圖3 使用場景圖

圖4 系統(tǒng)說明圖

3.3 人群定位

該裝置主要應(yīng)用于城市公交客流量較大各大候車場所，目標(biāo)人群定位在乘坐公交出行的廣大公眾，包括學(xué)生、白領(lǐng)、老人等多個年齡段人群，利用等車零散的時間，放下手機，通過進行簡單的運動來給公交各大站牌照明設(shè)施提供能量來源，同時能夠通過所獲得獎勵激勵廣大群眾進行使用。

3.4 工業(yè)設(shè)計理念與裝置的融合

城市公交節(jié)能裝置旨在引導(dǎo)創(chuàng)新、促進節(jié)能減排，為大眾提供高質(zhì)量的生活，將解決方法的過程應(yīng)用于裝置、系統(tǒng)及體驗的設(shè)計活動中，通過跨學(xué)科、多學(xué)科的知識應(yīng)用將創(chuàng)新、技術(shù)、商業(yè)及使用者緊密聯(lián)系起來，使用過程中創(chuàng)新性地將人們對裝置進行的簡單踩踏動能收集起來進行轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)電能的供給，同時經(jīng)獎勵機制模塊的安裝滿足使用者的自身體驗，建立了更符合人性化的裝置，對社會、經(jīng)濟和環(huán)境等方面起到了積極推動的作用，符合了工業(yè)設(shè)計的最新定義。

4 結(jié)束語

本裝置通過對人們動能收集轉(zhuǎn)化實現(xiàn)對公交站牌照明及廣告牌照明的電量供給，同時裝置的使用方式與操作方法適應(yīng)了人們的使用與心理需求，切實貫穿了人性化設(shè)計的理念，促進了工業(yè)設(shè)計的發(fā)展，最終為國家的節(jié)能減排戰(zhàn)略提供強大的推動力量。

本裝置的使用將為大眾提供一種富有樂趣性的等車方式，減少低頭族的出現(xiàn)，向人們傳達一種全民鍛煉的理念，促進大眾低碳生活、低碳出行，將運動、反饋、能量轉(zhuǎn)化三者集于一體，大大提高對我們身邊動能的利用效率，減輕城市電力供應(yīng)方面的問題，將跨學(xué)科、多學(xué)科的理念融合在一起，應(yīng)用前景廣泛。