基于提升安全體驗的窨井蓋優(yōu)化設(shè)計

任為為　王祺

摘要：本文通過文獻調(diào)研、實地調(diào)查、對比分析等方法獲得現(xiàn)有窨井蓋使用過程中的痛點，轉(zhuǎn)化為設(shè)計需求，遵循安全性、人性化、環(huán)保性等原則設(shè)計一款窨井蓋，使用3D打印機進行實物模型制作，最后使用專家評價法進行主觀安全性評估。從提高窨井蓋的安全性角度出發(fā)，在色彩搭配、造型設(shè)計、功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用等多方面進行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)果表明優(yōu)化后的窨井蓋較現(xiàn)有的窨井蓋安全性有較大提升，達到了提升窨井蓋的安全體驗的目的。

關(guān)鍵詞：窨井蓋;安全;優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TB472 文獻標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）08-0062-02

在城市的地面上，有大量的各種各樣的窨井蓋。近年來，因為窨井蓋導(dǎo)致的安全問題頻發(fā)，各種問題不斷涌現(xiàn)，大多數(shù)窨井蓋只是起到“遮羞布”的作用，沒有注重安全性，更談不上美觀。窨井蓋的合理設(shè)計，關(guān)系到人們的生命財產(chǎn)安全，因此，有必要對現(xiàn)有窨井蓋進行優(yōu)化設(shè)計，以提高人們的出行體驗。

1窨井蓋的設(shè)計現(xiàn)狀分析

1）造型分析。市面上窨井蓋可分為圓形和方形。圓形井蓋承載級別更高，能較好地防噪音，易于滾動運輸、方便加工。圓形井蓋不會掉到窨井口里去，與人的體型較符，無尖角，便于工程人員進出，不易使人受傷。方形井蓋面積比較大，井蓋下的作業(yè)空間比較充足。方形井蓋有棱角，易劃傷人，不夠美觀。在車輛經(jīng)過時會發(fā)出噪音，易產(chǎn)生移位，窨井蓋有墜入窨井口的危險，易引發(fā)事故。

2）色彩與表面裝飾分析。市面上的窨井蓋的顏色為材料色，常見的幾種顏色為灰色、黑色、綠色。窨井蓋表面裝飾多是一些簡單常規(guī)的集合圖案，如十字形、圓形。一些發(fā)達國家的窨井蓋表面則豐富多彩，有的加入地域文化元素，使窨井蓋與城市實現(xiàn)完美結(jié)合。

3）功能分析。窨井蓋基礎(chǔ)功能是遮蔽，為維護地下管線而預(yù)留的，方便工程人員出入的孔洞。國內(nèi)的大部分窨井蓋只體現(xiàn)了基礎(chǔ)功能。在一些發(fā)達國家，每個窨井蓋上都會顯著地標(biāo)明字樣，甚至有地標(biāo)指引圖示，有的則是加入地域文化元素，起到美化城市環(huán)境的作用，做到了一職多能。

4）結(jié)構(gòu)分析。從結(jié)構(gòu)上來看，一般分為單層和雙層。單層窨井蓋是最常見的窨井蓋，一般會在表面開兩個小孔，雨水可通過表面的小孔流進窨井蓋下面。雙層窨井蓋一般運用到帶有精密儀表的窨井蓋上。

5）材料分析?，F(xiàn)有市面上的窨井蓋材料主要為球墨鑄鐵、再生樹脂復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料、鋼纖維混泥土等，具體分析如表1。

2窨井蓋設(shè)計現(xiàn)存的問題

通過以上的實地調(diào)查及文獻資料研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的窨井蓋主要存在以下方面的問題。（1）安全問題：因窨井蓋被盜竊或損壞等原因?qū)е埋烤w缺失，導(dǎo)致人員墜落窨井時有發(fā)生，對人們的生命財產(chǎn)造成極大地威脅;（2）視覺效果不佳：城市窨井蓋外觀千篇一律，沒有融入與所處的環(huán)境，進行很好地融合，窨井蓋就像城市環(huán)境中的“創(chuàng)口貼”一樣，視覺效果不佳;（3）窨井蓋智能化程度不夠，窨井蓋出現(xiàn)問題時不能及時發(fā)現(xiàn)和反饋，功能單一。

3基于安全性和視覺體驗提升的窨井蓋優(yōu)化設(shè)計

3.1設(shè)計原則

新型窨井蓋設(shè)計目的是提高其在整個生命周期內(nèi)的安全性，減少對人們的生命財產(chǎn)安全的威脅，提出按照以下原則進行優(yōu)化設(shè)計。

1）安全性原則。窨井蓋要確保在其使用過程中的安全性，井蓋的丟失可能會造成嚴重后果。窨井蓋要防爆炸、防破壞、防被盜、防被雨水沖走，還要在即使丟失之后也要保證安全。

2）人性化原則。窨井蓋是民生工程，面對城市過往的行人車輛，要在設(shè)計時充分考慮窨井蓋與行人的關(guān)系。設(shè)計的人性化是本次窨井蓋設(shè)計的大前提。

3）環(huán)保原則。窨井蓋在材料的使用上盡量要選擇可再生材料，材料要做到抗腐蝕、抗壓、耐疲勞，保證使用壽命。同時，可以采用模塊化設(shè)計，設(shè)計不同區(qū)域可以更換的窨井蓋，也是保證綠色環(huán)保。

4）功能性原則。在設(shè)計中加入之前窨井蓋沒有的一些功能，例如，自動感受水壓打開排水口。窨井蓋是要讓井蓋實現(xiàn)不僅可以排水，還能給人們提供附加功能，充分體現(xiàn)功能性。

5）美觀性原則。窨井蓋要在造型上有所突破，不拘泥于傳統(tǒng)風(fēng)格、造型及色彩，充分考慮與所處環(huán)境的融合，彰顯城市文化與特色。

3.2設(shè)計需求分析

通過對現(xiàn)有窨井蓋的解構(gòu)，及前期的現(xiàn)狀研究，結(jié)合觀察法、實地調(diào)研及文獻研究等途徑，獲得了窨井蓋生命周期中的有關(guān)痛點，在分析整理的基礎(chǔ)之上，總結(jié)了窨井蓋的痛點見表，并對痛點提出相應(yīng)的優(yōu)化辦法，如表2。

3.3優(yōu)化設(shè)計方案

基于以上設(shè)計需求分析并根據(jù)提出的優(yōu)化設(shè)計方向，得到窨井蓋優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵目標(biāo)：提升窨井蓋在全生命周期中的主動與被動安全性。設(shè)計了多款方案，并最終選定一個方案展開詳細設(shè)計，最終方案爆炸圖如圖1。

1）材料選擇。一是菱鎂材質(zhì)強度高，抗壓、抗彎及有韌性，使用壽命長;二是菱鎂材質(zhì)外觀美，菱鎂井蓋自帶精細的花紋，且可以自行調(diào)顏色，可基于窨井蓋所處的地方文化特色進行藝術(shù)創(chuàng)造與再創(chuàng)造，與城市環(huán)境進行完美地結(jié)合;三是質(zhì)量輕，方便施工人員安裝和維修;四是菱鎂井蓋主要原材料是水泥，無回收價值，減少窨井蓋被盜的可能;五是菱鎂井蓋能在各種環(huán)境下正常使用，適用范圍廣。故選擇菱鎂材質(zhì)作為本款窨井蓋的材料。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計。借鑒旋轉(zhuǎn)式杯口，采用雙層旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)（如圖1），每一層分別有一個鏤空的水口，在平時不下雨時，上下兩個開口錯開，避免了東西落入窨井內(nèi)，在下雨時，當(dāng)感應(yīng)到水壓時會自動旋轉(zhuǎn)至上下兩個口子重合，雨水就會順著口子流入窨井內(nèi)。在井蓋的底部設(shè)計一圈橡膠，使窨井蓋與底座貼合，防止移位。同時橡膠有很好的緩沖和彈性性能，能有效避免井蓋跳動產(chǎn)生噪音，從而提高窨井蓋的安全性。

3）外觀設(shè)計。在造型上，選擇使用圓形，避免窨井蓋掉入井內(nèi)。在色彩選擇上使用與瀝青路面顏色較接近的黑色，使得窨井蓋城市環(huán)境能較好地融合。

4）功能設(shè)計。在該窨井蓋中加入了電子傳感器，當(dāng)井蓋移位、丟失或破損時，電子傳感器能及時將相關(guān)信息發(fā)送給管理部門前來處理。在窨井的邊緣增加了反光警示條（如圖2），如井蓋被挪走，此時下部的反光警示條會露出，無論白天黑夜都能起到警示作用。此外，在窨井還裝有防墜網(wǎng)，即使井蓋缺失，人踩進井里也不會掉下去，保證行人的安全。

現(xiàn)在國內(nèi)窨井蓋普遍存在開蓋費勁的問題，在本窨井蓋方案中設(shè)計了便攜式拆解器，使得維修人員能輕松地將窨井蓋打開。

4窨井蓋優(yōu)化設(shè)計的主觀評價

4.1優(yōu)化設(shè)計模型的制作

使用Rhino軟件建模并導(dǎo)出為STL格式數(shù)據(jù)，然后使用Materialise Magics20對STL格式數(shù)據(jù)進行修復(fù)、建立支撐及切片，最后使用3D打印機對切片數(shù)據(jù)進行打印，打印成型如圖3。

4.2評價過程及結(jié)果

基于3D打印成型的模型，利用對比法，選取國內(nèi)常見的一款窨井蓋與本設(shè)計方案的窨井蓋，采用專家訪談法邀請某市窨井蓋制造廠家經(jīng)理、多名維修人員及市民，對窨井蓋進行材料、結(jié)構(gòu)、外形、功能設(shè)置四個方面進行主觀安全評價。根據(jù)專家評價結(jié)果表明，該優(yōu)化方案在材料、結(jié)構(gòu)、外形、功能設(shè)置四個方面均優(yōu)于現(xiàn)有的窨井蓋。

5結(jié)語

一款設(shè)計良好窨井蓋關(guān)乎人們的安全出行，對城市建設(shè)意義重大。此文通過對現(xiàn)有窨井蓋的洞察，分析了現(xiàn)有窨井蓋在造型、色彩及表面裝飾、結(jié)構(gòu)、功能、材料等方面的優(yōu)缺點，并根據(jù)安全性、人性化、環(huán)保性、功能性、美觀性等原則，對現(xiàn)有窨井蓋在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、外觀設(shè)計、功能設(shè)置等多方面進行優(yōu)化設(shè)計，較大程度提升了窨井蓋的安全性，提高了人車經(jīng)過窨井蓋時的體驗。