基于集成創(chuàng)新理論的礦用救生艙設(shè)計(jì)研究

孟皓 賀孝梅

摘要：在煤礦事故頻發(fā)的背景下，礦用救生艙是被困礦工在井下避難時(shí)最有力的保障。這要求礦用救生艙具備更全面的功能、合理的空間配置及良好的舒適性。文章以集成創(chuàng)新理論為指導(dǎo)，調(diào)研分析國(guó)內(nèi)礦用救生艙及用戶需求，應(yīng)用集成創(chuàng)新方法和人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行礦用救生艙優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出礦用救生艙優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，為未來礦用救生艙的設(shè)計(jì)提供可行思路。

關(guān)鍵詞：集成創(chuàng)新;礦用救生艙;用戶需求

中國(guó)分類號(hào)：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）01-0151-02

目前，人們對(duì)于礦用救生艙的關(guān)注重點(diǎn)仍停留在技術(shù)層面，很少?gòu)挠脩舻慕嵌葋硭伎紗栴}，忽視了用戶在救生艙內(nèi)避險(xiǎn)時(shí)的生理需求和心理需求。因此，通過集成創(chuàng)新理論中功能集成、空間集成及人機(jī)工程學(xué)對(duì)礦用救生艙進(jìn)行革新，提高礦用救生艙的品質(zhì)是十分必要的。

1 礦用救生艙研究現(xiàn)狀

礦用救生艙又被稱為礦用安全艙，指礦井下發(fā)生安全事故時(shí)，井下工作人員用于逃生、避難、等待救援，從而為后續(xù)救援行動(dòng)贏得時(shí)間的密封裝置。礦用救生艙對(duì)外能夠抵御爆炸引起的塌陷和沖擊波，隔絕有毒有害氣體，對(duì)內(nèi)為避險(xiǎn)人員提供氧氣、食物和水等生存必需品，去除有害氣體，提供96h以上的生存環(huán)境，同時(shí)可以通過艙內(nèi)通訊監(jiān)測(cè)設(shè)備引導(dǎo)外界救援[1]。2010年智利33名礦工被成功營(yíng)救的案例轟動(dòng)世界，礦用救生艙在救援過程中起到舉足輕重的作用，引起了各方重視，各國(guó)都進(jìn)一步加大了對(duì)礦用救生艙的研究力度。十二五期間，“礦用可移動(dòng)式救生艙”項(xiàng)目是國(guó)家重大科技計(jì)劃中“遇險(xiǎn)人員快速救護(hù)關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究”項(xiàng)目的子項(xiàng)目，科研主旨是研究礦業(yè)重大災(zāi)害應(yīng)急救援的關(guān)鍵技術(shù)，為礦工在災(zāi)難環(huán)境下提供穩(wěn)定、安全、可靠、保障齊全的生存空間，把災(zāi)害造成的損失降到最低。目前，國(guó)內(nèi)已有超過30家企事業(yè)單位從事礦用救生艙的研究和生產(chǎn)，且隊(duì)伍還在不斷壯大。

2 集成創(chuàng)新理論與方法

2.1 集成創(chuàng)新理論

集成創(chuàng)新的思想于1912年由經(jīng)濟(jì)學(xué)家約瑟夫·熊彼特提出，他把創(chuàng)新界定為“新的生產(chǎn)函數(shù)的建立”，即實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素和生產(chǎn)條件的一種新組合[2]。集成創(chuàng)新就是將新的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行優(yōu)化、搭配和整合，將元素按照最優(yōu)化方案進(jìn)行有效地組合，促使創(chuàng)新要素之間相互融合、滲透，提高創(chuàng)新系統(tǒng)的整體功能，形成獨(dú)特的創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)完美的創(chuàng)新效果。

2.2 集成創(chuàng)新方法

功能集成：一方面，是指功能合并，將功能重復(fù)的部分合并成一個(gè)系統(tǒng)，以此來減少設(shè)備冗余、合理利用空間、降低學(xué)習(xí)和使用成本;另一方面，是指功能互補(bǔ)，具備不同功能的子系統(tǒng)既能單獨(dú)工作，必要的時(shí)候也可以協(xié)調(diào)運(yùn)作以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。

空間集成：指從用戶需求出發(fā)，對(duì)空間進(jìn)行合理配置，將原有及新增的部分視為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造、布置。也可以理解為把不同類別、層次的空間要素進(jìn)行合理搭配及整合，相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)新舊要素的融合，最終獲得各自相關(guān)但又獨(dú)立的新系統(tǒng)。

3 礦用救生艙的存在問題與用戶需求分析

3.1 礦用救生艙的存在問題

從中國(guó)礦業(yè)救生艙十大品牌企業(yè)中選取了5款當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)投入使用的礦用救生艙作為樣本進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)普遍存在下列問題：

1）空間利用不合理。生存艙是事故發(fā)生時(shí)避險(xiǎn)人員休息、等待救援的主要場(chǎng)所，其中物品存儲(chǔ)空間、生存設(shè)施及設(shè)備放置空間和人員可活動(dòng)空間分配存在缺陷，導(dǎo)致避險(xiǎn)人員休息時(shí)取用物品和使用艙內(nèi)設(shè)備不方便。

2）環(huán)境差。從表1可以看出，大部分礦用救生艙都是以不銹鋼板直接作為艙壁，這會(huì)給其中的避險(xiǎn)人員以寒冷、陰暗的感覺，容易滋生避險(xiǎn)人員焦慮、恐懼的心理。

3）功能不足?，F(xiàn)有礦用救生艙上所配備的產(chǎn)品和設(shè)施的功能僅能夠滿足生存最基本的需求，忽視了避險(xiǎn)人員其他方面的需求。

4）舒適性差。救生艙中的座椅是避險(xiǎn)人員休息的唯一工具，但目前救生艙中的座椅舒適性很差，且缺乏供重傷員使用的專用座椅，即使沒有重傷員，避險(xiǎn)人員也可以輪流到座椅上休息。

3.2 用戶的需求分析

3.2.1 生理需求分析

根據(jù)需求層次模型[3]，人類的基本需求是按照一定等級(jí)排列的，生理需求在所有需求中占有絕對(duì)的主導(dǎo)位置。生理需求指人對(duì)于食物、水分、氧氣、居住條件、排泄以及休息等的基本生活條件的需求。如果沒能滿足這些生理需求，被困人員就會(huì)傾盡全力來滿足自身生理需求，從而分散其精力，影響救援進(jìn)行。因此，被困人員除了水、食物等基本生活品，還需要營(yíng)養(yǎng)品、急救包、舒適的座椅、合適的溫度和濕度等。

3.2.2 心理需求分析

在發(fā)生災(zāi)害時(shí)，被困人員的心理需求接近于需求層次中的安全需求。在煤礦事故中被困與在地震災(zāi)害中被困有比較大的相似性，因此參照地震災(zāi)害中被困人員的心理進(jìn)行分析。根據(jù)李天義l41對(duì)200名在地震中被困人員心理問題的分析，可以總結(jié)出當(dāng)人因?yàn)?zāi)害被困時(shí)的心理問題有以下幾個(gè)方面：

1）恐懼心理?？謶质侨藗?cè)跒?zāi)害發(fā)生后產(chǎn)生的主要情緒，面對(duì)突發(fā)災(zāi)害，被困人員的安全感會(huì)迅速減弱，不確定感增強(qiáng)。具體表現(xiàn)為擔(dān)心自己無法成功獲救、不能再見到親人的想法。

2）憤怒心理。災(zāi)害發(fā)生后，被困人員會(huì)因?yàn)闊o法接受被困的事實(shí)，認(rèn)為救援行動(dòng)緩慢而產(chǎn)生憤怒情緒。憤怒是一種繼發(fā)性情緒，被困人員之所以憤怒是為了掩蓋自己的悲傷情緒。

3）絕望心理。被困人員在等待救援的過程中，會(huì)因?yàn)樽陨韨麆?shì)難以承受或無法與外界獲得聯(lián)系的情況下而產(chǎn)生焦慮感，焦慮感隨著被困時(shí)間的推移上升為絕望感。

上述是災(zāi)害發(fā)生后被困人員最容易產(chǎn)生的三種心理問題，因此救生艙中的避險(xiǎn)人員需要相應(yīng)的精神類藥物、與外界的即時(shí)通訊、溫暖舒適的環(huán)境來幫助他們緩解緊張的情緒，克服心理問題，穩(wěn)定等待救援并配合救援行動(dòng)。

4 基于集成創(chuàng)新理論的礦用救生艙設(shè)計(jì)原則

通過對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有礦用救生艙進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合避險(xiǎn)人員的生理需求及心理需求，運(yùn)用集成創(chuàng)新理論及人機(jī)工程學(xué)，提出礦用救生艙優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則。

4.1 功能性原則

事故發(fā)生時(shí)，避險(xiǎn)人員在救生艙中的需求是多樣的，應(yīng)盡可能將更多災(zāi)害中會(huì)用到的產(chǎn)品功能整合到救生艙中，來滿足特殊情況下避險(xiǎn)人員的需求。例如，可以將suwu設(shè)計(jì)工作室設(shè)計(jì)的一款非常實(shí)用的產(chǎn)品LW-01應(yīng)用到救生艙中。如圖1，在礦泉水瓶瓶蓋上增加一個(gè)儲(chǔ)備藥品的附件，將災(zāi)害中需要的藥物存儲(chǔ)在附件中，既可以為避險(xiǎn)人員提供飲用水，也可以提供必要的藥品，從而節(jié)省救援成本，提高效率。這是典型的功能集成，將兩個(gè)原本相互獨(dú)立的功能進(jìn)行互補(bǔ)，在災(zāi)害發(fā)生時(shí)可以有效地協(xié)調(diào)運(yùn)作。

4.2 系統(tǒng)性原則

在礦用救生艙優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將全部產(chǎn)品視作一個(gè)系統(tǒng)，各個(gè)產(chǎn)品視作子系統(tǒng)，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行空間配置。救生艙的空間十分有限，將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品集成到系統(tǒng)中是不可取的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品自身穩(wěn)定性比較差，并且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致其很難與系統(tǒng)中其他產(chǎn)品相協(xié)調(diào)。因此，要把簡(jiǎn)單的產(chǎn)品整合到一起進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在合理分配空間的同時(shí)要保證各子系統(tǒng)既可以獨(dú)立工作，也能夠協(xié)調(diào)工作。

4.3 易用性原則

礦用救生艙的易用性是十分必要的，其使用人群主要為礦工，文化水平相對(duì)偏低，而且是在情況危險(xiǎn)、內(nèi)心十分緊張的狀況下使用這些產(chǎn)品，簡(jiǎn)單明了的操作步驟、明確的標(biāo)識(shí)、清晰的結(jié)構(gòu)層次可以使避險(xiǎn)人員避免錯(cuò)誤操作，也能幫助其在較短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)這些產(chǎn)品的使用來達(dá)到自救的目的。因此，使用功能集成和空間集成對(duì)礦用救生艙進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮產(chǎn)品單獨(dú)及協(xié)調(diào)使用時(shí)的易用性。

4.4 舒適性原則

煤礦事故發(fā)生后，避險(xiǎn)人員在救生艙中等待救援的時(shí)間是比較長(zhǎng)的。避險(xiǎn)人員在救生艙中基本處于坐立姿態(tài)，應(yīng)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的人體尺寸改良救生艙中的坐具。同時(shí).設(shè)置供重傷員休息的專用座椅，如在沒有重傷員時(shí)避險(xiǎn)人員可以輪流使用座椅進(jìn)行休息。此外，還要考慮避險(xiǎn)人員心理上的“舒適”，改良現(xiàn)有礦用救生艙的內(nèi)飾，使用看上去堅(jiān)固的形態(tài)以增強(qiáng)安全感;采用統(tǒng)一的、系統(tǒng)性的造型風(fēng)格增強(qiáng)安全感和舒適感;以能夠使人鎮(zhèn)定、給人安全感的顏色作為救生艙艙壁的主色，以此來緩解恐懼、焦慮的情緒。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的礦用救生艙已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)井下發(fā)生事故時(shí)的復(fù)雜條件，也很難滿足避險(xiǎn)人員的各項(xiàng)需求，優(yōu)化礦用救生艙是煤礦安全設(shè)備發(fā)展的必然趨勢(shì)。在對(duì)礦用救生艙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，不能僅僅局限于材料及工藝等技術(shù)方面，應(yīng)該從使用者的生理和心理需求方面考慮，運(yùn)用集成創(chuàng)新的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，把握好產(chǎn)品的功能性、系統(tǒng)性、易用性和舒適性，讓避險(xiǎn)人員穩(wěn)定、高效地等待救援。

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