智慧城市視野下的智慧公廁設(shè)計(jì)探索

王云鶴，王冰冰

(北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院)

1 引言

萬(wàn)物互聯(lián)下，在AI、5G 技術(shù)快速發(fā)展的今天，我們生活的方方面面都變得更加智能、高效、便利。新技術(shù)的誕生，給城市和建筑的設(shè)計(jì)注入新鮮的、科學(xué)的理念。智慧城市的概念也因此應(yīng)運(yùn)而生。在城鎮(zhèn)化建設(shè)過(guò)程中，智慧公廁是智慧城市建設(shè)中最具代表性的公共設(shè)施。如何運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理和多功能開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)公廁智慧感知、智慧服務(wù)、智慧管理，是我們今后努力探尋的方向。

2 目前國(guó)內(nèi)智慧公廁的使用概況

2017 年“廁所革命”以來(lái)，大部分城市已經(jīng)加大了智慧公廁的投入建設(shè)。我們可以感受到公園、景區(qū)，還有鄉(xiāng)間公廁建設(shè)的進(jìn)步。比如深圳的馬家龍智慧公廁、蓮花山山頂公廁智能基礎(chǔ)設(shè)施有免費(fèi)WiFi.智能語(yǔ)音提示，自動(dòng)洗手機(jī)，人臉識(shí)別，SOS 緊急呼叫按鈕，除臭機(jī)和自動(dòng)風(fēng)扇，空氣質(zhì)量和溫濕度檢測(cè)等40 多種傳感器助力公廁管理，設(shè)有無(wú)障礙衛(wèi)生間等人性化設(shè)計(jì)，還有節(jié)水設(shè)備、雨水搜集器等。在智慧運(yùn)營(yíng)方面運(yùn)用了BIM 設(shè)計(jì)理念便于后期管網(wǎng)維護(hù)與管理，運(yùn)用大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“智慧城市+智慧公廁”銜接。在北京部分城區(qū)的公廁，采用真空排導(dǎo)技術(shù)沖洗馬桶，節(jié)水便器，廢水再利用，水量和空氣在線監(jiān)測(cè)，增加第三衛(wèi)生間，水量和空氣在線監(jiān)測(cè)，安全防爆系統(tǒng)，預(yù)警功能，人流量和廁位顯示等。在智慧運(yùn)營(yíng)方面智能視頻數(shù)據(jù)系統(tǒng)全地區(qū)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制[1]。

我們發(fā)現(xiàn)，盡管升級(jí)改造的公廁基本實(shí)現(xiàn)了智能化，但是在智慧城市的視野下，如果能把智慧公廁運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)信息共享到城市或地區(qū)運(yùn)營(yíng)的公共平臺(tái)上，能科學(xué)地進(jìn)行城市管理、資源的統(tǒng)籌和突發(fā)事件的預(yù)警，才真正實(shí)現(xiàn)了城市公廁智慧化。

3 智慧公廁建設(shè)的意義

伴隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨完善，智慧城市建設(shè)時(shí)代與新技術(shù)的誕生不期而遇。作為智慧城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施——智慧公廁，理應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，融入到智慧城市大的“生命體”中。新技術(shù)為公廁革命提供了技術(shù)支持，引領(lǐng)城市公廁由智能化走向智慧化。

同時(shí)，公廁作為一座城市的名片，自然成為智慧城市建設(shè)的重要組成部分。公廁智慧化也必將推動(dòng)智慧城市的發(fā)展與建設(shè)[2]。

4 智慧公廁運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的設(shè)想

GB/T36333-2018《智慧城市頂層設(shè)計(jì)指南》由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局與中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布。在智慧城市建設(shè)中，各行各業(yè)都要以頂層設(shè)計(jì)為理論指導(dǎo)，城市公廁設(shè)計(jì)也不例外，也要納入到智慧城市設(shè)計(jì)的整體框架中[3]。

圖1 深圳蓮花山公廁

智慧公廁的運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)應(yīng)該包括智慧大腦、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施、智能基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)安全控件等。智慧大腦依靠網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施、智能基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)安全控件提供公廁內(nèi)外的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行分析、處理、共享、決策，再由網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施、智能基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)安全控件傳達(dá)指令、執(zhí)行指令、對(duì)公廁實(shí)行自我調(diào)控。智慧大腦能夠密切關(guān)注用戶的體驗(yàn)，能夠及時(shí)跟蹤使用情況，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的良性循環(huán)。

智慧大腦應(yīng)該包括三個(gè)子系統(tǒng)。

1）云平臺(tái)系統(tǒng)

城市各個(gè)公廁零散的數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)系統(tǒng)為大數(shù)據(jù)，并共享到整個(gè)智慧城市網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析、整理、決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)全市公廁實(shí)行自動(dòng)化控制、使其具備自動(dòng)感應(yīng)、自動(dòng)信息搜集，互聯(lián)互通，預(yù)警和自控的功能。如疫情期間，當(dāng)出現(xiàn)發(fā)熱癥狀的如廁者，其體溫情況信息就會(huì)自動(dòng)反饋到云平臺(tái)，等待指令進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)疫情追蹤、控制和病菌消殺[4]。

2）信息收集系統(tǒng)

系統(tǒng)獲取例如光照情況、溫度情況、空氣質(zhì)量、人流量情況、廁位信息、用水用電消耗量，安全防爆，預(yù)警信息等，這些信息及時(shí)共享到云平臺(tái)系統(tǒng)，以便平臺(tái)進(jìn)行整理、分析，發(fā)出下一步調(diào)節(jié)指令。

3）應(yīng)用系統(tǒng)

系統(tǒng)將數(shù)據(jù)反饋的決策通過(guò)執(zhí)行類設(shè)備、控制類設(shè)備以及各類物理接口，實(shí)現(xiàn)公廁的實(shí)時(shí)調(diào)控，并及時(shí)對(duì)執(zhí)行情況進(jìn)行跟蹤反饋。

在三個(gè)系統(tǒng)之間的閉環(huán)運(yùn)營(yíng)下，公廁才能實(shí)現(xiàn)從“思考”到“行動(dòng)”整個(gè)智慧化過(guò)程，真正成為一個(gè)自我適應(yīng)，自我感知的“生命體”。

5 智慧公廁的多元功能開(kāi)發(fā)

5.1 生態(tài)化功能的開(kāi)發(fā)

公廁的智慧管理關(guān)乎百姓的基本生活。公廁功能的開(kāi)發(fā)是以服務(wù)公眾為目標(biāo)，同時(shí)也要遵循生態(tài)發(fā)展的原則。智慧公廁的朝向、體形、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要講究因地制宜，充分考慮氣候因素，提升對(duì)自然光和自然風(fēng)的使用效率，充分體現(xiàn)建筑與自然的和諧統(tǒng)一。

5.1.1 引景入室

通過(guò)調(diào)研，我們可以看到越來(lái)越多的城市公廁設(shè)計(jì)走進(jìn)自然，關(guān)注公廁由內(nèi)而外的生態(tài)設(shè)計(jì)功能。深圳的蓮花山頂公廁（見(jiàn)圖1）就將周圍景觀進(jìn)行了高效利用。因公廁的東側(cè)可以居高遠(yuǎn)望，所有衛(wèi)生間的等候區(qū)域均靠東側(cè)布置，采用了開(kāi)敞處理，引景入室，賦予建筑強(qiáng)烈的自然生態(tài)屬性。公廁的主體較西側(cè)廣場(chǎng)標(biāo)高下沉600mm ～900mm，建筑體量在廣場(chǎng)一側(cè)獲得宜人尺度，吊頂和廁格將東側(cè)的山林綠意滲透進(jìn)來(lái)，建筑以自然的姿態(tài)融入山林環(huán)境中。

5.1.2 利用風(fēng)資源

公廁設(shè)計(jì)可以充分利用周圍環(huán)境的地理?xiàng)l件，實(shí)現(xiàn)公廁內(nèi)部的氣流交錯(cuò)，達(dá)到自然通風(fēng)的效果。如深圳蓮花山公廁設(shè)計(jì)利用了山頂開(kāi)闊地帶的地理優(yōu)勢(shì)，在公廁分片墻與屋頂之間留有一定距離，形成最大程度的自然對(duì)流通風(fēng)。

5.1.3 開(kāi)發(fā)光能源

在設(shè)計(jì)上引入自然光。如深圳蓮花山公廁屋頂設(shè)有天窗，使公廁內(nèi)部空間高挑舒朗。在光能開(kāi)發(fā)上，也可以采用風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源供給公廁內(nèi)部用電，實(shí)現(xiàn)自給自足，有效節(jié)能。比如，在蛇口招商路的藝術(shù)公廁，就用倒光罩將自然光引入室內(nèi)，滿足白天基本所需，還可以儲(chǔ)能，為晚上光照提供2h 的光能。

5.1.4 節(jié)約水資源

我國(guó)水資源比較匱乏，珍惜水資源是基本國(guó)策。如何統(tǒng)籌使用城市用水，應(yīng)該納入到城市水資源管理中。公廁內(nèi)部的自動(dòng)化設(shè)備，如自動(dòng)沖洗、感應(yīng)出水、洗手和干手一體化智能水龍頭，還有雨水回收裝置等智能設(shè)施可以做到節(jié)約用水。另外，糞污的沖洗可以引進(jìn)“真空排導(dǎo)技術(shù)”，這種技術(shù)最大的特點(diǎn)就是節(jié)水。一個(gè)普通水沖式廁所一次用水量大約是6 升左右，而真空排導(dǎo)式廁所用水量是0.5 升。一個(gè)擁有13 個(gè)廁位的公廁，如果按照每個(gè)如廁位平均每天50 次計(jì)算，該座廁所每天入廁次數(shù)為50×13=650 次，僅這一座公廁每天就可以節(jié)水3.5 噸。

5.1.5 精選環(huán)保建材

建筑材料綠色環(huán)保是人們一直追求的方向。設(shè)計(jì)時(shí)，建筑材料的選擇優(yōu)先使用可再生的資源材料，盡量做到重復(fù)利用。隨著科技的發(fā)展，新型材料越來(lái)越多，零污染、零浪費(fèi)的材料是首選。比如蘇州大陽(yáng)山植物園里的公廁設(shè)計(jì)者，努力將公廁外形與自然融為一體，選用環(huán)保的建筑材料，采用3D 打印技術(shù)，以其時(shí)代科技感的外形設(shè)計(jì)成為華東首個(gè)3D 打印廁所（見(jiàn)圖2）。

圖2 蘇州大陽(yáng)山的3D 打印廁所

5.2 休閑、購(gòu)物功能開(kāi)發(fā)

在如廁功能的外圍空間可以設(shè)置休閑區(qū)域。休閑空間的設(shè)計(jì)應(yīng)與如廁空間有較好的隔離。既保證休閑空間擁有較好品質(zhì)，又保證如廁空間的私密性。在古城西安的唐城遺址城墻下，就有一間改造的公廁（見(jiàn)圖3）。公廁利用原有建筑單側(cè)戶外空間進(jìn)行延展。建筑分為公共洗手間、閱讀及咖啡間。兩者用開(kāi)放式走廊連接。人行步道貫穿整個(gè)建筑，將公廁與閱讀和交流空間分離，既互補(bǔ)又互不干擾。公廁與咖啡的異類組合，剛性需求和等待空間的加入，使單調(diào)的功能空間向城市休閑空間轉(zhuǎn)化，弱化了公廁的刻板印象，使其更像是一個(gè)休閑的場(chǎng)所。

圖3 唐城古墻公廁

公廁外圍空間可以適當(dāng)設(shè)置購(gòu)物設(shè)備。例如自動(dòng)售賣機(jī)，售賣水、零食、特產(chǎn)、景區(qū)紀(jì)念品等。用戶可以隨時(shí)自助購(gòu)買所需商品。如果公廁的延展空間較大，可以開(kāi)設(shè)自助超市、花店或者其他小型的店面，供人們休閑消費(fèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)調(diào)查研究，在智慧城市的視野下，提出了智慧公廁運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的設(shè)想。根據(jù)目前智慧公廁的建設(shè)情況，進(jìn)行了生態(tài)化功能、智慧化設(shè)施功能和休閑、購(gòu)物功能的開(kāi)發(fā)。從信息化技術(shù)、社會(huì)化服務(wù)兩個(gè)方面探索智慧公廁未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。公廁智慧化是人們對(duì)美好生活的向往，也是智慧城市管理者的不懈追求。