后疫情時(shí)代的啟示：利用滑動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)門把手自潔的應(yīng)用研究

李貞怡　姜巧倩　張欄月

摘要：響應(yīng)從“‘應(yīng)急之舉轉(zhuǎn)向‘機(jī)制設(shè)計(jì)”，發(fā)揮設(shè)計(jì)在構(gòu)建公共衛(wèi)生機(jī)制中的能動(dòng)性，以門把手為突破口，為公共產(chǎn)品設(shè)計(jì)提高自潔性要求提供一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方向。通過(guò)調(diào)研分析當(dāng)下公共門把手市場(chǎng)現(xiàn)狀，探索實(shí)現(xiàn)自潔的難點(diǎn)。通過(guò)功能分析和結(jié)構(gòu)研究總結(jié)實(shí)現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)類型可行性方案。采用迭代設(shè)計(jì)的方式，探索不同結(jié)構(gòu)形態(tài)在實(shí)現(xiàn)自潔中的優(yōu)劣勢(shì)。得到公共自潔把手模型?；瑒?dòng)裝置對(duì)于公共產(chǎn)品提高設(shè)計(jì)的自潔性要求有參考意義。

關(guān)鍵詞：疫情設(shè)計(jì) 自潔 公共產(chǎn)品 滑動(dòng)裝置 把手

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-0069（2021）02-0032-03

引言

2019年新冠疫情爆發(fā)以來(lái)，在公共設(shè)施產(chǎn)品中的衛(wèi)生性缺乏問(wèn)題凸顯之下，不少有關(guān)防疫和衛(wèi)生安全的設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。截至當(dāng)下，新冠疫情在世界范圍內(nèi)已經(jīng)持續(xù)了將近一年。文獻(xiàn)【1】提出，提高公共空間設(shè)計(jì)中的衛(wèi)生水平，不僅僅是疫情當(dāng)下的應(yīng)急之舉，更是要在后疫情時(shí)代轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N衛(wèi)生機(jī)制設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)，作為構(gòu)建公共空間物質(zhì)環(huán)境的主要手段，在公共衛(wèi)生機(jī)制的構(gòu)建中，具有能動(dòng)作用。

門把手作為公共設(shè)施中的一個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品，不斷被驗(yàn)證是細(xì)菌殘留的最佳場(chǎng)所，尤其在醫(yī)院、公共廁所、辦公樓、商場(chǎng)等場(chǎng)合細(xì)菌存留最多。文獻(xiàn)【2】提出門把手、抽屜把手及水龍頭等這些部位存在著嚴(yán)重污染，日常用清水擦拭不能有效清除，在醫(yī)院工作中容易造成交叉感染，給血液質(zhì)量和工作人員帶來(lái)安全隱患。文獻(xiàn)【3】對(duì)母嬰同室門把手進(jìn)行細(xì)菌檢測(cè)后表面，細(xì)菌污染嚴(yán)重。

當(dāng)下的自潔式產(chǎn)品研究多見于功能本身即與衛(wèi)生相關(guān)的產(chǎn)品，如張野的電動(dòng)式自潔拖地機(jī)、葉建雄5具有換氣及自潔功能的空氣凈化器。在小型的接觸性公共產(chǎn)品的探索上還比較少，國(guó)內(nèi)關(guān)于持續(xù)性的自潔式門把手的研究較少。

一、公共把手市場(chǎng)現(xiàn)狀

目前的門把手市場(chǎng)大致可以分為兩類，一類是與門鎖開關(guān)結(jié)合，具有開鎖按壓功能的門把手，另一類即單純提供一個(gè)拉力或推理作用的門把手。從形態(tài)上講，前者呈現(xiàn)水平分布特征，且體積小，后者反之，呈垂直分布特征且門鎖體積更大。從使用場(chǎng)景來(lái)看，前者運(yùn)用的場(chǎng)所往往是面積相對(duì)較小的空間，且房門重量較輕，常見公共場(chǎng)合如辦公室、教室、廁所門等;后者運(yùn)用的場(chǎng)所相對(duì)較大，且房門重量更大。常見公共場(chǎng)合如醫(yī)院大門、小區(qū)一樓的出入廳、商場(chǎng)的出入玻璃門等。就成本價(jià)格來(lái)說(shuō)，前者大概在50元一400元之間，后者大概在20元-200元之間。就目前看到的市場(chǎng)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要計(jì)中在產(chǎn)品的材料、色彩以及表面裝飾上。相對(duì)而言，具有開鎖按壓功能的門把手的設(shè)計(jì)會(huì)更加精密，尤其是和智能門鎖結(jié)合的門把手，除上述設(shè)計(jì)點(diǎn)外，還會(huì)考量產(chǎn)品的形狀、進(jìn)出入的便捷性等問(wèn)題。

在此，設(shè)計(jì)者僅考慮門把手本身，不對(duì)與把手相關(guān)的鎖等配套設(shè)施做整合設(shè)計(jì)，主要探索一種符合大多數(shù)公共場(chǎng)合的門把手自潔形裝置模式。

二、公共把手實(shí)現(xiàn)自潔的難點(diǎn)

（一）常用消毒方式難以兼顧門把手自潔的持續(xù)性、有效性、安全性環(huán)保性。這與目前的消毒殺菌方式相關(guān)，消毒殺菌方式的特征難以與門把手使用特性相匹配。市面上的消毒模式大致可以分為兩類，即物理法和化學(xué)法，物理法又包括高溫、冷凍、輻射等，化學(xué)法則是利用各種化學(xué)藥劑進(jìn)行清除、滅火微生物的方法。

常見的物理法有兩種，第一種是高溫消毒法，通過(guò)煮沸的方式實(shí)現(xiàn)高溫消毒是日常家居生活中用得最多的一種消毒法，多用在餐具清潔節(jié)上，但這種耗時(shí)耗力，需要沸水浸泡，且對(duì)于致病菌的消殺有限，很難推廣應(yīng)用，常見的紅外消毒柜其實(shí)也是借用了一個(gè)高溫消毒的原理，通過(guò)遠(yuǎn)紅外線使得柜內(nèi)溫度達(dá)到120°C從而實(shí)現(xiàn)消殺功能;第二種，紫外線消毒，紫外消毒主要通過(guò)UVC短波紫外線，波長(zhǎng)在200-280納米，其特性是穿透能力弱，不能穿透普通玻璃和塑料制品，且對(duì)人體傷害很大不可直接照射人體。但價(jià)格低，應(yīng)用面廣，因此也不失為家庭整體消毒的利器。但問(wèn)題在于，紫外線消毒的方式效率較低，一般而言需要直射30分鐘以上才能做到徹底消毒的效果，也不適用于需要不斷進(jìn)行清潔的門把手，由于物理法的時(shí)效性和高溫特征，運(yùn)用在與人手親密接觸且需要不斷清潔的門把手上并不現(xiàn)實(shí)。

常用的化學(xué)劑消毒有三種，第一種是市面上用得較多的含氯消毒液，如次氯酸鈉等，我們常使用的84，即添加的次氯酸鈉，但由于次氯酸鈉是有毒的，且對(duì)皮膚黏膜有腐蝕作用，因此不可以與人進(jìn)行直接性接觸，除此以外的常用化學(xué)劑還有乙醇，相對(duì)于含氯消毒液來(lái)說(shuō)，乙醇屬于中效消毒劑，更多是用在醫(yī)療領(lǐng)域。在國(guó)際上，還有一種穩(wěn)定高效且安全的化學(xué)劑正在得到廣泛應(yīng)用，即二氧化氯。按照國(guó)家規(guī)定，二氧化氯屬于高水平消毒劑，不僅對(duì)常見的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等有高效的滅活能力，對(duì)呼吸道病毒，包括流感病毒的消毒效果遠(yuǎn)超液態(tài)含氯液體，并且研究表明二氧化氯對(duì)2000年的sars等冠狀病毒有很好的滅活效果。因此從理論上講對(duì)于消殺2019新冠病毒也是有效的。該消毒方式的問(wèn)題在于揮發(fā)性氣體是對(duì)空氣進(jìn)行潔凈，而非針對(duì)性地對(duì)門把手起到很好的消毒效果。

不過(guò)，在消毒殺菌領(lǐng)域還有一個(gè)不常用的方式或許可以引起注意，即光觸酶的消毒方式。這種方式依靠具有光催化功能的半導(dǎo)體材料與光作用產(chǎn)生殺菌消毒功能。具有代表性的光觸媒材料是二氧化鈦，它能在光照射下產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的物質(zhì)，進(jìn)而于分解有機(jī)化合物、部分無(wú)機(jī)化合物、細(xì)菌及病毒等。這種消毒方式無(wú)毒、環(huán)保、高效，唯一的問(wèn)題是需要經(jīng)紫外線催化，而紫外線無(wú)法直接與人體接觸。

（二）消殺過(guò)程的效率難以保證。由于人們進(jìn)門出門時(shí)往往都不會(huì)停留太長(zhǎng)時(shí)間，使用門把手通常就在兩三秒之間，因此門把手的自潔工作要實(shí)現(xiàn)高效率，不拖累、不妨礙生活。

人為消毒在疫情之下人人自危的情況中是可行的，但就長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，疫情之后，生活中殘留的病毒細(xì)菌并不會(huì)減少，而人為消毒的惰性則會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，因此消毒殺菌的效率難以保證。如圖1，是疫情下催生的設(shè)計(jì)之一，通過(guò)讓人手不接觸門把手，實(shí)現(xiàn)控制病毒細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn)。但此種方式并不符合人的行為習(xí)慣，因此僅適用于特殊時(shí)期;圖2所示為疫情之下的一個(gè)整合設(shè)計(jì)，即門把手和消毒液的結(jié)合運(yùn)用【6】。同樣，在疫情環(huán)境中此類產(chǎn)品具有適用性，但放在長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀念上，由于人的惰性即開關(guān)門動(dòng)作的即時(shí)性，消毒殺菌過(guò)程的效率也難以保證。

（三）應(yīng)用在公共場(chǎng)合，需要嚴(yán)控成本。在公共場(chǎng)景中，如普通的小區(qū)居民樓一層、商場(chǎng)門等，使用人群廣泛、具有群眾性特征，易損耗且難以找到責(zé)任方。依據(jù)調(diào)研結(jié)果，普通公共場(chǎng)合的門把手價(jià)格控制在50-150元之間最為恰當(dāng)。因此，在自潔式門把手的開發(fā)設(shè)計(jì)中，非常重要的是需要嚴(yán)控成本，讓利益相關(guān)方能夠愿意消費(fèi)此類產(chǎn)品以提高小區(qū)或者商場(chǎng)衛(wèi)生性。

三、設(shè)計(jì)方法分析

功能分析和結(jié)構(gòu)研究是工業(yè)設(shè)計(jì)中最主要最基本的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)功能分析和結(jié)構(gòu)研究可以幫助工業(yè)設(shè)計(jì)師鎖定產(chǎn)品核心功能，提取產(chǎn)品功能層級(jí)，迅速達(dá)到功能目的。此設(shè)計(jì)應(yīng)用中，以這兩種基本的設(shè)計(jì)方法為指導(dǎo)思想，通過(guò)迭代優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，探索不同結(jié)構(gòu)形態(tài)在解決門把手自潔問(wèn)題中的優(yōu)劣之處，從而更好地幫助設(shè)計(jì)師理解結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品功能之間的關(guān)系。

（一）功能分析?；谏鲜鰡?wèn)題分析得出，此次應(yīng)用研究核心的攻克點(diǎn)應(yīng)該在于保證消殺過(guò)程的高效率、連貫性、及低成本改造。高效率體現(xiàn)在兩方面，一方面是消毒方式本身應(yīng)具有高效率，另一方面，消毒操作過(guò)程應(yīng)該具有高效率;連貫性在于門把手自我消毒的過(guò)程中不會(huì)影響用戶的使用行為;低成本改造則綜合體現(xiàn)在把手的整個(gè)設(shè)計(jì)之中，尤其以當(dāng)下現(xiàn)有的技術(shù)、材料和形態(tài)為基準(zhǔn)，在最小的改動(dòng)上進(jìn)行功能最大化設(shè)計(jì)。

從上述問(wèn)題可以看出，僅靠消毒方式附加于門把手的設(shè)計(jì)方式是難以解決問(wèn)題的。因此，對(duì)于門把手這個(gè)簡(jiǎn)單的功能產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，綜合成本因素，可以將較為成熟簡(jiǎn)單機(jī)械結(jié)構(gòu)和消毒方式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而優(yōu)化配置，解決上述問(wèn)題。因此提出：用簡(jiǎn)單巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理，和高效安全的光觸媒消毒方式結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)低成本的綠色高效持續(xù)性消毒。

產(chǎn)品需要借助光觸媒的消毒方式，運(yùn)用原理為“二氧化鈦遇紫外線燈發(fā)生光催化作用”。二氧化鈦在物理特性上呈現(xiàn)粉末狀，可以經(jīng)工藝處理附著在表面，而紫外線燈有對(duì)人體皮膚傷害的弊處，因此需要進(jìn)行隱藏。除此以外，產(chǎn)品消毒部位為用戶手握持部位，因此用戶使用與消毒功能運(yùn)行之間應(yīng)具有一定的往復(fù)性，也即是產(chǎn)品可以在發(fā)揮使用部件之間置換的功能進(jìn)行清潔的同時(shí)又不影響使用效率，產(chǎn)品所需功能層級(jí)如圖3。

（二）結(jié)構(gòu)分析。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滑動(dòng)裝置作為一個(gè)較為基礎(chǔ)和簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在隱藏和儲(chǔ)蓄、置換、清潔等各個(gè)方面都有廣泛的應(yīng)用，日常生活中如抽屜輪椅抽拉門等均是采用了此類機(jī)械結(jié)構(gòu)。就此我們可以利用滑動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)消毒劑的隱藏（如避免與人手接觸）、儲(chǔ)蓄（如儲(chǔ)存化學(xué)消毒劑）、置換（高效率雙向運(yùn)轉(zhuǎn)）以及清潔的功能（滑動(dòng)清潔噴灑等）。

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的滑動(dòng)裝置進(jìn)行調(diào)研分析，總結(jié)主要的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)有以下三種。

1.傳送帶滑動(dòng)：傳送帶滑動(dòng)的表現(xiàn)形態(tài)為一個(gè)循環(huán)封閉的平面帶通過(guò)滾軸進(jìn)行往復(fù)輸送（圖4），其原理是：工作構(gòu)件中有輪子作為驅(qū)動(dòng)輸送裝置，使依附在輪子上的輸送帶利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，輪子依靠電動(dòng)機(jī)提供源驅(qū)動(dòng)力即可。傳送帶的方式其優(yōu)勢(shì)在于可以使一個(gè)鏈條（傳送帶）上的物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)使用，能夠提高事物運(yùn)行的效率，并且可以通過(guò)控制傳送帶的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)效率。生活中，此類結(jié)構(gòu)常見于自行車鏈條（鏈傳動(dòng)，方式與傳送帶類似）、行李及貨物運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)場(chǎng)景上。這種結(jié)構(gòu)成本低，方式簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。

2.軸動(dòng)：軸動(dòng)是借助一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)軸（類似棍子的形態(tài)）使設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)、傳遞動(dòng)力的結(jié)構(gòu)形式。（圖5）傳動(dòng)軸使是一個(gè)高轉(zhuǎn)速少支撐的旋轉(zhuǎn)體，因此在設(shè)計(jì)中的動(dòng)力平衡非常關(guān)鍵，傳動(dòng)軸的應(yīng)用場(chǎng)景有汽車、新型自行車（如摩拜單車）等，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)成本更大，功能上更適用于驅(qū)動(dòng)發(fā)力，因此更多運(yùn)用在機(jī)械內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)中。一個(gè)電梯的設(shè)計(jì)中，不僅包含了傳動(dòng)帶，也包含了軸傳動(dòng)。游樂(lè)園中最常見的旋轉(zhuǎn)木馬也是利用軸傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)木馬旋轉(zhuǎn)的案例。

3.純粹的滑輪驅(qū)動(dòng)：這是生活中最常見的一種驅(qū)動(dòng)方式，即利用輪子的形態(tài)特性，減少接觸面積，進(jìn)而減小摩擦力，從而促進(jìn)產(chǎn)品能夠進(jìn)行抽拉滑動(dòng)等活動(dòng)，其表現(xiàn)形態(tài)有滾輪、滑軌等（圖6）。例如我們生活中最常見的衣柜拉門，就是使用了滑軌的滑動(dòng)形式。類似的產(chǎn)品還有輪椅、窗簾等日常用品，都是簡(jiǎn)單的滾輪卡口結(jié)構(gòu)。該方式形態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本造價(jià)低，操作簡(jiǎn)單，且可以實(shí)現(xiàn)隱藏與儲(chǔ)存的功能，非常適用于日常生活。

基于上述調(diào)研結(jié)果及自潔式門把手的設(shè)計(jì)需求，分別將三種滑動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)和光觸媒的消毒殺菌方式做出了結(jié)合設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)迭代優(yōu)化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

四、創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案研究

（一）設(shè)計(jì)目標(biāo)。前一階段已經(jīng)通過(guò)功能分析的方式區(qū)分了產(chǎn)品的功能層級(jí)，在設(shè)計(jì)開始之前，明確第一層級(jí)和第二層級(jí)是在設(shè)計(jì)過(guò)程中首要考慮的因素，在探索結(jié)構(gòu)形態(tài)與產(chǎn)品功能之間的關(guān)系時(shí)，優(yōu)先考慮連續(xù)性自潔的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。解決上述問(wèn)題后，再綜合考量“降低成本”的問(wèn)題。需要指出的是，這里所說(shuō)的“降低成本”不僅是經(jīng)濟(jì)上的成本，也是用戶使用的學(xué)習(xí)成本。

（二）基于不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在總結(jié)上述不同滑動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上，首先對(duì)三種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，作出基于不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的三種產(chǎn)品形式。

1.方案一：如圖7和組圖8，該方案所采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)為傳送帶形式，主要借助傳送帶儲(chǔ)存與置換的功能。傳送帶本身即門把手，門把手的一半暴露在空氣中，另一半置放在門把手內(nèi)部，門把手上鍍以二氧化鈦薄膜，把手上方設(shè)置有紅外感應(yīng)裝置。人使用門把手后，紅外感應(yīng)裝置自動(dòng)識(shí)別，已經(jīng)使用的半邊傳送帶會(huì)觸發(fā)傳送裝置，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至門把手內(nèi)部，已經(jīng)清潔部分則由順時(shí)針從內(nèi)部伸出，以供下一位用戶使用。該設(shè)計(jì)從傳送帶的基本性能特征入手，將紫外消毒裝置儲(chǔ)存于把手結(jié)構(gòu)內(nèi)部，通過(guò)循環(huán)往復(fù)的方式為用戶源源不斷地提供干凈的門把手。在結(jié)構(gòu)的功能利用上來(lái)說(shuō)是一個(gè)利用充分的設(shè)計(jì)，但材料形式上較過(guò)去的公共門把手有較大改動(dòng)，且硅膠材質(zhì)受力更弱，不利于公共場(chǎng)所大型玻璃門的推拉。

2.方案二：如圖9和組圖10，該方案所采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)為軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，主要利用旋轉(zhuǎn)的功能從而達(dá)到儲(chǔ)存的作用。在產(chǎn)品的內(nèi)部增加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針或順時(shí)針實(shí)現(xiàn)門把手由外向里，以及由里向外的伸縮。紅外感應(yīng)到用戶經(jīng)過(guò)之后，把手由外向里伸縮時(shí)，呈清潔狀態(tài)，把手內(nèi)壁上置放的紫外線燈開啟，與把手上的二氧化鈦涂層反應(yīng)后達(dá)到消毒殺菌的作用。完成既定清潔時(shí)間后，把手又會(huì)由里向外伸縮，以供用戶使用。由于軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)在體積上占用空間較大，且與公共空間門把手的既往形態(tài)相悖，因此設(shè)計(jì)較大地改變了既往公共把手的基本形態(tài)。