面向沙漠徒步驢友的戶外產(chǎn)品可持續(xù)設計研究

張應韜

關鍵詞：漠徒步；徒步驢友；沙漠集水器；可持續(xù)設計；戶外產(chǎn)品

引言

當今沙漠徒步成為一種新興的運動與旅游方式，極具體驗感與挑戰(zhàn)感。在徒步過程中，由于沙漠的環(huán)境變化會使驢友迷失方向。在迷失方向的過程中，人們往往會不斷地消耗自身所攜帶的水資源與食物，主動去尋找沙漠綠色植被去獲取補給。并向外發(fā)射信號，獲取沿途隊伍或高空救生團隊的救援。因此該研究面向沙漠徒步驢友，立足沙漠環(huán)境，利用新生態(tài)材料進行可持續(xù)產(chǎn)品設計探索。這充分為失聯(lián)的沙漠徒步驢友提供了獲取水源與爭取救援時間的自救措施設備，也進行了具有可持續(xù)性、人文性、材料性、循環(huán)性的設計探索。

一、可持續(xù)設計與沙漠集水

（一）可持續(xù)設計的發(fā)展現(xiàn)狀

可持續(xù)設計最早源自西方的生態(tài)學研究?？沙掷m(xù)設計定義目前主要認可的是米蘭理工大學曼梓尼教授的定義，其所提出“不同于傳統(tǒng)的物質產(chǎn)品，以系統(tǒng)化的產(chǎn)品與服務滿足用戶實際需求去構建可持續(xù)的系統(tǒng)化解決方案，以成果與效益去取代不必要的資源浪費與消耗，減少環(huán)境污染與破壞的可持續(xù)設計策略”[1]?？沙掷m(xù)設計分為5 個階段。第1 階段主要是圍繞綠色設計3R 原則展開，側重于降低資源浪費與環(huán)境低碳環(huán)保，從而促進環(huán)境循環(huán)發(fā)展。但是這時期更多是停留在過程后的干預，不足以應對經(jīng)濟導向的發(fā)展所帶來的影響。第2 階段是生態(tài)設計，強調對于物質產(chǎn)品全生命周期的開發(fā)設計。并通過過程中的干預從而實現(xiàn)產(chǎn)品全周期的循環(huán)發(fā)展。第3 階段是產(chǎn)品服務系統(tǒng)設計，通過系統(tǒng)化的產(chǎn)品與服務去取代傳統(tǒng)的物化產(chǎn)品，以非物質化與物質化的產(chǎn)品服務系統(tǒng)去構建商業(yè)、生態(tài)、設計、產(chǎn)品的4 者融合關系。從而促進產(chǎn)品系統(tǒng)設計思維推動經(jīng)濟發(fā)展的轉型[2]。第4 階段是走向了社會創(chuàng)新設計，通過建構文化、社會、人類三者之間的綜合性關系，促進社會創(chuàng)新發(fā)展，并推動與人民、為人民、由人民的社會設計、社會創(chuàng)新、社會共創(chuàng)的發(fā)展[3]。從而促進可持續(xù)設計在經(jīng)濟、環(huán)境、社會維度的可持續(xù)，并全面促進社會福祉與公平、和諧的發(fā)展。第5 階段是進入到為促進經(jīng)濟與社會全面轉型的設計，這將促進社會、經(jīng)濟、文化、環(huán)境的全面轉型，從而實現(xiàn)轉型時期的設計更加具有可持續(xù)的系統(tǒng)化與全局化[4]。目前可持續(xù)設計領域主要有3 個國際學術組織，分別是國際可持續(xù)設計學習網(wǎng)絡（LENS）、國際社會創(chuàng)新與可持續(xù)設計聯(lián)盟（DESIS）、國際服務設計聯(lián)盟（SDN）。這些組織先后與中國建立合作關系，并促進中國本土的可持續(xù)設計發(fā)展。當下可持續(xù)設計正逐漸成為一種主流的設計思維與方法、工具，使得面向未來的可持續(xù)與轉型設計被社會所關注[5]。該研究立足可持續(xù)設計的理念，基于此展開了沙漠集水器的研究，為徒步驢友這一小眾群體提供了相應的設計創(chuàng)新。

（二）沙漠集水方式的國內(nèi)外研究

沙漠集水是該研究提出來的一種應對沙漠旅途缺水的生態(tài)原理與可持續(xù)設計結合的新思路。國際上也在沙漠集水方式上做了一定嘗試，其中具有代表性的是2017 年美國麻省理工學院和加利福尼亞大學伯克利分校共同研制了一種僅利用太陽就能從空氣中吸取水資源的新裝置[6]。這種裝置能夠在機械助力下吸附漂浮的水汽，并在溫度調控下凝結成水珠，但需保持濕度比例在20%-30%[7]。加拿大也生產(chǎn)出了利用納米技術從空氣中提取淡水的碳納米管[8]，當空氣水分接觸到該碳納米管上層，就會在內(nèi)層捕捉到并滲透到下層，在疏水張力的作用下聚集成小水滴，但是生產(chǎn)成本很高[9]。另外，美國俄亥俄州立大學Bharat Bhushan 和Howard D. Winbigler 教授的研究認為仙人掌、沙漠草、甲蟲都能收集夜晚的霧水，植物是將空氣中的水滴過濾到根部以供生存，而甲蟲則利用外表殼吸附水源[10][11]。

國內(nèi)在沙漠集水方面研究較少，大多是生態(tài)環(huán)保與沙漠旅游方面的探索。比如中國礦業(yè)大學的研究認為，以智能灌溉與無水灌溉為核心的新材料技術能有助于沙漠生態(tài)用水危機的解決[12]。清華大學生態(tài)設計研究所針對藏區(qū)嚴重缺水、環(huán)境污染、生態(tài)脆弱等問題，設計了節(jié)水資源型廁所和無水資源型旱廁[13]。另外，國家林業(yè)和草原局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設計院所研究的沙漠公園生態(tài)旅游產(chǎn)品體系規(guī)劃；寧夏大學的沙坡頭景區(qū)沙漠體育旅游產(chǎn)品開發(fā)研究。綜上所述，目前缺乏完整的沙漠集水產(chǎn)品設計，且大多停留在實驗或裝置階段。故而該研究利用相關沙漠生態(tài)、生態(tài)材料等技術原理進行沙漠集水可持續(xù)產(chǎn)品設計是有必要的，具有一定的新空間與新機遇。

二、沙漠集水器的可持續(xù)需求

（一）沙漠徒步的用戶群體研究

因為沙漠環(huán)境存在著不確定性，極易讓驢友迷失方向從而失聯(lián)，當其失聯(lián)后會急迫尋求水源與救援。如果得不到救援失聯(lián)者會出現(xiàn)過激行為與安全事故，從而處于自我恐慌狀態(tài)。但如果失聯(lián)驢友保持相對理性，并擁有自救設備，積極尋求水源，將會克服恐慌，從容應對特殊環(huán)境所帶來的生理與心理危機。目前，徒步驢友可購買的沙漠類產(chǎn)品主要分為沙漠交通類產(chǎn)品、沙漠旅游服務型產(chǎn)品、沙漠戶外裝備類產(chǎn)品、沙漠科研工程機械產(chǎn)品。在水源自救、沙漠集水方面的產(chǎn)品較少，且關注點相對單一與狹窄。

沙漠徒步的用戶群體主要是分為3 類。（1）首先是有經(jīng)驗的探險者。其有著豐富的旅行徒步經(jīng)驗，喜好涉足一些大、廣、難的沙漠旅行片區(qū)，所帶水源食物極易消耗，往往會需要獲取綠色植被來進行供給。（2）其次是政府支持的沙漠科研人員。因為考察科研，政府會幫助其在沙漠科研地區(qū)設立相應的救援與供給點，來降低沙漠危險率。這也會開放給沙漠旅行人員，但設備供給更新與完善卻十分滯后。（3）最后就是極易遇到危險的旅行失聯(lián)者。其由于是徒步旅行中的主體，但普遍經(jīng)驗有限，往往很快消耗掉自身所攜帶的水源與食物。隨著徒步距離變遠，若沒有熟悉地形的專業(yè)人士指導，就會迷失方向從而失聯(lián)。當其失聯(lián)以后，因為得不到及時補給，會陷入外聯(lián)困難狀態(tài)。心態(tài)會發(fā)生從焦慮到恐慌、從恐慌到害怕、從害怕到心理防線的崩潰、到最后被動等待死亡的階段變化。因此水源的重要性對于沙漠徒步驢友來說不僅是生理上的供給，更是心理上的撫慰。

（二）沙漠集水器的可持續(xù)設計需求

沙漠徒步旅行具備極強的刺激感與興奮感，在驢友出行前需要做好心理準備、物品準備、自救準備3 個方面的各項工作。一般在沙漠地帶之中，由于晝夜溫差極大，且沙土層溫度與水汽溫度有所不同，有必要充分考慮生態(tài)材料與戶外自然規(guī)律。而沙漠集水器作為沙漠供給水源的救援緊急設備，有必要重點關注4 個方面的可持續(xù)設計需求。第一，能夠為沙漠探險人員與旅行人員緊急供水，并利用沙漠自然資源進行能量轉化或者可持續(xù)性循環(huán)。第二，充分地運用耐磨耐風沙耐腐蝕的材料，能夠自由組裝和拼接。第三，方便安裝于沙土之中，符合人機用力方式，具備充分的便攜性，方便移動與提取。第四，面對失聯(lián)者的恐慌危機，這需要結合其心理訴求從色彩與視覺感受方面滿足用戶的恐慌訴求、緩解驢友的緊張心理[14]。

三、沙漠集水器的可持續(xù)設計策略

沙漠集水器的可持續(xù)設計策略，主要聚焦到兩個方面：一個是基于生態(tài)的創(chuàng)意思考，另一個是基于產(chǎn)品的設計思考。這兩個方面充分反映了其可持續(xù)設計策略的生態(tài)性與系統(tǒng)性。故而基于沙漠場景的需求問題，提出了沙漠集水器可持續(xù)設計策略。該策略包含了“露珠成水”的生態(tài)創(chuàng)意策略、“有機材料”的產(chǎn)品開發(fā)策略。策略1 主要是從大自然找到共同的自然現(xiàn)象，并從中提煉出核心經(jīng)驗，進行不同生態(tài)場景下的平移拓展，并在可持續(xù)設計上進行創(chuàng)新應用。策略2 主要是從具體的應用場景出發(fā)，在新的有機材料上進行結合，并進行相關的產(chǎn)品設計創(chuàng)新，并在可持續(xù)設計上實現(xiàn)產(chǎn)品成型。兩個策略均充分反映了可持續(xù)設計的生態(tài)因素，同時也切實聚焦了沙漠徒步的過程中干預，從而在早期就為相關用戶提供了產(chǎn)品方案與策略，從而促進了安全危機的防微杜漸，并充分結合沙漠生態(tài)進行有效的可持續(xù)創(chuàng)新應用。

（一）“露珠成水”的生態(tài)創(chuàng)意策略

沙漠集水器的生態(tài)創(chuàng)意策略是受到了清晨植物葉片上的露水啟發(fā)[15]。白天天氣晴朗，但晚上由于高溫的熱空氣遇到降溫的冷空氣，使得地面的熱量快速蒸發(fā)散失，就會在植物的葉片與表層形成大量的水汽。這種水汽一般會儲存在植物葉片、花草、枝蔓以及湖畔邊緣的水藻之上，因此這種現(xiàn)象也叫露珠成水。沙漠本身是早晚溫度變化極大的地域，由于沙漠本身光照充足、溫差較大，到了晚上溫度就會快速下降，地面熱量也會迅速散開，從而使得空氣中的水汽增多，故而其具有良好的水汽條件。因此，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，在沙土刨出一個坑，內(nèi)置圓碗在其上部置以薄膜材料，第二日碗內(nèi)會積攢一定水源，若加上冷凝器設備輔助水源會積攢更多。

結合前文研究故而進行了進一步的產(chǎn)品思考。（1）定位：沙漠集水器屬于徒步旅游的裝備型產(chǎn)品，結合沙漠復雜環(huán)境，因此產(chǎn)品不易復雜，應在功能基礎上強化材料應用的創(chuàng)新。具備組裝性的便攜功能屬性，可有行蹤記錄、信息接收等輔助功能。（2）成本：產(chǎn)品制作及銷售成本應保持在中等水平，有效考慮鋁材、MOFS、磨砂塑料等材料，并保障其穩(wěn)定性與功能性。（3）可持續(xù)：基于可持續(xù)設計理念挖掘沙漠中的可用資源，比如沙子、光照、溫差、水汽、沙漠植被、蟲類，在產(chǎn)品設計過程中加強對于沙漠資源的可持續(xù)循環(huán)利用，并融合露珠生態(tài)原理，這是設計綠色性的體現(xiàn)。（4）用戶：用戶在沙漠中的心理情緒變化極快，往往會經(jīng)過“緊張- 恐慌- 害怕- 絕望”這樣4 個階段，故而需要從功能屬性與視覺屬性去幫助用戶去緩和情緒，為其自救與被救爭取更多時間。

該研究的產(chǎn)品方案經(jīng)過了3 個階段（見圖1）。第一階段為方體式，體量龐大且攜帶不便、零部件較復雜，用力方式不符合人機。故而不符合沙漠特殊環(huán)境狀態(tài)下耐磨耐風沙耐腐蝕的需求，且鋁材等環(huán)保材料運用較少。因此對于該方案進行了功能、造型、人機使用等方面的修改。第二階段為“干”字式，基本上克服了特殊環(huán)境下的造型要求，且造型與零部件均進行了優(yōu)化，主要是在支撐桿部分設計了充足的下部儲水區(qū)，不過該方案在基本用材與使用空間多有消耗。且插入沙土的入口方式不符合人機，由于體量大不易攜帶。第三階段為最終的設計方案就是如圖所示的“丁”字式。該方案著重考慮了產(chǎn)品的便攜性，且改變儲水的載體形式，從單一的儲水空間，改進為吸水海綿，另外，下部支撐桿部分不再具備儲水區(qū)，成為專門的承重桿。并且引入了MOFs 材料（有機金屬框架材料）。這增加了原沒有的保護蓋，可以便攜拆件，方便用戶使用與移動?？傊?，三輪設計方案的演變體現(xiàn)了人機科學、使用方便、功能完善、便攜移動、新材新型的可持續(xù)與易用性的特點。

（二）“有機材料”的產(chǎn)品開發(fā)策略

沙漠集水器的產(chǎn)品開發(fā)策略充分圍繞創(chuàng)意源頭、材料、結構、色彩、外觀方面展開。該研究始終秉持著可持續(xù)設計的理念原則。其從功能層面到外觀層面進一步強化了對沙漠徒步驢友的人文關懷。并基于現(xiàn)存局限進行改善，并為沙漠徒步驢友帶來更為安全良好的產(chǎn)品設計與適宜有效的使用體驗。具體表現(xiàn)為基于有機金屬框架材料的產(chǎn)品技術設計3個方面。

首先，是有機金屬框架材料的創(chuàng)新結合。沙漠集水器設計充分運用了一種含有有機金屬框架材料（Metal-Organic Frameworks）的滲水薄膜，這是整個產(chǎn)品最為核心的創(chuàng)新部分。這塊薄膜位于產(chǎn)品開殼上部，是生成水源的關鍵點。薄膜材質是由金屬- 有機框架材料（也稱為MOFs 材料）構成，這項材料具有良好的裝配、切割、黏合性，能夠充分安置在產(chǎn)品之上。本身是由有機配體和金屬離子構成，其材料表層有細小的分子內(nèi)孔隙，這里空隙也使其材料發(fā)生生態(tài)作用，成為氫氣與氧氣的主要入口。滲水薄膜中的有機金屬框架材料機體具有明顯的方向性，可以吸附水汽、吸收光能、采集磁能，從而形成相應的載體，并成為產(chǎn)品化所使用的材料[16]。滲水薄膜的有機金屬框架材料的有機配體主要是有機酸、有機堿，它們可以與金屬離子進行有機體結合[17]。滲水薄膜對空氣中的大量氫氣進行儲存，從而吸附空氣中的氫氣與二氧化碳，并為薄膜表層轉化成水做好準備，同時將露珠成水原理在外部作用下進行化學強化、調控與轉化[18]。使其在溫差作用與光熱作用下，利用設備技術輔助吸附大量的漂浮水汽，從而在滲水薄膜上形成水，并通過滴漏方式儲存在內(nèi)艙體以備不時之需。這將從材料技術上實現(xiàn)初步的水源供給，從而幫助沙漠徒步驢友應對缺水的生理危機，并進一步緩解失聯(lián)者的恐慌心理危機[19]。

其次，是外部設備技術的輔助強化。沙漠集水器僅僅在MOFs 材料進行應用創(chuàng)新遠遠不夠，需要借助冷凝設備、儲水海綿、信息記錄與反饋系統(tǒng)等設備技術的輔助，將能達到足夠功能使用，從而達到有效應對危機的目的。冷凝設備將低溫空氣壓縮成高溫空氣，同時氣壓也變成高壓。當空氣中的水汽進入其中便可進行相應工作。在沙漠滲水薄膜的基礎上吸收陽光完成加熱制冷，通過內(nèi)艙體不斷的加熱制冷，形成低壓與低溫的水汽，使其往返其中完成循環(huán)從而有助于生水量的增長。這時的薄膜內(nèi)部的金屬有機框架材料能夠吸附空氣中的水蒸氣，使得水蒸氣受熱凝結成液態(tài)小水滴，再滴入儲水的容器中。并被內(nèi)艙體的水源吸入兩端的海綿之中，從而獲得相應的水源儲存。同時，在蓋殼內(nèi)部安裝了熱感應傳感系統(tǒng)。當用戶接觸產(chǎn)品時系統(tǒng)會進行記錄，并對外發(fā)射信號尋求安全地帶的救援，為其自救爭取時間，有助于救援部隊尋找失聯(lián)遇難者。

再者，是技術與材料結合的產(chǎn)品設計。（1）在產(chǎn)品功用上，沙漠集水器采取了翻蓋、套嵌、螺母扣合的產(chǎn)品結構。沙漠集水器外觀為細長狀態(tài)的“丁”字形，整體高980 毫米、寬980 毫米、長300 毫米（見圖2）。主要是為了產(chǎn)品本身便于攜帶與搬運。“丁”字形產(chǎn)品本身的水源會從上至下滴入，并進一步從中心向兩端流淌并儲存，故而產(chǎn)品的主體部分呈圓柱形。下部的對排彎鉤主要是方便支撐桿拆分后安置在艙體的下部。提手的部分是方便產(chǎn)品倒立與便攜提走。支撐桿是由兩節(jié)帶有螺母與螺絲的支撐桿構成，主要方便提手、上下支撐桿3 個部分相互銜接與支撐。

（2）在部件結構上，每個部件也有其具體作用（見圖3）。翻蓋上殼與下殼，主要是保護艙體的安全性，并增加耐磨耐用性。翻蓋上殼是保護內(nèi)置薄膜與接收陽光的重要外殼，當使用者打開上部外殼，將產(chǎn)品插入沙土之中，即可在一夜溫差變化后獲取水源，而水源則流入內(nèi)艙體，并儲存在兩側的儲水海綿。內(nèi)艙體主要是由信號反饋與行蹤記錄系統(tǒng)、冷凝器部分、儲水艙體構成。這主要用以積攢水源并加速冷凝，從而貫穿于兩端的海綿之中，同時接收救援信號和發(fā)射反饋信號。磨砂金屬保護外殼主要是用來保護儲水海綿與產(chǎn)品組裝。儲水海綿主要吸取內(nèi)艙的水源，用水時擠壓即可獲取?？酆现螚U架主要方便拆分為兩節(jié)支撐桿放置于艙體下部，便于使用輕易拆分組織與提攜。

（3）在使用流程上，沙漠集水器主要分為4 步（見圖4）。首先是用戶在使用前，提攜產(chǎn)品至安全穩(wěn)定的沙土區(qū)域。其次是將產(chǎn)品插入沙土中，設備的記錄與跟蹤系統(tǒng)會自動啟動，定時向外界發(fā)送求救信號。最后是打開產(chǎn)品外蓋，待晝夜溫差結束后取出儲水海綿，擠壓海綿將水倒置容器中，補給水分等待救援以節(jié)省能量，系統(tǒng)會再一次記錄信息并發(fā)送求救信號。最后是尋找其他綠洲與植被補給，同時留下行蹤記錄以便外界救援。

最后是有助識別與心理撫慰的色彩應用：沙漠集水器主識別色是冷暖中性的檸檬黃。一方面能夠給舒適自由的視覺感，間接給予失聯(lián)徒步驢友一定程度上的恐慌心理撫慰。這將有助緩解用戶心理情緒，強化積極的自救意識，并進一步促進失聯(lián)徒步驢友尋找水源與可替代植被。另一方面由于沙漠的早晚溫差很大，水汽常常飄浮在空氣之中，由于，光照反差極易出現(xiàn)海市蜃樓。這將會對虛弱的徒步驢友進行迷惑，從而引導失聯(lián)者走入迷途與誤境，這將會加劇失聯(lián)者的危險系數(shù)。因此，黃色本身具有在較大沙灰塵霧中的穿透力作用，因此，能為失聯(lián)者獲取外部救援與外部搜尋危險人員提供有效的幫助，并進一步緩解沙漠徒步驢友的心理與生理危機。

四、沙漠集水器的可持續(xù)設計思辨

第一，該研究充分體現(xiàn)了可持續(xù)設計的社會可持續(xù)。除了關注大眾群體以外，也重視小眾群體的訴求，具有極強的社會公益性，有利于促進社會福祉的和諧與公平。立足人文關懷，該研究充分考慮到了用戶的心理情緒的變化，從色彩、人機使用、組裝方式等方面讓用戶方便使用，并喚醒其本能的自救意識，進一步安撫用戶的心理情緒。通過該研究嘗試能緩解驢友徒步中的心理與生理危機。并為驢友的自救與被救爭取更多的時間。

第二，該研究體現(xiàn)了可持續(xù)設計的環(huán)境可持續(xù)。立足沙漠環(huán)境生態(tài)，該研究運用新型材料與沙漠天然資源，從而實現(xiàn)綠色循環(huán)。并因地制宜地利用沙漠的溫差、光照、沙子、水汽、時間等資源，為沙漠徒步驢友在產(chǎn)品輔助下提供緊急的水源供給。通過探討新型材料與生態(tài)資源、自然規(guī)律、技術設計之間的循環(huán)利用，有效地幫助驢友解了燃眉之急。這也為沙漠徒步驢友普及了沙漠氣候與自然環(huán)境的知識，降低了人們對于沙漠的恐慌，提供了新的設計嘗試。同時也進一步反映了可持續(xù)取自于自然，也來自自然，為可持續(xù)設計本身的環(huán)境思考提供了啟發(fā)，也強調了人類在面臨自然時對于可持續(xù)設計的支持與思辨。

第三，該研究體現(xiàn)了可持續(xù)設計的經(jīng)濟可持續(xù)。功能的實現(xiàn)是產(chǎn)品設計的第一位，立足于真實問題的解決措施，該研究切實有效地解決了沙漠徒步驢友等失聯(lián)者的生理需求與心理訴求，在更大意義上能夠幫助其脫離危險，給予其一定的力量生存下來。并進一步降低沙漠失聯(lián)所導致的危險遇難率。同時反映了該領域的市場開發(fā)有待進一步發(fā)展，具有一定的經(jīng)濟空間，通過進行這樣的可持續(xù)設計研究，也進一步拓展了戶外產(chǎn)品在沙漠場景的應用，并有意識地在后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)中強調可持續(xù)的原則與理念，從而為該類型產(chǎn)品提供了良好的周期循環(huán)的發(fā)展前景，也有助于這一新興市場可持續(xù)成長。

結語

該研究首先做出了一定的可持續(xù)設計探索，將環(huán)境生態(tài)資源與新型材料融合起來，依托特殊環(huán)境洞察了用戶的需求本質，提出面向沙漠徒步者的可持續(xù)產(chǎn)品方案。其次是表達了設計師對于可持續(xù)、人文關懷、社會責任的思考，有效地處理了人、物、自然、環(huán)境在特殊場景中的歸屬關系。沙漠集水器的設計研究不僅是對于功能與體驗的創(chuàng)新思考，還是對于人與生命的關系思考，帶有一定的社會可持續(xù)、環(huán)境可持續(xù)、經(jīng)濟可持續(xù)的設計思辨。最后該研究雖然提供了解決策略，但由于沙漠環(huán)境的復雜性，未來的沙漠補給類產(chǎn)品仍然需要立足于可持續(xù)設計思維，并協(xié)同多學科進行創(chuàng)新研究，才能為沙漠徒步驢友提供更好的可持續(xù)產(chǎn)品。