基于通用設計的水上救援設備的設計研究

張祺淳 李紅玲 刀 然 徐 寧

（江蘇師范大學科文學院，江蘇 徐州221116）

1 水上救生設備的研究

1.1 研究背景

據世界衛生組織《全球溺水報告》統計顯示，全球每小時有40多人溺水死亡，每年共有約37.2 萬人溺水死亡，半數以上溺水死亡者不足25 歲；而我國每年約有5.9 萬人死于溺水，平均每天就有150 多，其中未成年人占據了95%以上。[1]首次在我國發布的《2000年至2005 年中國兒童意外溺水狀況調查結果報告》顯示，溺水已成為兒童死亡意外的頭號殺手。[2]筆者做了一項關于溺水預防的認知的網絡調研，3462 位人士參與了問卷調研。結果顯示，近4 成人不知道正確的急救方式。而現市場缺少溺水可以大眾自救的智能型產品，多要靠配有專業設備和專業知識的救援人員進行施救。但這些設備往往價格昂貴且功能單一，因此擁有一款大眾化的水面智能救生設備是大勢所趨。

1.2 水上救生的危險

若溺水者處于的水域為無人管轄水域，無專業人員給予救助時，溺水者需靠周邊群眾得到幫助。岸邊的人員可能會貿然跳入水中進行施救，非專業游泳救生人員在水中救生時，會出現缺乏救生技巧和體力不夠等情況，常被溺水人員拉入水中造成自身溺水。

1.3 合理進行救援

絕大部分安全教育中提到的救人方法是：如果遇到有人溺水，首先要大聲呼救并立即報警。同時可以向水中拋擲救生圈、木板等漂浮物，或在岸邊使用長竹竿和繩子拖拽溺水者，切不可貿然下水救人。

由危險因素的第三點“接觸水的機會”可知，避免救人者溺亡的最好方法就是避免非專業救援人員下水。然而，合適的漂浮物不易找尋，且即使找到了能否將該漂浮物有效仍至溺水者附近，并對落水者其到有效的支撐作用的可能性幾乎微乎其微。此時，具有遠程遙控功能的漂浮板就十分有用了。

1.4 現有救援設備問題分析

（1）現有的水上救援設備缺少從用戶的生活環境、危險場景、獲取是否便捷等方面考慮的人性化設計。

（2）大多數水上救援設備的研究著重點放在了動力功能上，而缺少針對能快速獲取使用進行快速救援這一功能進行研究。

（3）市面上的救援設備存在操作復雜、穿戴復雜、體積大不易收納、獲取不及時等的問題，使救援成功率大大降低，增加了溺亡的風險。

2 適用于水上救援浮板的設計方法

在進行產品設計方案階段，先采取了形態分析法，形態分析法是一種結構組合或重組方法。[3]筆者運用這種方法的出發點是現有的水上救生產品，因為許多發明創造不是發明一項完全新的東西，而是對舊事物的重新組合。因此，先綜合所有的來源中收集有關元素,再系統2 分解，并把有關元素分成6 個較大的變項（第三部分會進行詳細講解），最后將這些變項進行組合，形成新的創造性設想。

在進行各種因素分析之后根據造型原理中的組合原則對產品外形進行物化，組合原則又分為關系性要素和心理性要素,分別位于客觀存在與主觀認知中，其中關系性要素管轄視覺要素的編排、組合。設計的方法構建人與機器相結合的智能系統作為問題的求解系統，運用綜合集成法，將專家體系、數據和信息體系以及計算機體系結合起來，構成應該高度智能化的人機結合系統，發揮系統的綜合優勢、整體優勢和智能優勢，把人的思維、思維的成果、人的經驗、智慧以及各種情報、資料和信息等集成起來，從多方面的定性認識上升到定量認識。同時，綜合集成法體現了精密科學從定性判斷到精密論證的特點，也體現了以形象思維為主的經驗判斷到以邏輯思維為主的精密定量論證過程。它的理論基礎是思維科學，方法基礎是系統科學與數學，技術基礎是以計算機為主的信息技術，哲學基礎是實踐論和認識論。[4]

3 遙控救援浮板發改良設計

3.1 人機環境系統是指共處于同一時間和空間的人與其所使用的機以它們所處的環境所構成的系統。[5]以調研的材料作為基礎，從人、機、環境三方面進行分析思考（圖1）

圖1

3.2 產品設計要素定位

新式遙控救援浮板是一款基于通用設計的智能水上安全救援產品。本產品正是要實現水面救生的智能化、便捷化和大眾化，具有很強的可控性，很大程度上減少傳統救援設備的失誤率。利用產品設計中的組合原理和形態分析法得出了本產品的設計要素：

（1）形態。外觀應用類似飛船造型設計，應用流體力學和人體工程學原理，在面對水壓和沖撞時，依舊可以平穩運行；底部設有兩內嵌式動力推進器，保證在復雜水域中也能快速救援；兩個握槽一個把手，讓溺水者在慌亂中也及時能抓住浮板，握穩不怕側翻；全機流線型設計，不怕磕碰給溺水者造成二次傷害。

（2）功能。添加了一下功能：內置藍牙模塊，能與用戶手機輕松快速連接，連接完成后用戶可對設備實時操控進行水上救援：防水電機和雙動力內嵌式動力推進器，可保證設備充足的馬力以進行及時迅速的救援；太陽能充電，即便是放置在無人水域也能自行充電，保證任何時刻都有充足電力進行救援；紅外感應裝置，人體脫機時，自動感知，緊急制停。

（3）結構。由高強度樹脂外殼、硅膠握槽、推進器、反光條和螺旋槳等組成；內置主要由防水電機、鋰電池、藍牙模板等組成。

（4）色彩。總結普通救生設備的色彩，得出產品的機身色彩大調使用醒目的紅色，危急時刻都能快速發現設備的位置；白色部位貼有反光條，即便是在夜間也能清楚的確認設備的位置。

（5）材質。高強度復合樹脂主體（提供充足浮力）、輕鋁合金骨架。

（6）人機。a.整機尺寸（長*寬*高）為55cm*37.5cm*15cm（根據我國GB10000-1988 標準中人體測量數據確定）；b. 握槽的尺寸選取最大功能尺寸和最小功能尺寸的平均值（最大功能尺寸=人體尺寸百分位數+功能修正量+心理修正量；最小尺寸=人體尺寸百分位數+功能修正量），可適用于大多數人群。（圖2）。c.浮力上限值為150kg（含150kg），可承載大多數人群。d.符合人體工程學趴式設計，推動力的水流在人體兩側，舒適性極好。（圖3）。e.握槽內有紅外感應裝置，當人體脫機時機體會感應到并迅速斷開動力，緊急制停。

圖2

圖3

（7）方案確定。在調研中筆者發現，水上救援的難度非常大，溺水者及溺水者所處的環境會極大程度上影響救援的進展。因此采用寬大的板狀結構來處理各種各樣的緊急情況，同時綜合人機工程學相關數據作出多種方案草圖方案進行討論研究，最終選定此草圖方案進行深化設計。（圖4）

圖4

資料調查發現，水位線超過胸口后人體在水中會喪失自控能力，并出現窒息和漂浮的情況。[6]針對這一無法改變的生物限制，筆者設計的方向之一就是安全性。產品將提供給人體在一定區域內的安全感（無論是色彩還是材質上），在一定程度上起到安撫和平穩情緒的作用。在接下來的計算機輔助造型階段，對產品的顏色進行了綜合考量與篩選。

同時在原有的草圖基礎上加入了功能元素，將設計調研分析中的設計概念物化，將具體功能通過計算機輔助造型反映在其造型與結構上，在建模過程中將產品的細節可視化。（圖5）

圖5

本產品在進行快速救援的同時，也考慮到通過產品自身的語義在潛意識里撫慰溺水者的緊張情緒，極大程度降低了溺水者因自身慌亂而導致溺亡的概率，提高了溺水者的生存幾率。

經過細致的研究討論，選擇了更合適本產品各方面需求的材質進行模型渲染因得到了最終方案的效果圖：（圖6）

圖6

4 結論

本文結合市場背景調研、競品分析、設計方法選用[1]、產品設計要素分析和計算機輔助造型設計，總結形成了針對通用設計的公共水上救援設備的模型形態、尺寸、色彩、材料、結構、功能和人機交互。該產品在2020 新青年杯全球青年創意獎中獲得了三等獎。該產品能有效減少溺水二次事故的發生，并且能快速高效精確地對落水者實施救援，有效減少溺亡事改的發生。