高鐵垃圾智能分類回收系統的創新設計研究

曹博琛　劉方非　鄭依靈

關鍵詞：高鐵;智能;垃圾回收分類系統;創新設計

中圖分類號：U293 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）12-0159-02

1研究背景

垃圾分類不僅是世界性的潮流，更是需求。政策驅動下垃圾分類將全面推廣，其市場前景廣闊（預計到2025年分類服務市場空間達364億元）并將從源頭重塑固廢產業格局[1]。以美國、加拿大為代表的國家也提出了生活垃圾“源頭初步分類，處置廠適度分選”的模式[2]。而列車垃圾正是生活垃圾源頭之一，部分國家進行列車垃圾分類已有較長時間，如日本和印度等，但并沒有統一的模式，各國根據本國國情各有側重。而對大量乘客進行的調查顯示，如果鐵路設置回收裝置，82%的乘客愿意參與垃圾分類。日本旅客鐵路運輸公司決定在新干線引進垃圾分選處理裝置，以確保在垃圾減量化處理的同時，提高排放垃圾中有用物質的資源回收率，節省垃圾存放空間，并促進自動分類裝置的系統化[3]。

2高鐵垃圾回收系統設計現狀

對于垃圾分類回收，國內外共性都是從末端治理轉向源頭治理和循環利用[4]。我國高鐵由于線路長、客流量大、空間與時間等因素的限制，產生了區別于其他國家的特殊鐵路列車環境，因此更應從源頭解決垃圾分類處理問題。同時，只有垃圾分類知識理論和政策支持，沒有垃圾分類意識和垃圾分類產品，很難讓全民有效地、正確地參與到垃圾分類中。因此，垃圾分類產品設計應該引起人們的重視，需要被認真對待[5]。

我國高鐵動車作為城市垃圾源頭之一，其垃圾線性產生量大和分類不科學的問題，在世界垃圾處理快速全面發展的大趨勢下亟需改變，因此應通過創新技術手段與應用方式，同步優化系統和加強產品設計，解決相關問題。

3高鐵垃圾回收系統的創新設計思路

3.1高鐵垃圾回收服務系統設計

3.1.1從源頭踐行垃圾分類并培養相關意識

現有列車垃圾回收措施旨在保持車廂衛生環境，為乘客提供更好的乘坐體驗。考慮到列車作為大型公共交通工具，垃圾產生量大、收集時間緊張。區別于簡單的解決問題，應進行意識宣傳與引導，在解決問題的基礎上，使垃圾分類回收意識在源頭上得以踐行。

3.1.2“人—機—環境”三位一體

設計時應考慮特殊環境和社會趨勢需求的設計上。設計時應以人為中心，達到垃圾分類回收的目的，使乘客、乘務員雙方都獲得更好的使用體驗。并且考慮列車車廂內部環境的問題、列車停站時間緊張的問題、乘客的行為習慣等，多方面、系統地進行設計（圖1）。

3.1.3充分考慮系統中利益相關者以提升方案可行性

通過對現有系統深入研究，下圖展示了高鐵垃圾分類系統中所有的利益相關者及物質流、信息流、資金流流向，希望通過考慮各利益相關方的利益增強最終設計的落地性和可實踐性（圖2）。

3.2高鐵智能垃圾回收產品設計

3.2.1設計定位

該產品是一種可移動智能分類垃圾箱，可實現垃圾自動分類的投放和存儲，且該智能分類垃圾箱可推動，幫助乘務員快速收集座位垃圾和分發時該垃圾箱內存儲箱的運送。

3.2.2結構設計

該產品殼體內部結構如圖3所示。智能垃圾識別裝置固定于殼體頂部，用于垃圾識別分析和分類提示;分類識別倉置于智能垃圾識別裝置下方，底部為垃圾分流閘門，用于控制各類垃圾分流;分流刮板置于分類存儲倉頂端，用于助推垃圾進入對應類別存儲;分類存儲倉置于殼體底部，通過接觸面的滑動滾輪和滑動槽與殼體連接，用于垃圾分類存放;把手置于殼體頂部外壁，用于走動收集垃圾時持握;底部設有萬向輪，置于殼體底部。

4設計評價

4.1可行性

政策上：響應國家對于垃圾分類工作的宣傳號召，倡導垃圾分類人人行動、時時行動的同時，滿足人們對于乘車服務、乘車環境、乘車體驗的美好出行需求。

技術上：目前國內已將AI圖像識別技術、電子標簽識別技術、智能學習機器人、語音識別技術等多種高科技術應用于垃圾分類與回收的產品中，為智能化垃圾分類應用于列車鐵路行業提供了技術支撐。

系統流程上：引導乘客進行垃圾分類投放，應用再設計的可移動智能分類垃圾箱，簡化了垃圾分類操作，運輸過程快速、整潔，化解列車垃圾在卸放站臺和集中運輸環節中與乘客原有的沖突，節約了列車垃圾分揀的人力成本，提高了回收利用效率。

硬件設計上：保持列車車廂構造不變，通過優化創新車廂服務、再設計垃圾桶等硬件設備、借助軟件增強知識普及、改變人們的行為方式，提高垃圾分類與回收工作的工作效率，實現資源的合理優化配置，有效減輕乘客在車廂中因為垃圾處理而產生的不適。

4.2人機測試分析

垃圾車的扶手在使用過程中，高度配合適當，一般以離座面700mm—1000mm的高度為宜，扶手長度最大不超過車高深度的2/3，以500mm—600mm為宜，避免人體肌肉因為扶手高低失當而產生屈曲或伸張的感覺。扶手提供可靠的支撐，能方便乘務員的使用及列車突然加速減速時的前后傾倒。垃圾車放置垃圾的位置，垃圾車寬度約為過道的2/3，且垃圾車箱體的垃圾儲存模塊為側彎式的拉出，考慮到乘務員人體手臂舒適狀態下的最佳位置，箱體可側彎式抽出的高度約為700mm，同時，在箱體側彎式抽出后，抽出部分的箱體高度約600mm—700mm，正好處于乘客可投擲垃圾的理想位置。

在長時間的列車運行過程中乘客的乘坐姿勢是不斷改變的，要求也隨之變化。為使用戶舒適地進行垃圾分類，在進行系統的硬件產品時考量了以下幾方面：

1）箱體的操作符合人體力學要求，使用戶能便捷地進行操作。

2）投擲垃圾時滿足人體自然姿勢的需求，通過側拉式的模塊使乘客坐姿放松，為乘客提供足夠的空間與傾角便于調整。

3）垃圾車尺寸與人體相適應，為保證垃圾車使用方式能最大程度適應不同群體和特定個體的要求，研究以人體尺寸統計結果為尺寸依據，并取中間值，滿足大部分乘客的需求。

4）垃圾車構件設計和材料合理，讓垃圾車有效減少乘務員的體力負荷且操作便捷。

5結語

高鐵作為目前垃圾分類回收的空白場景，仍有諸多待完善之處。垃圾分類作為國家的長期戰略，高鐵作為中國“新四大發明”的對外名片，都顯示了此次課題的研究價值。高鐵垃圾分類應該從源頭做起，培養用戶的垃圾分類意識，并且考慮其中涉及的利益相關方，才能更好地推動設計的落地。此研究尚處于初級階段，將高鐵垃圾分類回收場景提取概括，但實際問題又包括更多車型的復雜場景。相信隨著垃圾分類相關政策的落實到位、人們垃圾分類等意識的逐漸完善，以及技術的不斷進步，高鐵垃圾分類問題將會從根本上得到解決。