后疫情時代的啟示：利用滑動結構實現門把手自潔的應用研究

李貞怡　姜巧倩　張欄月

摘要：響應從“‘應急之舉轉向‘機制設計”，發揮設計在構建公共衛生機制中的能動性，以門把手為突破口，為公共產品設計提高自潔性要求提供一個可行的設計方向。通過調研分析當下公共門把手市場現狀，探索實現自潔的難點。通過功能分析和結構研究總結實現功能的結構類型可行性方案。采用迭代設計的方式，探索不同結構形態在實現自潔中的優劣勢。得到公共自潔把手模型。滑動裝置對于公共產品提高設計的自潔性要求有參考意義。

關鍵詞：疫情設計 自潔 公共產品 滑動裝置 把手

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：B

文章編號：1003-0069（2021）02-0032-03

引言

2019年新冠疫情爆發以來，在公共設施產品中的衛生性缺乏問題凸顯之下，不少有關防疫和衛生安全的設計應運而生。截至當下，新冠疫情在世界范圍內已經持續了將近一年。文獻【1】提出，提高公共空間設計中的衛生水平，不僅僅是疫情當下的應急之舉，更是要在后疫情時代轉變為一種衛生機制設計。設計，作為構建公共空間物質環境的主要手段，在公共衛生機制的構建中，具有能動作用。

門把手作為公共設施中的一個關鍵產品，不斷被驗證是細菌殘留的最佳場所，尤其在醫院、公共廁所、辦公樓、商場等場合細菌存留最多。文獻【2】提出門把手、抽屜把手及水龍頭等這些部位存在著嚴重污染，日常用清水擦拭不能有效清除，在醫院工作中容易造成交叉感染，給血液質量和工作人員帶來安全隱患。文獻【3】對母嬰同室門把手進行細菌檢測后表面，細菌污染嚴重。

當下的自潔式產品研究多見于功能本身即與衛生相關的產品，如張野的電動式自潔拖地機、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品的探索上還比較少，國內關于持續性的自潔式門把手的研究較少。

一、公共把手市場現狀

目前的門把手市場大致可以分為兩類，一類是與門鎖開關結合，具有開鎖按壓功能的門把手，另一類即單純提供一個拉力或推理作用的門把手。從形態上講，前者呈現水平分布特征，且體積小，后者反之，呈垂直分布特征且門鎖體積更大。從使用場景來看，前者運用的場所往往是面積相對較小的空間，且房門重量較輕，常見公共場合如辦公室、教室、廁所門等;后者運用的場所相對較大，且房門重量更大。常見公共場合如醫院大門、小區一樓的出入廳、商場的出入玻璃門等。就成本價格來說，前者大概在50元一400元之間，后者大概在20元-200元之間。就目前看到的市場產品來說，設計的重點主要計中在產品的材料、色彩以及表面裝飾上。相對而言，具有開鎖按壓功能的門把手的設計會更加精密，尤其是和智能門鎖結合的門把手，除上述設計點外，還會考量產品的形狀、進出入的便捷性等問題。

在此，設計者僅考慮門把手本身，不對與把手相關的鎖等配套設施做整合設計，主要探索一種符合大多數公共場合的門把手自潔形裝置模式。

二、公共把手實現自潔的難點

（一）常用消毒方式難以兼顧門把手自潔的持續性、有效性、安全性環保性。這與目前的消毒殺菌方式相關，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，即物理法和化學法，物理法又包括高溫、冷凍、輻射等，化學法則是利用各種化學藥劑進行清除、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，通過煮沸的方式實現高溫消毒是日常家居生活中用得最多的一種消毒法，多用在餐具清潔節上，但這種耗時耗力，需要沸水浸泡，且對于致病菌的消殺有限，很難推廣應用，常見的紅外消毒柜其實也是借用了一個高溫消毒的原理，通過遠紅外線使得柜內溫度達到120°C從而實現消殺功能;第二種，紫外線消毒，紫外消毒主要通過UVC短波紫外線，波長在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，且對人體傷害很大不可直接照射人體。但價格低，應用面廣，因此也不失為家庭整體消毒的利器。但問題在于，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行清潔的門把手，由于物理法的時效性和高溫特征，運用在與人手親密接觸且需要不斷清潔的門把手上并不現實。

常用的化學劑消毒有三種，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，且對皮膚黏膜有腐蝕作用，因此不可以與人進行直接性接觸，除此以外的常用化學劑還有乙醇，相對于含氯消毒液來說，乙醇屬于中效消毒劑，更多是用在醫療領域。在國際上，還有一種穩定高效且安全的化學劑正在得到廣泛應用，即二氧化氯。按照國家規定，二氧化氯屬于高水平消毒劑，不僅對常見的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等有高效的滅活能力，對呼吸道病毒，包括流感病毒的消毒效果遠超液態含氯液體，并且研究表明二氧化氯對2000年的sars等冠狀病毒有很好的滅活效果。因此從理論上講對于消殺2019新冠病毒也是有效的。該消毒方式的問題在于揮發性氣體是對空氣進行潔凈，而非針對性地對門把手起到很好的消毒效果。

不過，在消毒殺菌領域還有一個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體材料與光作用產生殺菌消毒功能。具有代表性的光觸媒材料是二氧化鈦，它能在光照射下產生強氧化性的物質，進而于分解有機化合物、部分無機化合物、細菌及病毒等。這種消毒方式無毒、環保、高效，唯一的問題是需要經紫外線催化，而紫外線無法直接與人體接觸。

（二）消殺過程的效率難以保證。由于人們進門出門時往往都不會停留太長時間，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現高效率，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，但就長遠來看，疫情之后，生活中殘留的病毒細菌并不會減少，而人為消毒的惰性則會逐漸顯現出來，因此消毒殺菌的效率難以保證。如圖1，是疫情下催生的設計之一，通過讓人手不接觸門把手，實現控制病毒細菌感染的風險。但此種方式并不符合人的行為習慣，因此僅適用于特殊時期;圖2所示為疫情之下的一個整合設計，即門把手和消毒液的結合運用【6】。同樣，在疫情環境中此類產品具有適用性，但放在長遠的觀念上，由于人的惰性即開關門動作的即時性，消毒殺菌過程的效率也難以保證。

（三）應用在公共場合，需要嚴控成本。在公共場景中，如普通的小區居民樓一層、商場門等，使用人群廣泛、具有群眾性特征，易損耗且難以找到責任方。依據調研結果，普通公共場合的門把手價格控制在50-150元之間最為恰當。因此，在自潔式門把手的開發設計中，非常重要的是需要嚴控成本，讓利益相關方能夠愿意消費此類產品以提高小區或者商場衛生性。

三、設計方法分析

功能分析和結構研究是工業設計中最主要最基本的設計方法。通過功能分析和結構研究可以幫助工業設計師鎖定產品核心功能，提取產品功能層級，迅速達到功能目的。此設計應用中，以這兩種基本的設計方法為指導思想，通過迭代優化的設計方法，探索不同結構形態在解決門把手自潔問題中的優劣之處，從而更好地幫助設計師理解結構與產品功能之間的關系。

（一）功能分析。基于上述問題分析得出，此次應用研究核心的攻克點應該在于保證消殺過程的高效率、連貫性、及低成本改造。高效率體現在兩方面，一方面是消毒方式本身應具有高效率，另一方面，消毒操作過程應該具有高效率;連貫性在于門把手自我消毒的過程中不會影響用戶的使用行為;低成本改造則綜合體現在把手的整個設計之中，尤其以當下現有的技術、材料和形態為基準，在最小的改動上進行功能最大化設計。

從上述問題可以看出，僅靠消毒方式附加于門把手的設計方式是難以解決問題的。因此，對于門把手這個簡單的功能產品來說，綜合成本因素，可以將較為成熟簡單機械結構和消毒方式進行有機結合，從而優化配置，解決上述問題。因此提出：用簡單巧妙的機械結構原理，和高效安全的光觸媒消毒方式結合，從而實現低成本的綠色高效持續性消毒。

產品需要借助光觸媒的消毒方式，運用原理為“二氧化鈦遇紫外線燈發生光催化作用”。二氧化鈦在物理特性上呈現粉末狀，可以經工藝處理附著在表面，而紫外線燈有對人體皮膚傷害的弊處，因此需要進行隱藏。除此以外，產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行之間應具有一定的往復性，也即是產品可以在發揮使用部件之間置換的功能進行清潔的同時又不影響使用效率，產品所需功能層級如圖3。

（二）結構分析。調查發現，滑動裝置作為一個較為基礎和簡單的機械結構，在隱藏和儲蓄、置換、清潔等各個方面都有廣泛的應用，日常生活中如抽屜輪椅抽拉門等均是采用了此類機械結構。就此我們可以利用滑動裝置，實現消毒劑的隱藏（如避免與人手接觸）、儲蓄（如儲存化學消毒劑）、置換（高效率雙向運轉）以及清潔的功能（滑動清潔噴灑等）。

通過對市場上現有的滑動裝置進行調研分析，總結主要的滑動結構有以下三種。

1.傳送帶滑動：傳送帶滑動的表現形態為一個循環封閉的平面帶通過滾軸進行往復輸送（圖4），其原理是：工作構件中有輪子作為驅動輸送裝置，使依附在輪子上的輸送帶利用工作構件的旋轉運動或往復運動，輪子依靠電動機提供源驅動力即可。傳送帶的方式其優勢在于可以使一個鏈條（傳送帶）上的物質進行循環使用，能夠提高事物運行的效率，并且可以通過控制傳送帶的轉速來調節效率。生活中，此類結構常見于自行車鏈條（鏈傳動，方式與傳送帶類似）、行李及貨物運輸等相關場景上。這種結構成本低，方式簡單，穩定性高。

2.軸動：軸動是借助一個或多個傳動軸（類似棍子的形態）使設備協調運轉、傳遞動力的結構形式。（圖5）傳動軸使是一個高轉速少支撐的旋轉體，因此在設計中的動力平衡非常關鍵，傳動軸的應用場景有汽車、新型自行車（如摩拜單車）等，這種結構相對來說成本更大，功能上更適用于驅動發力，因此更多運用在機械內部的運動結構中。一個電梯的設計中，不僅包含了傳動帶，也包含了軸傳動。游樂園中最常見的旋轉木馬也是利用軸傳動實現木馬旋轉的案例。

3.純粹的滑輪驅動：這是生活中最常見的一種驅動方式，即利用輪子的形態特性，減少接觸面積，進而減小摩擦力，從而促進產品能夠進行抽拉滑動等活動，其表現形態有滾輪、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形式。類似的產品還有輪椅、窗簾等日常用品，都是簡單的滾輪卡口結構。該方式形態結構簡單，成本造價低，操作簡單，且可以實現隱藏與儲存的功能，非常適用于日常生活。

基于上述調研結果及自潔式門把手的設計需求，分別將三種滑動機械結構和光觸媒的消毒殺菌方式做出了結合設計方案，并通過迭代優化的方式進行設計改進。

四、創新設計方案研究

（一）設計目標。前一階段已經通過功能分析的方式區分了產品的功能層級，在設計開始之前，明確第一層級和第二層級是在設計過程中首要考慮的因素，在探索結構形態與產品功能之間的關系時，優先考慮連續性自潔的實現問題。解決上述問題后，再綜合考量“降低成本”的問題。需要指出的是，這里所說的“降低成本”不僅是經濟上的成本，也是用戶使用的學習成本。

（二）基于不同結構形態的設計實現。在總結上述不同滑動裝置的基礎上，首先對三種設計方法進行了實踐應用，作出基于不同結構形態的三種產品形式。

1.方案一：如圖7和組圖8，該方案所采用的機械結構為傳送帶形式，主要借助傳送帶儲存與置換的功能。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部，門把手上鍍以二氧化鈦薄膜，把手上方設置有紅外感應裝置。人使用門把手后，紅外感應裝置自動識別，已經使用的半邊傳送帶會觸發傳送裝置，順時針旋轉至門把手內部，已經清潔部分則由順時針從內部伸出，以供下一位用戶使用。該設計從傳送帶的基本性能特征入手，將紫外消毒裝置儲存于把手結構內部，通過循環往復的方式為用戶源源不斷地提供干凈的門把手。在結構的功能利用上來說是一個利用充分的設計，但材料形式上較過去的公共門把手有較大改動，且硅膠材質受力更弱，不利于公共場所大型玻璃門的推拉。

2.方案二：如圖9和組圖10，該方案所采用的機械結構為軸傳動結構，主要利用旋轉的功能從而達到儲存的作用。在產品的內部增加了一個旋轉軸，通過旋轉軸逆時針或順時針實現門把手由外向里，以及由里向外的伸縮。紅外感應到用戶經過之后，把手由外向里伸縮時，呈清潔狀態，把手內壁上置放的紫外線燈開啟，與把手上的二氧化鈦涂層反應后達到消毒殺菌的作用。完成既定清潔時間后，把手又會由里向外伸縮，以供用戶使用。由于軸傳動結構在體積上占用空間較大，且與公共空間門把手的既往形態相悖，因此設計較大地改變了既往公共把手的基本形態。