基于交互體驗的城市智能分類垃圾箱設(shè)計研究

刁翠翠　牛森　王馨儀

關(guān)鍵詞：交互體驗 智能 分類垃圾箱 可行性途徑 后疫情時代

中圖分類號：TB427 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-0069（2022）08-0119-03

引言

中國城市化進(jìn)程不斷加快，城市生活垃圾數(shù)量呈倍級增加，大量城市深陷垃圾圍城困境。目前，國內(nèi)主要的668個城市中，近三分之二的城市處于垃圾的包圍，四分之一的城市已無垃圾填埋堆放場地;對于城市垃圾的處理，進(jìn)行無害化處理的垃圾約占66%，剩余約34%的垃圾只能進(jìn)行簡單的處理，每年的經(jīng)濟(jì)損失或高達(dá)300億元。因此，國內(nèi)城市垃圾分類政令頻出，探索更好的生活垃圾收集和處理方式成為了重要任務(wù)。城市中垃圾的處理方式，直接決定了一個城市的美觀程度和綜合素質(zhì)，更是反映出一個城市的發(fā)展重視程度[1]。

一、垃圾箱設(shè)計理念

“人生的意義感、價值感來自我們和他人的聯(lián)結(jié)，來自我們和自然的聯(lián)結(jié)，這種聯(lián)結(jié)好比鏡子，映照了我們存在的意義和價值”[2]。工業(yè)革命后的產(chǎn)品設(shè)計堅持以人的需求為中心，關(guān)注對自然環(huán)境的保護(hù)，然而也存在著環(huán)境破壞、生態(tài)污染、能源過度消耗等現(xiàn)象，使得人與自然和諧發(fā)展的綠色設(shè)計理念更顯珍貴。綠色理念是對設(shè)計認(rèn)知和觀念上的變革，期望設(shè)計者以保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源為宗旨，不過分突出垃圾箱造型的標(biāo)新立異，轉(zhuǎn)而將重點放在真正意義的設(shè)計與創(chuàng)新，注重其功能性，使設(shè)計更為簡潔，更能發(fā)揮價值。同時，智能分類垃圾箱的電力來源主要由太陽能電池板實現(xiàn)，體現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約相融合的設(shè)計理念。在后疫情時代，通過智能分類垃圾箱的研發(fā)設(shè)計，設(shè)置消毒屏障，簡化操作流程，并結(jié)合應(yīng)用情境，可以有效減少與垃圾細(xì)菌的直接接觸，使垃圾箱創(chuàng)新式設(shè)計以舒適簡單的手法表現(xiàn)，貫徹綠色理念。

二、國內(nèi)垃圾分類的現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)垃圾分類政策

2019年7月1日起我國頒布史上最嚴(yán)垃圾分類令，這是繼禁止洋垃圾后，我國又一次對垃圾的嚴(yán)格整治。自2006年上海成為全國第一批垃圾分類的試點城市，在二十年的時間里上海的垃圾分類工作經(jīng)驗和處罰性管理措施[3]，為出臺全國性法規(guī)政策提供了有效參考。2019年12月，遼寧省政府下發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)城鄉(xiāng)生活垃圾分類工作的指導(dǎo)意見》，指出全省將以減量化、資源化、無害化為目標(biāo)，加快建立分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理的城鄉(xiāng)生活垃圾處理系統(tǒng)。

（二）國內(nèi)垃圾箱種類

國內(nèi)頒布了史上最嚴(yán)格的垃圾分類政策，促使垃圾箱樣態(tài)呈現(xiàn)多元化類型。當(dāng)前，我國應(yīng)用的垃圾箱主要有以下五類，“敞口式垃圾箱”是目前使用最廣泛的垃圾箱類型，無蓋，結(jié)構(gòu)簡單，通過更換內(nèi)部垃圾袋處理垃圾。“翻蓋式垃圾箱”能夠有效減少垃圾腐的異味，傾倒垃圾時需取上蓋，便利性較差，會降低使用頻率。“腳踏式垃圾箱”利用了機械杠桿原理，用腳踩踏板開蓋，增強了便利性，密封性也較好。“感應(yīng)式垃圾箱”通過紅外感應(yīng)開啟投擲垃圾，減少了人與垃圾箱接觸頻率，衛(wèi)生環(huán)保，缺點是需要充電或更換電池。“組合式垃圾箱”包含了多個垃圾袋，節(jié)省空間，但外掛的垃圾袋易破損，增加了垃圾處理的難度。由此可見，國內(nèi)常見的五類垃圾箱各具利弊，在垃圾分類新政影響下，需要重新整合資源進(jìn)行全新有效的智能分類垃圾箱設(shè)計。

（三）國內(nèi)分類垃圾箱的現(xiàn)存問題

生活垃圾造成的環(huán)境污染一直是社會生活嚴(yán)峻的危害。目前，城市居民普遍對于垃圾分類回收積極性不高，家庭垃圾分類手段單一化，且家用垃圾回收箱不能對垃圾進(jìn)行有效的自動分類，導(dǎo)致居民自主垃圾分類的回收效率較低。市面常見的垃圾箱存在功能單一、科技含量低、封閉效果不佳等問題，垃圾箱內(nèi)的積液還容易滋生細(xì)菌，使垃圾箱成為病菌的培養(yǎng)器皿。因此，“分類垃圾桶作為推動垃圾分類、垃圾處理工作的公共設(shè)施，要適應(yīng)廣大群眾的使用需求，以實用性和創(chuàng)新性作為設(shè)計原則”[4]。通過對分類垃圾箱進(jìn)行創(chuàng)新式設(shè)計，提升垃圾箱科技含量，科學(xué)合理的收集和處理垃圾，進(jìn)行智能化公共垃圾分類，更好地便利居民垃圾分類方式，提高生活垃圾分類回收率，將成為智能分類垃圾箱設(shè)計的關(guān)鍵問題。

三、國外的生活垃圾分類經(jīng)驗

（一）韓國

自1995年起韓國開始實施垃圾分類制度，并根據(jù)居民的排放量收費。通過這一垃圾計量收費制度，不同垃圾必須分類裝入不同的專用垃圾袋，無法進(jìn)行回收利用的垃圾必須放入對應(yīng)的垃圾袋。韓國的《環(huán)境資源公社法（2003年版）》更是作為主要監(jiān)督執(zhí)行生產(chǎn)者責(zé)任延伸的制度法，提出了公社內(nèi)的廢棄物負(fù)擔(dān)金制度、事業(yè)場廢棄物減量化制度等先進(jìn)的環(huán)境政策[5]。

（二）日本

日本自1980年開始實行積極的垃圾分類回收政策，對于不按規(guī)定進(jìn)行的垃圾傾倒以《廢棄處置法》這一全國性的法規(guī)予以規(guī)束，違者將面臨巨額罰款甚至拘捕。在強制垃圾分類下，僅僅依靠盲目地投入分類設(shè)備并不能直接帶動居民分類投放的積極性，必須要將垃圾分類的強制性和分類宣傳引導(dǎo)進(jìn)行結(jié)合，讓兩者保持持續(xù)性和交融性[6]。

（三）德國

德國作為世界最早實行強制垃圾分類的國家之一，自20世紀(jì)90年代起建立了堪稱完備的垃圾分類系統(tǒng)。同日本一樣，德國政府為了實現(xiàn)從源頭解決垃圾殘余問題，實行全國性的生態(tài)稅和垃圾處置收費制度，每一個德國家庭都有一張標(biāo)明不同類型垃圾處理的時刻表，按照該表每天將不同類型的垃圾運到指定的地點。德國在垃圾處理的中間環(huán)節(jié)還建立了覆蓋全國的垃圾分類回收系統(tǒng)和家庭垃圾分類收集系統(tǒng)，體現(xiàn)了德國高品質(zhì)的工業(yè)化水平。

四、智能分類垃圾箱的設(shè)計與應(yīng)用

新科技時代，智能設(shè)備的應(yīng)用改變了人們的生活方式，智能化、功能化、安全化將成為未來社會的發(fā)展趨勢，垃圾桶在造型的設(shè)計上將進(jìn)一步服從于形式美的基本規(guī)律和法則[7]，智能垃圾箱將極大減輕城市人工垃圾分類的負(fù)擔(dān)，補全智能生活的“最后一公里”。

（一）智能分類垃圾箱的交互體驗理念

城市智能分類垃圾箱采用了數(shù)字時代的人機交互理念，將人的指令以簡潔、高效的方式傳遞給計算機，計算機以人們理想的方式反饋結(jié)果。傳統(tǒng)垃圾箱以人工分揀為主，居民參與意識和積極性普遍不高，因近年國內(nèi)垃圾分類新政實行，導(dǎo)致精準(zhǔn)垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)大幅提升，對部分居民垃圾分類要求提高，而以智能機器分類為主，人工投擲為輔的人機交互體驗，成為城市智能分類垃圾箱研發(fā)設(shè)計的重要理念。

（二）智能分類垃圾箱的設(shè)計方案

1.固液分離結(jié)構(gòu)設(shè)計：智能分類垃圾回收箱的內(nèi)部設(shè)置主要由垃圾固液分離的過濾組件構(gòu)成（圖1）。垃圾箱頂部插接有頂蓋，向下兩側(cè)對稱設(shè)置有第一凸塊，頂蓋下兩側(cè)內(nèi)壁開設(shè)有與第一凸塊相插接的第一凹槽，垃圾箱的一側(cè)開設(shè)有矩形孔，矩形孔內(nèi)壁設(shè)有一個翻轉(zhuǎn)板。過濾組件包括插接在垃圾箱一側(cè)的連接板，垃圾箱的一側(cè)內(nèi)壁開設(shè)有固定槽，連接板的一側(cè)延伸至垃圾箱的內(nèi)部并和固定槽相插接，連接板上設(shè)置有濾網(wǎng)，位于垃圾箱外部的一側(cè)固定連接有握柄，垃圾通過觸動握柄使箱內(nèi)的翻轉(zhuǎn)板與過濾裝置協(xié)同作用實現(xiàn)固液分離。因此，垃圾箱的固液分離結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效減緩垃圾腐壞的速度，節(jié)約空間，降低回收運輸垃圾的成本。

2.垃圾壓縮組件結(jié)構(gòu)設(shè)計：垃圾箱設(shè)置有用于壓縮垃圾的壓縮組件（圖1）。壓縮組件包括在頂蓋頂部滑動貫穿連接的壓桿，壓桿底端延伸至垃圾箱內(nèi)部固定在壓板上端，壓桿下部套設(shè)有彈簧圈套固定連接。頂蓋的頂部呈環(huán)狀排布立有多個支撐架，支撐架頂端又固定連接到支板。頂蓋的底部固定吸附有兩個放置架，內(nèi)置活性炭包，用以吸收異味。在垃圾箱底部的壓縮孔家內(nèi)，內(nèi)壁為斜面壁，內(nèi)壁一側(cè)底部插接有密封塞，箱體外底部還固定連接有支腿和輪子。壓縮組件可以對垃圾進(jìn)行壓縮，增加垃圾箱的空間利用率，節(jié)約運輸成本。

3.雙向能源供電系統(tǒng)設(shè)計：垃圾箱的供電系統(tǒng)主要由太陽能電池板和街電設(shè)備組成。垃圾箱運行的主要電能來源于環(huán)保能源——太陽能，通過陽光照射使太陽能電池板內(nèi)晶體硅制成的器件轉(zhuǎn)化為電能，并在蓄電池內(nèi)儲存多余電能，為維持垃圾箱日常工作提供電能，節(jié)約能源。同時，智能分類垃圾箱供電系統(tǒng)還與城市街電線網(wǎng)連接，防止因太陽能電池板故障、太陽能儲存電量不足時斷電，提供穩(wěn)定的城市用電，維持智能分類垃圾箱的正常運轉(zhuǎn)。

4.掃碼返利公益模式設(shè)計：智能分類垃圾箱的掃碼返利公益模式，是垃圾箱結(jié)合智能化、數(shù)字技術(shù)的設(shè)計創(chuàng)新和探索。居民投擲垃圾后可以選擇掃描垃圾箱體的電子二維碼，進(jìn)入微信小程序或綁定垃圾箱App，垃圾箱返利公益系統(tǒng)會生成抽獎頁面，會獲得數(shù)字紅包，紅包數(shù)額可以提現(xiàn)至公益捐款項目。智能垃圾箱設(shè)置的掃碼返利公益模式，能夠有效地提高城市生活垃圾投放的積極性和趣味性，增強用戶黏性，提升居民垃圾分類參與意識。

（二）智能分類垃圾箱的工作原理

1.通過翻轉(zhuǎn)板向垃圾箱內(nèi)投入垃圾，通過下壓壓桿，帶動壓板下壓對垃圾箱內(nèi)部的垃圾進(jìn)行壓縮，防止垃圾通過矩形孔溢出到垃圾箱外，松開壓桿，彈簧回彈帶動壓板回到原位，頂蓋底部的兩個放置架內(nèi)可以放置活性炭包，用于吸收垃圾箱內(nèi)異味，改善和優(yōu)化垃圾箱周圍氣味。與此同時，還在垃圾箱一側(cè)設(shè)置了煙缸（圖2），用于投放煙頭等易燃物品。

2.拔出位于垃圾箱一側(cè)連接板可方便取出濾網(wǎng)進(jìn)行清洗，同時防止垃圾進(jìn)入箱體斜面壁內(nèi)，用以隔離污水和垃圾。此外，通過拔出密封塞還可以放出斜面壁內(nèi)的污水，而頂蓋為插接結(jié)構(gòu)，拔出頂蓋，可以將垃圾箱內(nèi)的垃圾進(jìn)行傾倒。

3.下壓壓桿可以壓縮垃圾箱內(nèi)部垃圾，防止垃圾溢出，放置架內(nèi)的活性炭包可以吸出垃圾產(chǎn)生的異味，改善垃圾箱周圍環(huán)境的味道，并可以通過濾網(wǎng)隔離污水和垃圾，防止水和垃圾混合一體，進(jìn)而降低處理難度。

（三）垃圾箱的產(chǎn)品外觀設(shè)計

智能分類垃圾箱采用了豎、橫兩類長方體組合結(jié)構(gòu)，豎向長方體包括垃圾投擲及加工區(qū)、人機交互面板、操作面板、太陽能電池板，橫向長方體包括垃圾存儲區(qū)，垃圾箱造型既便于用戶操作，又方便垃圾運輸。垃圾箱外觀的色彩設(shè)計對用戶視覺沖擊和使用感受具有較大影響，垃圾箱整體色彩偏冷色調(diào)，人機交互面板為灰黑色搭配，表現(xiàn)出科技感;垃圾投擲口及箱體為綠色，有環(huán)保之意;垃圾箱右側(cè)的操作面板區(qū)主要以藍(lán)色為主調(diào)，配以橙色的暖色調(diào)互補，藍(lán)色體現(xiàn)了清潔、干凈之感，而醒目的橙色具有陽光暖意，增強了用戶在遠(yuǎn)端對于垃圾箱的辨識度。（圖3）

（四）垃圾箱的智能生活設(shè)計

智能分類垃圾箱的垃圾回收部分設(shè)可回收垃圾、濕拉圾、有害垃圾、干垃圾、電子垃圾等五種回收模式，回收種類多，范圍廣，幾乎囊括了城市常見的垃圾種類。垃圾箱內(nèi)設(shè)有液壓機，達(dá)到一定額度將自動對廢棄物進(jìn)行壓縮處理，箱體獨立成型，密閉性佳，杜絕廢棄物、汁液及氣味外漏，避免污染，節(jié)約空間，方便運輸。垃圾箱的智能系統(tǒng)設(shè)有太陽能電池板和街電設(shè)備，通過太陽能電池板接收和儲存能量，帶動系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)投入垃圾后，使用者將獲得智能垃圾箱系統(tǒng)預(yù)設(shè)的一次掃碼返紅包和捐贈公益項目的機會，可以選擇將抽中的紅包捐獻(xiàn)公益項目，增強城市生活垃圾投放的趣味性。

（五）垃圾箱的分類機制設(shè)計

智能分類垃圾箱的多功能回收部分包括智能識別系統(tǒng)、分離器、垃圾存儲箱、一體化液壓成型機、太陽能電池等五個功能模塊，共同構(gòu)成了智能分類垃圾箱的識別分類體系（圖4）。垃圾回收箱部分是通過識別系統(tǒng)進(jìn)行分辨以及分類的，以垃圾的不同形狀、種類的透光度形成圖片，提前錄入系統(tǒng)設(shè)置，將掃描的實體垃圾圖像與系統(tǒng)預(yù)存圖片進(jìn)行模糊比對和識別，然后將識別的物體與垃圾箱相匹配的分類形式二次分類，并控制電路主板進(jìn)行后續(xù)的實質(zhì)分類，而不符合要求的垃圾一律不予錄入，系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置為未識別垃圾，將投入未識別垃圾收集容器內(nèi)。

系統(tǒng)已識別垃圾經(jīng)過固液分離程序分別歸類濕垃圾和非濕垃圾，濕垃圾將利用微生物發(fā)酵成為液態(tài)化肥，而非濕垃圾則經(jīng)由分離器分解為可回收垃圾，干垃圾、有害垃圾，分別對應(yīng)壓縮為可回收利用的垃圾餅，焚化處理的飛灰，經(jīng)無害化處理后垃圾填埋。

（六）垃圾箱的安全抑菌設(shè)計

作為新型的智能分類垃圾箱，不僅能夠進(jìn)行自動識別和分類垃圾，更突破了傳統(tǒng)垃圾回收，增強有效的安全抑菌效果和高效的紫外線殺菌功能，使收集有害物的垃圾箱變成新型的凈化裝置。同時，堆肥發(fā)酵箱設(shè)有單獨的密封及開箱排風(fēng)系統(tǒng)以杜絕汁液外漏和蠅蟲滋生，更避免了回收堆肥時發(fā)生爆燃事故。此外，垃圾投入后智能識別系統(tǒng)通過系統(tǒng)記憶模式進(jìn)行識別分類，分類完成后識別系統(tǒng)發(fā)出指令控制螺線管通電，產(chǎn)生磁性吸引鐵質(zhì)支架從而使分離器的金屬擋板打開，垃圾順著打開的擋板滑入相應(yīng)的垃圾存儲箱內(nèi)，實現(xiàn)對垃圾的分類，其中的可回收垃圾經(jīng)過壓縮后出售給廢品回收公司，并采取復(fù)用方式進(jìn)行商業(yè)聯(lián)動，進(jìn)行有害資源無害化，無害資源商業(yè)變現(xiàn)。

結(jié)語

人們生活水平日益提高的同時生活垃圾的產(chǎn)生量也隨之增加，大量未經(jīng)分類的垃圾直接投入回收，不僅持續(xù)污染環(huán)境，降低回收效率，更加阻礙了可回收資源的充分利用。智能分類垃圾箱的設(shè)計基于人-機交互體驗理念，將很大程度提高大眾的環(huán)保意識，減少生活環(huán)境的垃圾污染。對于智能分類垃圾箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，無論從功能、環(huán)保、防疫亦均優(yōu)于同類產(chǎn)品，具有性能可靠、使用方便、安全耐用等特點，市場轉(zhuǎn)化前景較為廣闊。然而，正如只靠宣傳環(huán)保知識無法真正帶動人們行動一樣，僅僅依靠設(shè)計一款新型垃圾桶還是解決不了生態(tài)保護(hù)的難題[8]，城市生活垃圾管理是一個長期的、系統(tǒng)的、復(fù)雜的工程。智能分類垃圾箱可以加強人類保護(hù)環(huán)境意識，有效地促進(jìn)可再生資源的利用，為我國建立資源友好型、環(huán)境節(jié)約型社會提供新的智慧與方案。