程畢燊 徐海兼 曹景林 劉先勇

摘要：目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)城市的小區(qū)、校園、寫(xiě)字樓的生活垃圾收集還只能遵循“粗放分類、個(gè)人自覺(jué)”，且收集設(shè)備以低成本的大容量垃圾桶為主。為了借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)普遍采用的“精細(xì)分類、制度約束”的管理模式，本文基于“情感化”理念，提出了一種新的城市生活垃圾收集產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案一“省心投”。新設(shè)計(jì)方案不僅符合我國(guó)國(guó)情，而且對(duì)推動(dòng)我國(guó)智慧環(huán)衛(wèi)、智慧城市建設(shè)具有示范效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：智慧城市垃圾分類工業(yè)設(shè)計(jì)情感化理念再設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（ 2021） 08-0011-03

Abstract： At present， the collection of household garbage in residential areas，campuses and office buildings in most cities in China can only follow the principleof 'extensive classification and personal consciousness"， and the collectionequipment is mainly low-cost large-capacity garbage cans. In order to learn fromthe management mode of "fine classification and institutional constraint" commonlyadopted in developed regions abroad ， Based on the concept of 'emotionalization'，this paper proposes a new urban household garbage collection product designscheme - "SMARTO'. The new design not only accords with the national conditionsof our country， but also has demonstrative effect on promoting the construction ofsmart sanitation and smart city in our country.

Keywords： Smart city Waste sorting Industrial design Emotional conceptRedesign

引言

自上世紀(jì)90年代起，我國(guó)的城市化發(fā)展進(jìn)程開(kāi)始步入快車道。根據(jù)聯(lián)合國(guó)的預(yù)測(cè)，我國(guó)的城市化率在2050年將達(dá)到71.2%。人口密集度的不斷增加帶來(lái)了生活垃圾收集處理的巨大壓力，成為阻礙我國(guó)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的絆腳石之一。由于對(duì)生活垃圾收集的管理方式未能形成有效閉環(huán)，傳統(tǒng)的收集方式在一定程度上挫傷了市民的自覺(jué)性、積極性，導(dǎo)致大多數(shù)人形成了生活垃圾混合投放的“不良”習(xí)慣。各級(jí)政府管理部門(mén)和研究人員一直在共同努力以尋求更好的生活垃圾收集與處理方案。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授劉建國(guó)建議[1][2]，國(guó)內(nèi)城市應(yīng)做到“兩頭都要抓，兩頭都要硬”，即居民源頭分類和末端高效處理。2020年3月4日，中央明確指示，要求加快推進(jìn)國(guó)家規(guī)劃已明確的重大工程和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。顯然，智慧環(huán)衛(wèi)、智慧城市等目標(biāo)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要新型基礎(chǔ)設(shè)施作為軟、硬件支撐[3]。本文在國(guó)內(nèi)新基建浪潮的大背景下，針對(duì)智慧城市生活垃圾收集設(shè)備方案的再設(shè)計(jì)開(kāi)展研究。不同于其他現(xiàn)有方案，本文提出的“省心投”設(shè)備方案不是“推倒重來(lái)”，而是充分考慮我國(guó)國(guó)情，利用新型基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)國(guó)內(nèi)普遍使用的“粗放分類”垃圾收集方案進(jìn)行改良，使其更加符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)“情感化”理念[4]，循序漸進(jìn)地倡導(dǎo)城市居民積極參與生活垃圾分類當(dāng)中。

一、國(guó)內(nèi)外城市生活垃圾收集方案對(duì)比

（一）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

曾經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，我國(guó)城市生活垃圾以“混合式收集”方式為主[5]，通過(guò)將不同類別的垃圾收集到一起進(jìn)行集中化管理，全程往往不需要居民參與;且時(shí)間管理不受限制，隨時(shí)隨地就可進(jìn)行垃圾車進(jìn)站傾倒。這種方式雖然前端操作便利，但垃圾完全依賴“后端處理”，所收集的混合垃圾易產(chǎn)生臭氣、污水等二次環(huán)境污染問(wèn)題[6]。2000年6月，原建設(shè)部城建司確定上海、北京等8個(gè)城市為“生活垃圾分類收集試點(diǎn)城市”。2017年3月，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《生活垃圾分類制度實(shí)施方案》，在全國(guó)城市范圍內(nèi)倡導(dǎo)垃圾分類。預(yù)計(jì)到2025年，全國(guó)地級(jí)及以上城市基本建成生活垃圾分類處理系統(tǒng)。當(dāng)前，我國(guó)城市內(nèi)的生活垃圾收集設(shè)備以粗放式分類垃圾桶為主（見(jiàn)圖1）。

國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)生活垃圾分類起步早，城市居民已經(jīng)具備較強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)，垃圾收集設(shè)備達(dá)到了“精細(xì)分類”標(biāo)準(zhǔn)，社會(huì)形成了嚴(yán)厲的“制度化約束”。在韓國(guó)，通過(guò)計(jì)量收費(fèi)（使用計(jì)量垃圾袋）的方式減少垃圾投放量;如果有人偷偷地扔掉大型垃圾，他可能會(huì)面臨最多100萬(wàn)韓元的罰款。在英國(guó)，每家每戶都有至少3種顏色的帶滾輪垃圾桶，而且垃圾桶上還會(huì)有各家的門(mén)牌號(hào)碼;專門(mén)負(fù)責(zé)監(jiān)督垃圾回收方案執(zhí)行的警察還可以當(dāng)場(chǎng)開(kāi)出100英鎊罰單。在日本，公寓式住所都有自己的專用垃圾房;個(gè)人住宅區(qū)必須按照規(guī)定日期和時(shí)間回收各類垃圾，在非規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能隨意扔垃圾。

（三）國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀對(duì)比

通過(guò)表l對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)，完善我國(guó)城市生活垃圾的前端收集方案仍然任重道遠(yuǎn)。以目前國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況來(lái)看，大多數(shù)城市的小區(qū)、校園、寫(xiě)字樓普遍采用設(shè)備成本較低的粗放式分類垃圾桶。這種收集設(shè)備不僅衛(wèi)生條件差、智能化程度低，而且產(chǎn)品缺乏情感化理念要素，導(dǎo)致人們經(jīng)常避而遠(yuǎn)之，甚至生活垃圾從一開(kāi)始就沒(méi)有被放進(jìn)正確的桶位。物業(yè)、環(huán)衛(wèi)部門(mén)在中期又不得不投入大量人力、物力重新收集、分類垃圾。此外，當(dāng)垃圾桶蓋被打開(kāi)而未及時(shí)關(guān)閉時(shí)，導(dǎo)致生活垃圾長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，容易滋生細(xì)菌和蚊蟲(chóng)（尤其夏天），對(duì)市民健康、環(huán)境衛(wèi)生造成了極大威脅。

二、城市生活垃圾收集的再設(shè)計(jì)

（一）對(duì)現(xiàn)狀的思考及問(wèn)題定義

客觀分析來(lái)看，國(guó)內(nèi)城市生活垃圾收集方案科學(xué)性不足的問(wèn)題涉及多方面因素，包括教育、經(jīng)濟(jì)、文化等。然而，政府管理部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始行動(dòng)。2020年4月29日，國(guó)家主席習(xí)近平下發(fā)主席令（第四十三號(hào)），公布《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》，自2020年9月1日起施行。防治法第四章針對(duì)生活垃圾，明確強(qiáng)調(diào)：縣級(jí)以上地方人民政府應(yīng)當(dāng)加快建立分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理的生活垃圾管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生活垃圾分類制度有效覆蓋。

用戶模型與產(chǎn)品概念模型的匹配，使得用戶理解產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品樂(lè)趣，建立信任關(guān)系。因此情感化設(shè)計(jì)研究需要挖掘情感的潛在需求，調(diào)節(jié)相匹配的功能[12]。功能是根據(jù)人的需求設(shè)計(jì)而來(lái)的，不同產(chǎn)品、不同對(duì)象、不同時(shí)期，其功能的需求與設(shè)計(jì)是不同的[7]。產(chǎn)品的功能也會(huì)隨著大趨勢(shì)而變化，下一階段，我國(guó)的生活垃圾收集方案將從“粗放分類、個(gè)人自覺(jué)”朝國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)的“精細(xì)分類、制度約束”方向發(fā)展。事實(shí)上，這種趨勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)。如圖3所示，近期國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種“智能垃圾回收站”的前端產(chǎn)品。這種新型垃圾收集方案與國(guó)外發(fā)達(dá)地區(qū)普遍采用的“精細(xì)分類”模式吻合，但與目前國(guó)內(nèi)正在推廣的“粗放分類”模式相差甚遠(yuǎn)。因此，產(chǎn)品方案已經(jīng)表現(xiàn)出“水土不服”，由于產(chǎn)品造價(jià)昂貴、操作不方便，在小區(qū)、校園等居民人數(shù)較多的區(qū)域無(wú)法大規(guī)模部署，實(shí)際利用率非常低。

設(shè)計(jì)師需要通過(guò)對(duì)生活的觀察分析，來(lái)挖掘人們更深層次的需求來(lái)滿足不同的消費(fèi)者，從而開(kāi)發(fā)出新的、更適合消費(fèi)者使用的產(chǎn)品[8]。因此，在設(shè)計(jì)智能化產(chǎn)品的過(guò)程中，需要綜合用戶的實(shí)際需求，減少主觀判斷對(duì)用戶帶來(lái)的困擾。保證在多數(shù)情況下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合用戶直覺(jué)，而不是強(qiáng)迫用戶理解復(fù)雜規(guī)則。產(chǎn)品設(shè)計(jì)運(yùn)用獲取用戶“五感”的手段轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁o(wú)感”，因此，智能設(shè)計(jì)要達(dá)到“數(shù)的物化”，將抽象的人工智能“可視化”，從而與用戶產(chǎn)生共鳴[9]。

因此，本文通過(guò)調(diào)研與深入思考，對(duì)如何在國(guó)情背景下完善生活垃圾前端設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行了重定義：通過(guò)重新審視我們周圍的設(shè)計(jì)，以最平易近人的方式，來(lái)探索設(shè)計(jì)的本質(zhì)[10]。將已知的事物重新定義來(lái)實(shí)現(xiàn)垃圾收集裝置的再設(shè)計(jì)，以及融入用戶體驗(yàn)為核心的情感化理念[4]，在充分考慮國(guó)情的前提下，利用我國(guó)在新型基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域具備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，消除粗放式分類垃圾桶傳統(tǒng)的“臟、亂、差”形象，提升城市居民參與垃圾分類的積極性。

（二）生活垃圾收集產(chǎn)品方案中的情感化理念

2002年，美國(guó)認(rèn)知心理學(xué)家Donald Norman提出了產(chǎn)品設(shè)計(jì)“情感化”理念，并被日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家所采用。由于在未來(lái)十年，甚至更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，“粗放分類垃圾桶”仍然會(huì)在我國(guó)被大量使用，而且與民生息息相關(guān)。從情感化理念分析的角度來(lái)看，當(dāng)前國(guó)內(nèi)廣泛使用的“粗放分類垃圾桶”產(chǎn)品主要存在以下問(wèn)題：

1.當(dāng)垃圾桶滿后，且未被及時(shí)清理時(shí)，經(jīng)常發(fā)生大量垃圾被隨意丟棄在垃圾桶旁的現(xiàn)象，給環(huán)衛(wèi)工人和環(huán)境衛(wèi)生帶來(lái)困擾。

2.當(dāng)垃圾蓋被人打開(kāi)后，且未被及時(shí)關(guān)閉時(shí)，導(dǎo)致垃圾異味大面積擴(kuò)散;尤其在夏天，餐廚垃圾經(jīng)過(guò)太陽(yáng)暴曬，細(xì)菌和蚊蟲(chóng)大量滋生，破壞空氣環(huán)境和衛(wèi)生條件。

3.現(xiàn)有的生活垃圾桶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身普遍不符合人體工程學(xué)，不方便于人們?nèi)永@一動(dòng)作行為，這給老弱病殘、或行動(dòng)不便的社區(qū)居民在扔垃圾時(shí)，從客觀上造成的困難。

3.室外垃圾站點(diǎn)的物理布局、垃圾收集的工作安排、居民投放生活垃圾的頻次、識(shí)別亂扔垃圾的不文明行為等問(wèn)題一直困擾物業(yè)和環(huán)衛(wèi)部門(mén)，但缺乏有效的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

三、“省心投”城市生活垃圾收集設(shè)備的新方案

圖4顯示了“省心投”產(chǎn)品的整體形態(tài)，它主要由三部分組成，即地上云臺(tái)、連排翻蓋、地下升降桶。新方案并沒(méi)有“棄用”正被普遍使用的粗放分類垃圾桶，而是通過(guò)融合情感化理念，對(duì)用于城市生活垃圾收集的原有產(chǎn)品方案進(jìn)行再設(shè)計(jì)。

（一）地上云臺(tái)

當(dāng)居民在投放生活垃圾時(shí)，地上云臺(tái)是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的主要載體，它的操作面板高度大約1.2米，適合不同年齡階段的人群使用。通過(guò)圓滑流暢的的流線型設(shè)計(jì)、情感化造型語(yǔ)言，讓用戶消除對(duì)現(xiàn)有“粗放式分類垃圾桶”的“臟、亂、差”印象，如圖5。

1.情感化設(shè)計(jì)理念：翻蓋裝置自動(dòng)播報(bào)感謝語(yǔ)音，環(huán)保宣傳更貼心。云臺(tái)的底部設(shè)有智能語(yǔ)音助手。識(shí)別到用戶后，在投放垃圾和完成投放時(shí)，語(yǔ)音助手會(huì)進(jìn)行提醒和感謝，從心理上激活居民正確投放生活垃圾的積極性。智能感應(yīng)垃圾桶內(nèi)的飽和程度，物業(yè)和環(huán)衛(wèi)工人清理垃圾更及時(shí)。識(shí)別人臉和語(yǔ)音，翻蓋自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉，垃圾在空氣中的暴露時(shí)間更少?！斑B排式”翻蓋一次性可打開(kāi)多個(gè)垃圾桶，垃圾分類投放更便捷。桶口位置較低，老年人等行動(dòng)不便者扔垃圾時(shí)更輕松。產(chǎn)品的智能在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮用戶的注意范圍，避免經(jīng)常打擾用戶。

2.人工智能輔助設(shè)備：在社會(huì)實(shí)踐調(diào)研中，我們觀察到，早晨通勤時(shí)段是生活垃圾投放的高峰期，所以云臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能滿足“減少使用者的等待時(shí)間”。云臺(tái)的頂部配置有一個(gè)可單軸180°往復(fù)旋轉(zhuǎn)的攝像頭。頂部的設(shè)計(jì)為屋檐架構(gòu)，同時(shí)裝有根據(jù)感光度自啟的LED平板燈，為攝像頭捕捉人臉圖像提供較為穩(wěn)定的光線環(huán)境，盡量避免了逆光或是側(cè)光等光線問(wèn)題，提高了人臉檢測(cè)的精度?？蓡屋S180°旋轉(zhuǎn)的攝像頭，擴(kuò)大了對(duì)人臉定位攝取的范圍，能夠在較短時(shí)間內(nèi)掃描到不同身高人群的臉部。人臉檢測(cè)也配合身份識(shí)別功能，對(duì)未正確分類投放垃圾的人群進(jìn)行精準(zhǔn)提示。

3.生活垃圾分類投放數(shù)據(jù)中心：由于普通人的認(rèn)知習(xí)慣特點(diǎn)，造成人們對(duì)于圖形圖像的敏感程度遠(yuǎn)高于文字、數(shù)字和圖表。特別是面對(duì)復(fù)雜事件的解析過(guò)程時(shí)，配合文字說(shuō)明的圖形圖像具有很強(qiáng)的指引作用[11]。所以數(shù)據(jù)中心以圖形交互界面的形式服務(wù)于個(gè)人用戶。云臺(tái)上的第一塊面板是展示面板（如圖6左），分別展示四類垃圾桶桶內(nèi)的垃圾量情況。由于垃圾桶在裝滿之后不方便居民投放垃圾，產(chǎn)品加入了投放點(diǎn)查詢功能。當(dāng)有垃圾桶裝滿了的時(shí)候，居民可以通過(guò)這個(gè)面板定位到附近最近的投放點(diǎn)。當(dāng)人臉被檢測(cè)到時(shí)，會(huì)進(jìn)入個(gè)人分類打卡界面，同時(shí)還可以查詢垃圾分類的打卡獎(jiǎng)勵(lì)等。

第二塊面板是操作面板（如圖6右），設(shè)置兩個(gè)按鍵，點(diǎn)擊識(shí)別開(kāi)蓋可以掃碼進(jìn)入自己的個(gè)人主頁(yè)。為了更好地應(yīng)對(duì)一些不常見(jiàn)的垃圾，產(chǎn)品在面板上加入了搜索查詢功能：當(dāng)用戶遇到垃圾分類相關(guān)的問(wèn)題時(shí)，可以點(diǎn)擊查詢鍵進(jìn)行及時(shí)查詢。面板上還推送一些分類小提示和一些垃圾分類小常識(shí)。

在更好地服務(wù)個(gè)人的同時(shí)，保證“萬(wàn)物互聯(lián)”為監(jiān)管部門(mén)提供更好的決策。“省心投”產(chǎn)品方案以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集海量的環(huán)衛(wèi)數(shù)據(jù)，服務(wù)城市管理更智能。通過(guò)GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)采集、測(cè)量、分析智能翻蓋裝置的物理位置布局;通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（2G14GINB-Iot），實(shí)現(xiàn)將智能翻蓋裝置所配套的垃圾桶內(nèi)的垃圾容量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸給物業(yè)管理系統(tǒng)，確保生活垃圾被及時(shí)收集、清理;通過(guò)環(huán)衛(wèi)數(shù)據(jù)分析和處理，針對(duì)智慧城市提出新的服務(wù)和管理模式，實(shí)現(xiàn)在決策和控制環(huán)節(jié)上的智能。

4.商業(yè)廣告：廣告收入可為小區(qū)物業(yè)主提供可觀的收入來(lái)源，但是由于現(xiàn)有的粗放式分類垃圾桶長(zhǎng)期形成的“臟、亂、差”印象，導(dǎo)致商業(yè)公司的廣告投放量幾乎為零?！笆⌒耐丁碑a(chǎn)品的地上云臺(tái)融合了情感化理念，不直接接觸垃圾，視覺(jué)形象大大改善，其物理空間具有較大的商業(yè)廣告投放價(jià)值。

（二）連排翻蓋

考慮翻蓋板的使用環(huán)境，我們通過(guò)在中心軸處增設(shè)支撐來(lái)保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，從而避免翻蓋板由于不必要的損壞而反復(fù)更換。如圖6左所示，翻蓋板和蓋板底座之間設(shè)有細(xì)膩的卡槽與之契合，一定程度上提高了蓋板由轉(zhuǎn)動(dòng)到靜置狀態(tài)切換的穩(wěn)定性。在保證容易辨識(shí)的同時(shí)，桶口的高度接近于地面，這樣的設(shè)計(jì)可以方便用戶群體投放垃圾，也配合維護(hù)人員直接用掃把將桶口外的垃圾直接掃入桶內(nèi)。

翻蓋板接收云臺(tái)的信息反饋，操作蓋板的舵機(jī)由產(chǎn)品內(nèi)置的中央控制器控制，當(dāng)有人手持垃圾袋靠近時(shí)，云臺(tái)快速識(shí)別并將信號(hào)傳輸?shù)街锌兀瑥亩?qū)動(dòng)舵機(jī)平穩(wěn)地將蓋板轉(zhuǎn)到110度左右。消毒紫外線燈等裝置受到云臺(tái)控制，通過(guò)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行決策，選擇在合適時(shí)間段進(jìn)行消毒處理。如果在消毒時(shí)段有人使用垃圾桶，在打開(kāi)蓋板的同時(shí)控制底座的紫外線消毒裝置停止，當(dāng)垃圾投放者離開(kāi)后，翻蓋板和消毒裝置自動(dòng)復(fù)原，等待下一次開(kāi)啟。

（三）地下升降桶

原有的垃圾桶普遍高度在70cm-lOOcm之間，“省心投”方案通過(guò)下沉放置生活垃圾桶，不僅解決了占用空間的問(wèn)題，而且使得垃圾桶桶口位置降低，方便各類使用者群體投放。同時(shí)，為了配合垃圾清運(yùn)車的裝卸，下沉式垃圾桶通過(guò)置于地下的框架實(shí)現(xiàn)升降功能。地下框架內(nèi)還放置了控制翻蓋板和紫外線消毒燈的開(kāi)發(fā)板，并連通地面上的云臺(tái)和翻蓋板的舵機(jī)組裝置，使產(chǎn)品的各個(gè)部件的技術(shù)實(shí)現(xiàn)協(xié)同連接和一體化?？偨Y(jié)

本文提出的“省心投”是一種全新的城市生活垃圾收集產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，與現(xiàn)有的“粗放分類垃圾桶”產(chǎn)品相比，它具備更豐富的情感化要素;與市場(chǎng)上新出現(xiàn)的“智能垃圾回收站”產(chǎn)品相比，它不僅充分考慮了我國(guó)國(guó)情與居民生活習(xí)慣，而且最大化地利用了環(huán)境資源。

基金項(xiàng)目：浙江省自然科學(xué)基金（LGGl8F030013），寧波工程學(xué)院科研啟動(dòng)基金（2170011540002）。

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