■童雨薇，黃 剛，孫德林

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙 410000；2.湖南卓譽科技有限公司，湖南長沙 410000）

隨著新型冠狀病毒肺炎疫情爆發(fā)，人們對于呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)注度陡然增高。新型冠狀病毒對人體肺部功能有極大損傷，家用微高壓氧艙可以讓患者在微高壓環(huán)境下吸入高濃度氧，以起到提升血氧含量，改善身體機能，緩解身心疲勞和輔助疾病康復(fù)的效果。家用微高壓氧艙作為輔助調(diào)理產(chǎn)品在新型冠狀病毒肺炎疫情結(jié)束后需求量將大幅增加。同時，家用微高壓氧艙為居家健康療養(yǎng)提供符合需求的基礎(chǔ)設(shè)備條件。由于家用微高壓氧艙產(chǎn)品功能的專業(yè)性，設(shè)計時除了需考慮造型、材質(zhì)、色彩、結(jié)構(gòu)、功能等多個因素，還需著重考慮產(chǎn)品與使用者之間的關(guān)系，產(chǎn)品形態(tài)特征需滿足使用者人體舒適度需求，同時符合使用者情感化需求。本文基于家用微高壓氧艙的人性化需求，對家用微高壓氧艙產(chǎn)品的造型進行設(shè)計優(yōu)化，使其更加符合用戶的行為特征，體現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計的人文關(guān)懷。

1 研究背景

1.1 家用吸氧設(shè)備市場需求

隨著工業(yè)化進程的加快，空氣污染加劇，呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率逐年上升，許多慢性呼吸系統(tǒng)疾病患者在醫(yī)院治療后，仍需要在家中接受長期的護理治療[1]。氧療是緩解呼吸系統(tǒng)疾病最直接、快捷、安全的方法：通過提升血氧含量、溶解血液中的氣泡來刺激創(chuàng)傷愈合、促進循環(huán)代謝、改善心肺功能進而促進康復(fù)。同時，吸氧能夠一定程度改善人體機能、提升睡眠質(zhì)量、緩解神經(jīng)疲勞、放松身心、提高工作效率[2-3]。家用吸氧設(shè)備主要適用于患有慢性呼吸系統(tǒng)或輕度心血管疾病的患者、免疫力較低的兒童、孕婦及中老年人群等；而用腦量較大的學(xué)生和白領(lǐng)也能通過補氧迅速恢復(fù)血氧濃度、增強大腦供氧、提高記憶力與思維能力，使腦功能得到迅速恢復(fù)和提高。許多重視醫(yī)療保健的家庭也開始選擇使用制氧機定期進行家庭氧療，提升家人的健康狀態(tài)。此外，吸氧設(shè)備不僅能滿足家庭氧療的需求，還能運用于療養(yǎng)院、度假村、健身房、辦公室等場所，滿足不同使用者健康保健需求。

1.2 家用吸氧設(shè)備使用現(xiàn)狀

高壓氧相較于常壓氧有其不可替代的優(yōu)勢。在實際運用中，高壓氧可劃分為醫(yī)用高壓氧與民用微高壓氧。醫(yī)用高壓氧艙一般氧壓較高，氧氣濃度可接近100%的純氧，其體積龐大，可移動性低，且使用流程復(fù)雜，需要配備專業(yè)醫(yī)護人員進行操作。而民用微高壓氧艙吸入氧濃度也可達到30%-50%，艙體體積較小，移動性較強，可由使用者單獨操作。且相較于常壓氧療，微高壓氧療在大于一個大氣壓的環(huán)境下吸氧，使吸氧者的血液氧分壓更高，氧彌撒距離更遠，氧療效果更顯著。

1.3 家用微高壓氧艙設(shè)計現(xiàn)狀

家用微高壓氧艙是借助密閉、安全的壓力容器，讓使用者在略超過1個標(biāo)準大氣壓的壓力（微高壓）環(huán)境下吸入高濃度氧氣，從而發(fā)揮對某些人群或者疾病的保健和康復(fù)輔助作用。目前家用型微高壓氧艙的使用形態(tài)以臥式為主。從產(chǎn)品外形而言，氧艙的色彩構(gòu)成主要以白色和藍色為主。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)而言，依據(jù)使用場景的不同，已設(shè)計研發(fā)出硬體密閉式氧艙和軟體密閉式氧艙，如圖1(a)和(b)所示。硬體氧艙可以用于固定場所，如住宅、理療會所等場地；軟體氧艙具有便攜性的優(yōu)點，可以運用于移動性強的場所，如辦公室和戶外等場地。后又研發(fā)出半躺式軟體氧艙，如圖1（c）所示，半躺式軟體氧艙所占體積更小，攜帶更便捷。隨著技術(shù)逐漸成熟，可供2-4人同時使用的多人軟體微高壓氧艙誕生，如圖1（d）所示，可滿足聚會休閑、座談辦公等需求。這些產(chǎn)品可滿足吸氧功能的要求，但在造型上缺乏科技感。

■圖1 不同類別的微高壓氧艙

2 家用微壓氧艙設(shè)計的人性化需求

人性化是指在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，以人的思維方式、人的心理情況、人體的生理結(jié)構(gòu)以及人的行為習(xí)慣為依據(jù)，在基本性能與功能得到滿足的基礎(chǔ)之上，對產(chǎn)品進行優(yōu)化，使人們在使用過程中感到舒適、方便[4]。在設(shè)計過程中把人的因素放在首要位置，堅持“以人為本”的設(shè)計準則。設(shè)計過程中著重對人這一主體的生理要素與心理要素進行人性化分析[5]，以滿足消費者需求。

2.1 生理要素需求

家用微高壓氧艙使用者的生理需求要素主要以人體生理結(jié)構(gòu)和尺寸數(shù)據(jù)為依托，在設(shè)計時要注意人機需求、更適合使用者操作、避免因設(shè)計失誤造成的損傷[6]。在“人-機-環(huán)境”中，家用微高壓氧艙與人的關(guān)系密切，設(shè)計需遵循“以人為本”的設(shè)計原則[7]，主要包括功能要求、尺寸要求等。

2.1.1 功能要求

根據(jù)對目前市場上的微高壓氧艙產(chǎn)品的調(diào)研發(fā)現(xiàn)：微高壓氧艙的適用使用人群主要的需求是提升血氧含量，以促進身體代謝和滿足其他健康需求。故此類產(chǎn)品的主要功能需求有：①供氧需求，氧源出氧口氧濃度應(yīng)不低于80%，艙體內(nèi)氧氣濃度約為25%-30%。②氧壓需求，氧艙運行時內(nèi)部壓力約為25-35kPa（低于50kPa）。③安全需求，需配備手動安全閥和緊急停止按鈕，以防突發(fā)停電導(dǎo)致智能系統(tǒng)失靈后的安全危險。

2.1.2 尺寸要求

目前市場上主流的氧艙艙體設(shè)計主要為臥式或半臥式，但臥式氧艙的進出較為麻煩，對于腿腳不便的老人和孕婦不夠友好。而坐式氧艙更能方便使用者進出，且以現(xiàn)有按摩椅的尺寸為例，坐式氧艙所占空間較小，更符合家用產(chǎn)品設(shè)計需求。本次設(shè)計以人體坐姿尺寸為依據(jù)，參照GB 10000-1988《中國成人人體尺寸》標(biāo)準中的人體坐姿尺寸，依據(jù)這些尺寸數(shù)據(jù)，可以設(shè)定包裹按摩椅的微高壓氧艙外殼尺寸，需要預(yù)留一定的活動空間及安全防護設(shè)施安裝空間。

2.2 心理要素需求

家用氧艙設(shè)計中的心理要素需求是指符合使用者情感特征的設(shè)計需求，是產(chǎn)品滿足吸氧功能前提下提出的對使用體驗的關(guān)注[8]。

在本能層次上，智能微高壓氧艙這類具有科技感和未來感的產(chǎn)品，造型設(shè)計可采用仿生法結(jié)合設(shè)計流線型輪廓線，使產(chǎn)品更具自然動態(tài)。在色彩上可選擇黑、白、灰、藍、綠等基礎(chǔ)色及冷色調(diào)的配色，同時利用色彩搭配、組合形式上的設(shè)計，構(gòu)建產(chǎn)品的色彩美。在材質(zhì)肌理上，需表達安全可靠的設(shè)計語言，框架可選擇硬度較大、支撐性能良好的金屬材料。而氧艙內(nèi)部為使用者提供舒適柔和的氧療環(huán)境，可以用皮革、硅膠等軟質(zhì)材料。

在行為層次上，需依據(jù)產(chǎn)品的操作流程進行合理規(guī)劃，根據(jù)圖2所示的家用微高壓氧艙的產(chǎn)品使用流程，需具有即時交互性，通過檢測當(dāng)前使用者的健康狀態(tài)進行實時反饋，以提升產(chǎn)品的可操作性。由于使用人群中有老人和行動不便的患者，故在產(chǎn)品實際使用部分還需考慮無障礙化的包容性設(shè)計，提升產(chǎn)品操作易用性，體現(xiàn)設(shè)計的人文關(guān)懷[9]。

■圖2 家用微高壓氧艙產(chǎn)品使用流程圖

在反思層次上，產(chǎn)品要符合使用者的審美訴求，從而產(chǎn)生內(nèi)在的吸引力，達到一種精神上的認可[10]。微高壓氧艙作為醫(yī)療保健產(chǎn)品，設(shè)計時需考慮使用人群的心理接受程度，由于氧艙要求使用狀態(tài)全程密閉，艙體的內(nèi)部應(yīng)有適當(dāng)活動空間，且有部分透明可供使用者觀察外部的窗口，避免使用者因氧艙長時間密閉而產(chǎn)生恐懼心理。

2.3 安全要素需求

針對氧艙的使用人群，在設(shè)計時應(yīng)注意產(chǎn)品的包容性，如設(shè)計防滑防震墊、扶手和緊急呼救器等設(shè)施，且對進出氧艙行為流程進行便捷設(shè)計，讓使用者操作無障礙。與此同時，也需要提供一定的安全預(yù)案措施，包括手動安全閥、自動恒壓安全閥等。由于氧艙功能的特殊性，氧艙的外壁材料結(jié)構(gòu)需要承受一定的壓力，且產(chǎn)品氣密性良好。微高壓氧艙設(shè)計的強度和剛度要求可以參照T/CAAP 004-2019《微高壓氧艙》團體標(biāo)準和相關(guān)企業(yè)的研發(fā)經(jīng)驗進行設(shè)計。

3 家用微高壓氧艙設(shè)計實踐

基于上述需求分析，家用微高壓氧艙的設(shè)計主要從功能、造型和結(jié)構(gòu)等方面展開：

3.1 功能設(shè)計

家用微高壓氧艙在功能設(shè)計中需包含以下幾個部件，以實現(xiàn)其相應(yīng)功能：①配備主機，用以提供氧源、空氣壓縮和空氣過濾。②配備顯示面板和操作板以展示和調(diào)節(jié)艙內(nèi)實時壓力、氧濃度等參數(shù)。③配備手動控制泄壓閥和故障報警裝置。④配備觀察窗等與艙外進行信息溝通的裝置。氧艙艙體的安全性能還應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準要求，在應(yīng)急狀態(tài)下艙內(nèi)壓力從設(shè)定值降到10 KPa所用的泄壓時間不應(yīng)超過60s。

3.2 造型設(shè)計

人性化設(shè)計依據(jù)人機工學(xué)和情感化設(shè)計需求，在不改變產(chǎn)品功能性的基礎(chǔ)上，對其外觀造型進行優(yōu)化，產(chǎn)品主要尺寸及效果圖如圖3所示。整體造型以流線型為基礎(chǔ)，具有形態(tài)學(xué)動勢，蛋型設(shè)計能增大氣壓的著力面，讓受力更均勻，使產(chǎn)品整體在運行時更穩(wěn)定。配色以白色為主色，體現(xiàn)科技類產(chǎn)品的未來感和保健類產(chǎn)品的純凈感，古銅色為零部件顏色提升產(chǎn)品格調(diào)。氧艙內(nèi)層貼軟皮革材質(zhì)，使用更舒適。內(nèi)部座椅采用酒紅色皮質(zhì)坐墊，頭部兩側(cè)設(shè)計硅膠氣墊進行防護。

■圖3 家用微高壓氧艙產(chǎn)品尺寸與效果圖

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在符合人體尺寸標(biāo)準的基礎(chǔ)上進行產(chǎn)品的人性化設(shè)計，能使產(chǎn)品更具功能性、實用性和人文性。依據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計構(gòu)件結(jié)合方式，微高壓氧艙艙體主要由殼體、觀察窗、充氣密封圈、座椅、扶手等組成（圖4）。所選材質(zhì)需嚴格按照國家標(biāo)準進行檢測。微高壓氧艙產(chǎn)品殼體材料選用符合勞動部《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求和GB 150-89《鋼制壓力容器》規(guī)范的不銹鋼材料[11]。產(chǎn)品觀察窗透光玻璃材料采用具有一定抗壓強度的工業(yè)有機玻璃，由于產(chǎn)品氣密性的要求，采用充氣膠條對艙體進行密封，以保證氧艙運行中良好的密封狀態(tài)[12]。艙內(nèi)裝飾板、底板、座椅器具及油漆等材料，必須采用不燃或難燃材料。

■圖4 家用微高壓氧艙產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖和線框圖

4 結(jié)語

微高壓氧艙是通過提高血氧張力并增加血氧含量，使組織細胞內(nèi)含氧量和儲氧量相應(yīng)增加，改善人體因為內(nèi)因或者外因?qū)е碌娜毖醢Y狀，彌補人體內(nèi)缺失的氧氣，從而達到保健或者理療的目的。家用微高壓氧艙作為智能家庭保健產(chǎn)品，與使用者適配程度直接影響產(chǎn)品使用體驗，因而實現(xiàn)其人性化需求，具有重要的意義。本文通過探究市場上家用微高壓氧艙設(shè)備的設(shè)計現(xiàn)狀，從生理要素、心理要素和安全要素等角度對使用者的需求進行分析，總結(jié)出針對微高壓氧艙的人性化設(shè)計的需求，并進行了方案設(shè)計。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，氧艙數(shù)據(jù)檢測功能逐漸完善，氧艙的造型設(shè)計需要適應(yīng)微高壓氧艙智能化趨勢。微高壓氧艙系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)與移動端連接，為今后連接云數(shù)據(jù)開啟共享氧療概念起到一定助益。