边缘地区生态厕所可持续设计

任钟鸣

摘要：为改善边缘地区公共厕所的现状，研究切实可行能解决该地区卫生如厕问题的设计方案，并对此进行深入分析。文章对边缘地区存在的具体问题，可持续设计介入的必要性，生态厕所的具体内容和实际案例等进行综述。总结出边缘地区生态厕所可持续设计策略。该策略为今后该领域的研究人员提供了一定的参考。

关键词：边缘地区 生态厕所 可持续设计 生态设计 产品设计

中图分类号：TB47

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2021）05-0132-04

引言

相关数据表明，直到2015年，全球仍有约为40%的人口缺少安全卫生且完善的厕所，其中超过6.73亿人依旧随地排便，生活在农村地区的人口约有50%缺乏完善的卫生设施。由于这些严重的问题，近些年来国内外逐渐开始重视边缘地区的卫生设施条件。在国内，习近平总书记在视察乡村工作时曾强调过“厕所虽小，却与民生相关联”，2017年又对推进“厕所革命”工作取得的成效做出总结，并提出相应的指导意见，强调各地要因地制宜，坚定不移地继续推进“厕所革命”工作;在国际上，比尔和梅林达.盖茨基金会也先后组织了“厕所创新挑战项目”及“重新发明厕所挑战”等活动，为全世界无法获得完善、负担得起的卫生设施的24亿人提供可持续的卫生解决方案。因此，针对这一社会关注的焦点，本文从边缘地区的内涵和存在的问题入手，探讨相应的解决方案。

一、边缘地区的内涵、存在的问题

边缘地区通常有两个特点：其一是这些地方的历史背景、工艺、材料等仍然保持着较为浓厚的手工艺色彩;其二是经济上仍然处于解决日常温饱的初期阶段，技术上倾向于使用易于掌握和易于实现，低廉而快速可行的低技术。

这类地区通常也是精准扶贫的重点地区，长期以来的各项实践表明，精准扶贫需要经济、社会、生态等各方面的全面提高。如果只注重经济上的脱贫，而忽略其他两个方面，扶贫的效益仍然是不经济的，而且还会损害子孙后代的可持续发展。而边缘地区经济要想得到可持续发展，一方面离不开良好且持久稳定的生态环境、自然资源的支持，另一方面要靠传承并发展本土文化、传统工艺，激发可持续的创造力2。其中，自然资源是根本，本土文化只有在保护当地生态环境的基础上才能更好地传承下去。

然而近些年来，边缘地区的生态环境正面临着越来越严峻的挑战。以冲水马桶为例，它通过建立城市管网的方式进行冲水式排污，这一人类文明史上最伟大的发明虽然给我们带来了极大便利，但是这种方式使得淡水资源极度浪费、基础设施建设投入巨大、污水處理成本不断升高，以及有机质大量流失，已经不能适应当今社会面临的一系列严重问题：环境恶化、人口激增、资源匮乏等[3]。

大部分边缘地区缺乏最基本的卫生设施和市政网管，不论是从基础设施的建设成本的角度来说，还是从当地生态环境的角度来说，一味复制城市人民使用的冲水马桶都是不明智的，尤其是中国北方缺水地区，例如山西省的贫困地区，为了改善三农问题，政府大力推行农村旱厕改造项目，盲目将旱厕改造为水厕，增加了配套基础设施的成本，污水排放量，清掏频率及其成本。由此可以看出，如果边缘地区盲目效仿城市建立水冲厕，会使得旱改水的效果不理想，对当地生态环境也会造成严重污染。

近几年来由于厕所革命的热潮以及盖茨基金会发起的“重新发明厕所挑战”，边缘地区的厕所问题开始被人们所关注。经过社会各界的努力，很多地区的公共厕所有了很大的改善，但依然存在着不少问题：设计师一度仅仅关注厕所的建筑风格、空间布局、洁具外观、品牌等面子工程上的表面设计，而忽略公共健康、环境保护和资源的再利用等综合诉求[4]。不仅影响了村民的生活水平，增加了设施运行维护成本，更造成了大量水资源的消耗，破坏了当地的生态环境。

二、可持续设计介入的必要性

可持续设计来源于可持续发展的理念，是以良好、稳定的自然资源、生态环境为前提和基础，设计出“能满足当代人的需要，又不损害子孙后代的需求”的产品、服务或系统[5]。相较于传统的产品设计来说，可持续设计运用系统思维来对待产品，设计产品时不单单以用户作为根本考虑因素，而是将用户置于以环境、社会、经济为主的有机整体中，以保护生态和实现全人类可持续发展为目标。

正如今天边缘地区公共厕所的设计，随着政府部门的重视，社会各界人士的努力，很多地区的公共卫生条件有了相当大的改善，其设计并不局限于厕所本身，而是整个卫生系统。即充分考虑管理人类废物所需流程的所有组成部分，如收集、储存、运输、处理、排放或再利用等。“厕所革命”的定义也说明了这一观点，即“厕所革命是一场循序渐进的系统举措，其目标在于采取适当的方式，确保人类与排泄物的卫生隔离。为用户提供卫生舒适的空间，防止人类排泄物对环境的污染，最终实现资源的循环利用山”。

因此，可持续设计可以有效介入边缘地区的公共厕所的设计实践中，其设计目标是以可持续的方法系统解决该地区的卫生如厕问题，具体来说，是在对环境影响最小的前提下，将废弃物的处理从无害化转变为资源化，采用人性化设计的方法，有效满足人们如厕的各方面需求，同时获得可持续的运行和管理能力，最终帮助人们形成健康且良好的卫生习惯并塑造环保意识，构建一种新型厕所文化[4]。而这种具有“减量化、无害化、资源化”及“零污染、零感染、零废弃物”特性，使人类粪便资源产业化成为可能的公共厕所，也叫生态厕所6。

三、生态厕所的内容和分类

20世纪初期，德国建筑师Leberrecht Migge首次提出生态厕所的理念并且将其付诸实践，1985年，瑞典生态专家Uno Winblad又进一步对生态厕所进行研究7，希望能解决水冲式厕所带来的淡水资源浪费与污染问题。他认为生态厕所不仅要满足卫生功能，更应满足环境友好的要求，以减少水资源消耗为特点，并能充分利用各种资源，强调污染物自净和资源的循环利用。其根本目的是为防止疾病的传播、通过资源化再利用来减少水资源的消耗与污染。

按照排泄物处理方式的不同，国内外现有的生态厕所大体上可分为三大类，如表1所示：免水冲型、节水型和循环水型的生态厕所。

其中，节水型生态厕所的核心在于通过改进抽吸设备、便器以及除臭装置来达到节水的目的。与传统旱厕相比，具有节约用水、便于清洁、控制臭味、方便安装等优点，但造价成本也略高于传统厕所。主要类型有除臭型和真空型厕所，二者分别改进了除臭装置和抽吸设备，以达到节水的效果。

循环水型生态厕所则是通过对粪尿进行物理、化学处理来获得洁净水，以达到循环利用水源冲洗厕所的目的，主要技术工艺有：多级生化组合、新型填料、优势菌种、微生物生长促进装置、温控装置、电渗析装置、物理除沉装置、脱色脱臭装置等。虽然循环水型生态厕所的减污节源的效果好，但其工艺流程复杂，操作不简便，后期维护难度较大，造价也相对较高。

以上两种类型的生态厕所由于受到技术、成本及环境的限制，在边缘地区并不常用，如图1所示。因此目前国际上使用较为普遍的是免水冲型生态厕所，是指耗水量为零，且不需要用水对便器进行处理的生态厕所，根据其处理方式的不同可具体分为打包型和处理制肥型。

打包型生态厕所主要是由便器、可生物降解薄膜制成的包装袋、和简易机械装置所构成。当用户如厕结束离开时，简易装置会自动开启将排泄物进行打包、密封，以防止臭气外泄。经过处理后的粪便袋会自动滑入地下的集装箱内，再定期由环卫部门人员输送到粪尿处理场进行无害化处理。它的优势在于在这个过程中不留下残余物，且不需要浪费任何水源。

处理制肥型生态厕所，其本质是通过生物反应基质、加热或直接静置的方式使排泄物就地发酵成为有机肥，特点在于安装了一个生化反应器，粪便进入反应器之后，使其与反应器中定期补充的生化填料接触，在微生物的作用下进行降解，同时在这个过程中产生的高温可以消灭各种致病菌，发酵之后的粪便又可变成农业化肥，施于农田，提高农作物产量，另外，在此过程中产生的沼气，可以作为燃料使用[8]。

为了更好地理解上述理念，下文将简单介绍边缘地区的生态厕所设计实践案例，并将重点放在免水冲型生态厕所的产品设计层面。由于这类厕所不需要上、下水设施进行水冲及“黑水”排放，其在产品构成上主要包含用户如厕过程的交互和排泄物储存、处理这两部分。

四、生态厕所设计实践案例

（一）西藏地区集成式生态厕所

该项目是在2017年，由清华美院的协同创新生态设计中心团队与昆山的昱庭公益基金会联手合作，为西藏那曲地区设计的集成式生态厕所[3]。

那曲地区位于西藏北部，青藏高原腹地。当地海拔较高，多高山峻岭，地形较为复杂，并且气候严寒干旱，昼夜温差较大，多为大风天气，生态环境极其恶劣。卫生设施也不完善，其便器工艺粗糙、工业化水平低，严重影响了当地居民日常如厕需求。

设计师前往西藏那曲地区进行现场调查后，针对当地生态环境十分脆弱、卫生条件极差以及缺水问题严重等问题，设计了两款厕所，其中之一就是无水型生态厕所，如图2所示。这套厕所系统需要的能量可通过太阳能电池板获得。由于粪、尿具有不同的理化特征，为了加快排泄物的制肥速度，其便器采用了粪尿分集的方式，即尿液基本无害且肥效较高，单独收集后经过短时间静置即可对土壤进行浇灌，这样可以防止在混合收集后经干燥而导致营养素流失;粪便在避免了被稀释后，制肥时间大大缩短。这种粪尿分集式便器配合单独的男士小便器可收集大部分尿液，并且减少便器附近污染情况。经过处理后输出的液肥和粪肥，可以用于当地农作物的施肥，果树、草场的绿化，盡可能做到粪尿资源化利用。此外，利用无水处理技术，还可以从排泄物中提取纯净水，用于冲洗厕所。这是目前比较适合西藏地区的排泄物处理方式。

（二）农村蹲坐一体式生态旱厕

该项目是由清华大学美术学院生态设计研究所针对中国缺水地区所设计的农村蹲坐一体式生态旱厕，该设计先后获得2019年的DIA中国设计智造大奖中的佳作奖和2020年的GOOD DESIGN AWARD优秀设计奖等多项奖项，并于2019年量产[9]。

该便器可以兼顾不同的需求，它既可以作为农村地区最常见的蹲便器使用，也可以方便地转变为坐便器，如图3所示。从改造厕所的角度上来说，“两用”厕所并不是刚需，甚至还会增加不必要的成本，但设计师在实际调研中发现为这样的需求而设计是很有必要的。一方面是因为农村的老年人占很大一部分比例，这类群体通常身体机能老化，血管调节反应较差，下蹲对于他们而言是一件吃力且非常危险的事情，起身太快容易导致头晕甚至站不稳而摔倒。另一方面是因为边缘地区的人们一直使用并且习惯于蹲便器，突然要使用坐便器需要有一段时间的适应期。因此为了尽可能满足人们的两种需求，设计师由此而设计出让当地居民逐渐习惯坐便的过渡型便器。

从人机工程学的角度出发，为了实现蹲坐两用的功能，设计人员同时考虑了这两种如厕状态下用户对相关产品的使用参数要求，即使用蹲便器时，涉及到的人体参数主要包括：使用蹲便器时两脚间分开站立的距离、手部进行动作时上肢活动的范围、下蹲时人体前后两个方向所需的空间以及蹲姿状态下取卫生纸等物品时上肢的活动范围;使用坐便器时，涉及的人体参数则包括：站立时脚踩位置与坐便器的位置关系、手部进行动作时上肢活动的范围、下坐时人体前后两个方向所需的空间以及坐姿状态下取卫生纸等物品时上肢的活动范围。设计人员据此花费了大量时间制作泡沫草模型用于前期人机研究，制作样机人机测试以不断调整相关尺寸，为用户提供人性化的如厕体验。

设计师分别设计了一体式底台和水泥式底台生态厕所，如图4所示。前者为一体式，底台更便于施工安装，但成本也较高。后者用水泥台代替底台，一方面可以根据具体厕间大小来调整平台尺寸;另一方面也可以在施工安装时根据用户身高体型进行小范围改动，使其更符合人机关系。设计师经过反复测试后最终选择了水泥式底台的生态厕所，因为其可以降低成本，以便于大范围推广。

由于中西部地区冬季较为寒冷，且通常厕所不入户，即厕所建在自家附近，因而传统塑料材质在低温下十分寒冷。据此，设计师在设计便器的黑色坐圈部分时，选用具有一定保温性的高密度EPP弹性泡沫来代替塑料材质，以提升老年人在冬天的如厕体验。而马桶其余座圈部分和底台则是由树脂制成，具有重量轻而且移动性好的特点。

该厕所系统采用无水收集方式，可以在缺水的情况下存储粪便并且有效分解这些废弃物，从而降低清掏频率、降低维护成本。便器和储粪池采用了粪尿分集的方式，在此过程中加入微生物菌剂，使粪便可以有效腐熟分解，从而实现物质循环。这种资源化再利用的设计，使得该系统不仅可以避免污染环境，降低经济成本，还可以有效防止由排泄物导致的疾病传播。

（三）Loowatt无水厕所

Loowatt厕所由设计师Virginia Gardiner所设计，Loowatt在“重新发明厕所挑战”中获得了盖茨的资助，现在该厕所设计已得到量产[10]。

Loowatt是一个专为发展中国家设计的免水厕所服务系统，内置低成本的机械密封单元，如图5所示。这种机械式生态厕所鼓励人们用排泄物来换取生物燃料。其特点在于其便器拥有一个可生物降解的薄膜袋，可将排泄物装在其中，抑制气味的专利技术保证了它不会散发出异味。一旦装满，用户可以将排泄包装带到一个室外的厌氧消化池，换取一些清洁肥料和免费的生物燃料[10]。相关服务团队也会每周更换补充一次可降解的袋子，当收集器被填满或有东西损坏时，居民也可以通过短信寻求服务。与西方的水冲厕相比，这种人工参与的设计方案也许看上去很过时，但是在边缘地区一旦出现干旱和洪涝等灾害，这种生态厕所将能帮助人们在恶劣的环境中正常如厕，因为Loowatt运作不需要水，也不需要外部能量供给。

可以看出，Loowatt厕所形成了一个合理的排泄物处理机制，实现了完全无水、无臭、无污染以及资源化。解决边缘地区缺少冲水设备等问题，鼓励用户妥善处理废物，减少污水传播疾病的发生，并能提供一种可靠的能源来源。

目前Loowatt针对不同地区，已拥有多个不同版本的厕所设计，使用相同的核心技术，满足特定的社区应用需求;此外，Loowatt的厕所采用的是3D打印技术，而不像传统厕所采用高级的陶瓷材料，这样可以大大降低生产成本。这个机械密封单元甚至能安装在任意形状、尺寸和规格的马桶上，通过使用现成部件和当地材料来使其价值最大化，生产安装效率较高，节省空间。

五、优化策略

通过以上分析可以看出，免水冲型生态厕所能够有效实现边缘地区的生态良性循环，同时为了符合各个地方环境及各类条件限制，国内外设计师在使用方式、处理方式上均进行了不同程度的设计改进。基于这些前期研究和案例分析，以下总结了四点边缘地区生态厕所可持续设计的基本设计理念：

（一）资源化再利用

资源化再利用，具体来说指的是将废物直接作为原料进行利用，或对废物进行再生利用。生态厕所正是基于这样的理念，其本质是实现养分循环，即人类排泄物经过无害化处理成为优质农业肥料，再次进入土壤促进农产品生长的过程1。这种方式使人体排泄物达到了无害化、零排放、资源化与再循环，不仅可以避免环境污染，降低农业成本，还能有效防止疾病传播。

（二）低技术优先

低技术是指为大众所掌握并为其服务的技术，而不是落后的、已被取代的技术。低技术对应用程度的要求不高，方便人们掌握和运用，目的在于简单、低成本而有效地解决当地的问题，非常适合用来改善边緣地区人民的生活[12]。因此对于边缘地区来说，不必盲目追求高科技，而是应根据成本和当地条件，因地制宜，充分利用有限资源，探索适合自身发展条件的低技术来设计生态厕所。

（三）以人为本

可持续设计聚焦于人类福祉与地球资源的平衡，引导设计从关注“绿色设计”转变为关注“为社会公平与和谐而设计”，从关注生态发展转变为关注弱势群体3。设计师应采用包容性设计的方法，推动设计向公平公正的方向发展，关注在边缘地区的群体，在设计的各个阶段真正了解他们的实际需求。另外，我国南北方在气候特征、历史文化和风俗习惯上存在较大差异，应遵循因地制宜原则，根据当地人的使用习惯来提出相应解决方案，设计出符合当地条件且更人性化的生态厕所。

（四）通过设计引导用户

边缘地区要想真正有效推进生态厕所，实现生态良性循环，需要设计师发挥边缘地区人们的主观能动性，引导他们的行为，以实现可持续的生活方式。当前在生态环境危机这个问题上，人的主观能动性还没有被全面激活，主要是由于当地居民还没有意识到环境危机，或已经意识到，但是因为生活惯性的存在，不愿意改变原有的生活方式[14]。因此设计师需要思考如何通过设计改变用户的认知和思维方式，并通过给予正向积极的反馈奖励，进一步引导用户的行为。

结语

虽然社会各界人士正在大力推进厕所革命，但大多数厕所设计为了政绩工程、面子工程只注重表面，边缘地区真实的如厕问题和需求往往较少被设计师所关注，实际上这些地方由于盲目普及水冲便器而带来了很多诸如水资源浪费、地下水污染等新的问题，因此十分有必要为这些地区设计生态厕所，以达到减污节源的目的，从而实现生态良性循环。

本文将国内外生态厕所研究现状进行分类阐述，并通过优劣势对比，得出免水冲型生态厕所是现今最适合边缘地区的设计方案。在此基础上，列举了三个相关案例进行分析，最终总结出边缘地区可持续生态厕所的四点设计理念，为今后该领域的研究者提供了一定的参考。。

参考文献

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