基于人性化需求的家用微高压氧舱设计分析

■童雨薇，黄 刚，孙德林

(1.中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410000；2.湖南卓誉科技有限公司，湖南长沙 410000）

随着新型冠状病毒肺炎疫情爆发，人们对于呼吸系统疾病的关注度陡然增高。新型冠状病毒对人体肺部功能有极大损伤，家用微高压氧舱可以让患者在微高压环境下吸入高浓度氧，以起到提升血氧含量，改善身体机能，缓解身心疲劳和辅助疾病康复的效果。家用微高压氧舱作为辅助调理产品在新型冠状病毒肺炎疫情结束后需求量将大幅增加。同时，家用微高压氧舱为居家健康疗养提供符合需求的基础设备条件。由于家用微高压氧舱产品功能的专业性，设计时除了需考虑造型、材质、色彩、结构、功能等多个因素，还需着重考虑产品与使用者之间的关系，产品形态特征需满足使用者人体舒适度需求，同时符合使用者情感化需求。本文基于家用微高压氧舱的人性化需求，对家用微高压氧舱产品的造型进行设计优化，使其更加符合用户的行为特征，体现了产品设计的人文关怀。

1 研究背景

1.1 家用吸氧设备市场需求

随着工业化进程的加快，空气污染加剧，呼吸系统疾病的发病率逐年上升，许多慢性呼吸系统疾病患者在医院治疗后，仍需要在家中接受长期的护理治疗[1]。氧疗是缓解呼吸系统疾病最直接、快捷、安全的方法：通过提升血氧含量、溶解血液中的气泡来刺激创伤愈合、促进循环代谢、改善心肺功能进而促进康复。同时，吸氧能够一定程度改善人体机能、提升睡眠质量、缓解神经疲劳、放松身心、提高工作效率[2-3]。家用吸氧设备主要适用于患有慢性呼吸系统或轻度心血管疾病的患者、免疫力较低的儿童、孕妇及中老年人群等；而用脑量较大的学生和白领也能通过补氧迅速恢复血氧浓度、增强大脑供氧、提高记忆力与思维能力，使脑功能得到迅速恢复和提高。许多重视医疗保健的家庭也开始选择使用制氧机定期进行家庭氧疗，提升家人的健康状态。此外，吸氧设备不仅能满足家庭氧疗的需求，还能运用于疗养院、度假村、健身房、办公室等场所，满足不同使用者健康保健需求。

1.2 家用吸氧设备使用现状

高压氧相较于常压氧有其不可替代的优势。在实际运用中，高压氧可划分为医用高压氧与民用微高压氧。医用高压氧舱一般氧压较高，氧气浓度可接近100%的纯氧，其体积庞大，可移动性低，且使用流程复杂，需要配备专业医护人员进行操作。而民用微高压氧舱吸入氧浓度也可达到30%-50%，舱体体积较小，移动性较强，可由使用者单独操作。且相较于常压氧疗，微高压氧疗在大于一个大气压的环境下吸氧，使吸氧者的血液氧分压更高，氧弥撒距离更远，氧疗效果更显著。

1.3 家用微高压氧舱设计现状

家用微高压氧舱是借助密闭、安全的压力容器，让使用者在略超过1个标准大气压的压力（微高压）环境下吸入高浓度氧气，从而发挥对某些人群或者疾病的保健和康复辅助作用。目前家用型微高压氧舱的使用形态以卧式为主。从产品外形而言，氧舱的色彩构成主要以白色和蓝色为主。从产品结构而言，依据使用场景的不同，已设计研发出硬体密闭式氧舱和软体密闭式氧舱，如图1(a)和(b)所示。硬体氧舱可以用于固定场所，如住宅、理疗会所等场地；软体氧舱具有便携性的优点，可以运用于移动性强的场所，如办公室和户外等场地。后又研发出半躺式软体氧舱，如图1（c）所示，半躺式软体氧舱所占体积更小，携带更便捷。随着技术逐渐成熟，可供2-4人同时使用的多人软体微高压氧舱诞生，如图1（d）所示，可满足聚会休闲、座谈办公等需求。这些产品可满足吸氧功能的要求，但在造型上缺乏科技感。

■图1 不同类别的微高压氧舱

2 家用微压氧舱设计的人性化需求

人性化是指在产品的设计过程中，以人的思维方式、人的心理情况、人体的生理结构以及人的行为习惯为依据，在基本性能与功能得到满足的基础之上，对产品进行优化，使人们在使用过程中感到舒适、方便[4]。在设计过程中把人的因素放在首要位置，坚持“以人为本”的设计准则。设计过程中着重对人这一主体的生理要素与心理要素进行人性化分析[5]，以满足消费者需求。

2.1 生理要素需求

家用微高压氧舱使用者的生理需求要素主要以人体生理结构和尺寸数据为依托，在设计时要注意人机需求、更适合使用者操作、避免因设计失误造成的损伤[6]。在“人-机-环境”中，家用微高压氧舱与人的关系密切，设计需遵循“以人为本”的设计原则[7]，主要包括功能要求、尺寸要求等。

2.1.1 功能要求

根据对目前市场上的微高压氧舱产品的调研发现：微高压氧舱的适用使用人群主要的需求是提升血氧含量，以促进身体代谢和满足其他健康需求。故此类产品的主要功能需求有：①供氧需求，氧源出氧口氧浓度应不低于80%，舱体内氧气浓度约为25%-30%。②氧压需求，氧舱运行时内部压力约为25-35kPa（低于50kPa）。③安全需求，需配备手动安全阀和紧急停止按钮，以防突发停电导致智能系统失灵后的安全危险。

2.1.2 尺寸要求

目前市场上主流的氧舱舱体设计主要为卧式或半卧式，但卧式氧舱的进出较为麻烦，对于腿脚不便的老人和孕妇不够友好。而坐式氧舱更能方便使用者进出，且以现有按摩椅的尺寸为例，坐式氧舱所占空间较小，更符合家用产品设计需求。本次设计以人体坐姿尺寸为依据，参照GB 10000-1988《中国成人人体尺寸》标准中的人体坐姿尺寸，依据这些尺寸数据，可以设定包裹按摩椅的微高压氧舱外壳尺寸，需要预留一定的活动空间及安全防护设施安装空间。

2.2 心理要素需求

家用氧舱设计中的心理要素需求是指符合使用者情感特征的设计需求，是产品满足吸氧功能前提下提出的对使用体验的关注[8]。

在本能层次上，智能微高压氧舱这类具有科技感和未来感的产品，造型设计可采用仿生法结合设计流线型轮廓线，使产品更具自然动态。在色彩上可选择黑、白、灰、蓝、绿等基础色及冷色调的配色，同时利用色彩搭配、组合形式上的设计，构建产品的色彩美。在材质肌理上，需表达安全可靠的设计语言，框架可选择硬度较大、支撑性能良好的金属材料。而氧舱内部为使用者提供舒适柔和的氧疗环境，可以用皮革、硅胶等软质材料。

在行为层次上，需依据产品的操作流程进行合理规划，根据图2所示的家用微高压氧舱的产品使用流程，需具有即时交互性，通过检测当前使用者的健康状态进行实时反馈，以提升产品的可操作性。由于使用人群中有老人和行动不便的患者，故在产品实际使用部分还需考虑无障碍化的包容性设计，提升产品操作易用性，体现设计的人文关怀[9]。

■图2 家用微高压氧舱产品使用流程图

在反思层次上，产品要符合使用者的审美诉求，从而产生内在的吸引力，达到一种精神上的认可[10]。微高压氧舱作为医疗保健产品，设计时需考虑使用人群的心理接受程度，由于氧舱要求使用状态全程密闭，舱体的内部应有适当活动空间，且有部分透明可供使用者观察外部的窗口，避免使用者因氧舱长时间密闭而产生恐惧心理。

2.3 安全要素需求

针对氧舱的使用人群，在设计时应注意产品的包容性，如设计防滑防震垫、扶手和紧急呼救器等设施，且对进出氧舱行为流程进行便捷设计，让使用者操作无障碍。与此同时，也需要提供一定的安全预案措施，包括手动安全阀、自动恒压安全阀等。由于氧舱功能的特殊性，氧舱的外壁材料结构需要承受一定的压力，且产品气密性良好。微高压氧舱设计的强度和刚度要求可以参照T/CAAP 004-2019《微高压氧舱》团体标准和相关企业的研发经验进行设计。

3 家用微高压氧舱设计实践

基于上述需求分析，家用微高压氧舱的设计主要从功能、造型和结构等方面展开：

3.1 功能设计

家用微高压氧舱在功能设计中需包含以下几个部件，以实现其相应功能：①配备主机，用以提供氧源、空气压缩和空气过滤。②配备显示面板和操作板以展示和调节舱内实时压力、氧浓度等参数。③配备手动控制泄压阀和故障报警装置。④配备观察窗等与舱外进行信息沟通的装置。氧舱舱体的安全性能还应符合相关标准要求，在应急状态下舱内压力从设定值降到10 KPa所用的泄压时间不应超过60s。

3.2 造型设计

人性化设计依据人机工学和情感化设计需求，在不改变产品功能性的基础上，对其外观造型进行优化，产品主要尺寸及效果图如图3所示。整体造型以流线型为基础，具有形态学动势，蛋型设计能增大气压的着力面，让受力更均匀，使产品整体在运行时更稳定。配色以白色为主色，体现科技类产品的未来感和保健类产品的纯净感，古铜色为零部件颜色提升产品格调。氧舱内层贴软皮革材质，使用更舒适。内部座椅采用酒红色皮质坐垫，头部两侧设计硅胶气垫进行防护。

■图3 家用微高压氧舱产品尺寸与效果图

3.3 结构设计

在符合人体尺寸标准的基础上进行产品的人性化设计，能使产品更具功能性、实用性和人文性。依据产品的设计构件结合方式，微高压氧舱舱体主要由壳体、观察窗、充气密封圈、座椅、扶手等组成（图4）。所选材质需严格按照国家标准进行检测。微高压氧舱产品壳体材料选用符合劳动部《压力容器安全技术监察规程》要求和GB 150-89《钢制压力容器》规范的不锈钢材料[11]。产品观察窗透光玻璃材料采用具有一定抗压强度的工业有机玻璃，由于产品气密性的要求，采用充气胶条对舱体进行密封，以保证氧舱运行中良好的密封状态[12]。舱内装饰板、底板、座椅器具及油漆等材料，必须采用不燃或难燃材料。

■图4 家用微高压氧舱产品结构图和线框图

4 结语

微高压氧舱是通过提高血氧张力并增加血氧含量，使组织细胞内含氧量和储氧量相应增加，改善人体因为内因或者外因导致的缺氧症状，弥补人体内缺失的氧气，从而达到保健或者理疗的目的。家用微高压氧舱作为智能家庭保健产品，与使用者适配程度直接影响产品使用体验，因而实现其人性化需求，具有重要的意义。本文通过探究市场上家用微高压氧舱设备的设计现状，从生理要素、心理要素和安全要素等角度对使用者的需求进行分析，总结出针对微高压氧舱的人性化设计的需求，并进行了方案设计。随着大数据时代的到来，氧舱数据检测功能逐渐完善，氧舱的造型设计需要适应微高压氧舱智能化趋势。微高压氧舱系统数据通过物联网与移动端连接，为今后连接云数据开启共享氧疗概念起到一定助益。