社区环境下的智能垃圾驿站设计

刘禹宏 文卫民 陈超

关键词：垃圾分类 生态环境 垃圾驿站 产品设计 资源

引言

在人民物质生活提高的同时，生活垃圾的产量也在日益提高，且其产量与国家的城市居民富裕程度呈正相关，由此可预见，中国的城市垃圾产量只会逐年递增。建設环境友好型生态文明社会，是我国发展中长期规划的一项战略任务，如何完成这一战略目标，垃圾分类是关键。习主席明确指出，“变废为宝、循环利用是朝阳产业。垃圾是放错位置的资源，把垃圾资源化，化腐朽为神奇，是一门艺术。”生活垃圾如果可以得到科学的分类处理，不仅有利于生态环境的保护，还将最大限度地使资源得到充分利用，助力于经济与社会的发展。

产品设计作为日常生活中最常见的艺术，旨在引导产品创新并为人类提供更好质量的生活。它是一门多学科交杂的专业，将理念创新、科学技术、商业策划以及用户研究紧密联系在一起，共同进行创造性的活动，将需要解决的问题、提出的解决方案进行可视化，重新结构问题，并通过其输出物，来更好地回应问题。通过对现有垃圾分类设施及垃圾投放流程的研究，结合居民心理与产品设计，从实践出发设计出一款社区智能垃圾驿站。该设计既满足产品的功能需求如量化分类、自动开仓、智能追踪等，同时又满足居民的心理需求如有偿投放、流程简便、操作卫生等，让居民心甘情愿地进行垃圾分类。

一、垃圾分类的意义及现状

预计全球未来30年产生的垃圾量将从2016年的20.1亿t/年增加到34亿t/年，其中塑料垃圾产生量2016年总量已达到了2.42亿t，占固体废弃物垃圾总量的12%[1]。2019年，英国全球风险和战略咨询公司研究报告显示，每年全球城市固体废弃物的产生总量已超过21亿t，其产生量可以填满82万座奥林匹克游泳池，平铺开来可覆盖4.1万km?，而其中只有得以回收处理的垃圾约3.23亿t，才占固体废弃物总量的16% ；其余46%被废弃无法再利用的固体废弃物约9.5亿t[2]。

（一）垃圾分类的意义：垃圾分类是指按垃圾成分的不同分类或部分存放。实行垃圾分类政策，不仅有利于垃圾的进一步处理和再生利用，还能降低垃圾运输及处理费用，符合垃圾处理的三化原则既“资源化、减量化、无害化”原则。通过垃圾分类可以最大限度地实现了经济效益、环境效益和社会效益的三者有效统一，是未来城市生活垃圾处理和管理发展的必然趋势[3]。

（二）我国垃圾分类现状：目前，我国乡村脱贫攻坚已取得全面胜利，农村人口向城市的单向流动发生转向，乡村走向全面振兴的时机到来[4]。与此同时，我国的整个垃圾分类处理体系单一并不健全，跨时代推进循环利用，遇到许多现实问题，如垃圾处理设施不足，垃圾回收方式多为混合收集，存在“有害垃圾污染环境、垃圾中的可回收资源难以有效利用、后端垃圾处理设施难以发挥效能”等困难。

当下，我国政府已提出对垃圾分类的具体要求，要求加快垃圾资源化，减量化以及无害化的处理进程，要在各个地区建立垃圾分类投放，分类收集，分类运输，分类处理的垃圾自动处理系统，形成以法治作为依据，政府统筹规划，民众热情参与，城乡相互协调，因地制宜的垃圾资源化处理规章制度，努力扩大垃圾资源化处理规章的覆盖维度[5]。作为最早颁布《生活垃圾分类管理条例》的上海市，在垃圾分类方面已经取得了积极的效果，干湿垃圾的回收量较之前都有了大幅度提升，但依旧存在不少问题尚未解决。如虽然有许多智能化收集站点，但也只是局限于监管层面，宣传噱头大过于实用，离真正的全链智能化处理还有很大差距。其次，对于垃圾可回收与否的问题据现有统计发现，43%的年轻人是有点了解的，24%的年轻人知道垃圾分类，剩余的年轻人对垃圾分类不清楚或者根本不关心的，40%的中老年人了解垃圾分类，35%的中年人是略微了解，70岁以上的人群中，有25%的老人清楚垃圾分类，40%的老人是有些了解，其余的对垃圾分类不了解[6]。这也充分说明需要在垃圾回收设备上增加相应的指导功能，减少居民的学习负担。

（三）走访调研结果：我国目前的垃圾分类流程分为3个部分，首先由居民在家中设置不同类别垃圾的收集容器，将生活垃圾按种类初步分类之后，投放到社区中的分散投放点，紧接着由垃圾回收车辆压缩和装载后，运输至终端的垃圾集中厂进行再进一步分类和处理[7]。

以长沙市金盆岭社区为调查对象，通过实地走访调研了解到现有垃圾分类设施（如图1所示）存在以下问题：

1.垃圾桶的图文与两侧的分类流程图不够明显，位置不合理，无法有效传播信息；2.天黑后不能看清垃圾桶上及四周的图文，不方便居民使用；3.垃圾站四周的气味难闻，使人难以靠近不愿分类投放，也对空气环境造成了污染；4.厨余垃圾桶底部液体渗漏，地面脏乱污染土壤环境；5.垃圾桶盖不符合人体工学，加大了投放的工作量；6.种类划分混乱，可回与其他垃圾混合回收处理；7.垃圾分类不够细致，导致环卫工人只能把可以回收垃圾收走，无时间继续分类。不可焚烧的垃圾则直接运送到垃圾处理公司进行进一步处理，压制成饼后送到山上统一填埋，少部分可以焚烧的垃圾则会送到发电厂焚烧发电。

由此可见，生活垃圾投放混乱导致的环境污染，环卫人员工作量大、资源无法循环利用以及垃圾处理流程不科学等问题都与垃圾回收的初始环节有着密不可分的关系。现有垃圾分类设施存在众多的缺陷，导致居民在垃圾分类的活动中体验感差，使得垃圾分类制度的实施屡屡受挫。

二、通过产品设计促进垃圾分类

产品设计是什么？时至今日，产品设计已不再仅仅是“为工业生产的设计”，产品设计是为人类创造物质和精神上的双重幸福，旨在建立人、物、环境三者间的和谐关系，以实现人类的可持续发展。表面上看来，产品设计只是“人造物”的设计，但它还是人类的生存方式的重新规划，更是人类的生存意义的不断探索。垃圾分类作为实现人类可持续发展的重要法宝之一，产品设计必然与其有着密不可分的联系。

（一）产品设计对于生活的影响：产品设计之所以会不断发展，其原因在于人们对于美好生活的不懈追求。产品设计不是简单的外形设计，也不同于机械设计，它是用一种新的生存方式来替代旧的、落后的生存方式，从而来提升人的生活质量。生存方式的设想和改善往往需要通过特定的产品来实现，新的产品的出现不但能在理性和感性层面上迎合用户的需求，而且还能充分满足用户的心理需求。用户在使用新产品的过程也更为舒适、安全、简便、省力，操作界面也更富有人性化，给用户更好的使用体验[8]。

（二）通过产品设计来补齐垃圾分类设施的短板：实施垃圾分类政策是通往环境友好型生态文明社会的必经之路，它不仅只是一项法规的颁布，更是对人类新的生存方式的培养与要求。通过设计可以使垃圾分类基础设施的分类更加完善、指引说明更加显目、使用流程更加简洁，能更好地满足功能方面的需求；还可以设计相应的奖励制度，让居民能够在垃圾分类的行动中获得某些好处，如生活日用品、公交地铁积分等，从心理上满足用户需求。通过这些方式不仅可以让居民在投放垃圾时省时省力，还能够更好地培养居民垃圾分类的习惯。

三、现有垃圾回收驿站的优缺点分析

随着上海、北京、广州等城市垃圾分类条例的相继实施，越来越多的地方开始响应国家政策的号召，积极实施垃圾分类政策。各地不仅出台了相应的生活垃圾管理条例，使得在分类投放、收集、运输、处理等方面有法可依，还研发生产了相应的垃圾回收驿站助力于垃圾分类回收。作者根据实地的考察调研发现，该产品还存在很大的提升空间，以下是优缺点分析：

（一）优点分析：1.现有垃圾驿站（如图2所示）已按照规定对于垃圾的种类实施了初步的分类处理，分为四类垃圾；2.垃圾驿站配有监控设备、用于宣传的电子显示屏等，对互联网技术有所运用。

（二）缺点分析：1.对于垃圾的种类没有进行细分，如可回收垃圾的细分，其他垃圾可燃与不可燃的细分等；2.垃圾投放方式还需要更具人性化，部分驿站采用脚踏板的方式打开盖门，而大多数则是用手打开；3.现有垃圾驿站缺乏奖励机制，对正确投放者的行为缺少鼓励，难以培养分类习惯；4.垃圾驿站的外形过于工业化，给人冷漠、难使用的感觉，缺少人情味。

四、智能垃圾驿站设计流程

根据此前走访、考察的调研结果，结合产品设计专业，从垃圾驿站的造型、分类储量、人机工程、奖励制度等多方面入手，设计出一款智能化的垃圾驿站，以此解决现有问题，来达到提高垃圾回收率、简化垃圾投放流程、培养垃圾分类习惯的目的。

（一）根据四类生活垃圾日常产量细分存储空间：现有垃圾驿站的四类垃圾收集桶采用的是同一大小的尺寸，这将导致日产量多的垃圾用不了多久就会装满，而日产量少的垃圾几个月的时间都装不满。这不仅是对于产品内部空间的浪费，还增加了环卫人员的清理次数，可谓是资源与人力的浪费。为了解决这一问题，垃圾驿站内部的存储空间必须经过科学细致的划分。

通过走访长沙市金盆岭社区物业了解到，日常生活中可回收垃圾与厨余垃圾的产量较为接近，不可回收的其他垃圾的产量最大，而有害垃圾的产量最少。因此在储存垃圾的容量上我们初步将其他垃圾的空间容量设定为最大，厨余垃圾的空间容量居次，可回收垃圾的空间容量则根据垃圾的不同类型进行再次细分规划，有害垃圾的空间容量则设定为最少。这样的容量分配使垃圾驿站的空间得到了最大限度的利用，区别于现有垃圾分类设施，实现了空间容量与垃圾种类的精准匹配。

（二）四类垃圾种类细分图表：我们将可回收垃圾细分归类，把不同种类的可回收垃圾分开存储、其他垃圾则分为了可燃与不可燃物，厨余与有害垃圾则采取了种类列举的方式。这样不仅可以减轻环卫工人的工作量，还提高了垃圾处理的效率。以下为对应表格：

（三）垃圾驿站的草图推演以及模型展示：根据上文所提及的调研结果以及垃圾种类的分类图表进行草图绘制（如图3所示）。

方案一：由细分的垃圾种类可知，需要增加可回收垃圾与其他垃圾的存储空间，因此驿站整体采用背靠背式的造型结构，可有效扩大垃圾驿站的空间容积。前后箱体的连接处为空气净化处理部分，能减少垃圾存放时的空气污染。针对厨余垃圾容易产生积液的问题，在存放厨余垃圾的箱体下方，设计有沥水槽的结构，可有效解决腐败液体横流的问题。

该方案的不足之处：首先，由于整体结构为背靠背的布局，因此用户在使用时需要前后绕行投放，若单次垃圾投放量过大或垃圾种类较多将不便于居民使用。其次，在转运驿站存储的垃圾时，前后两侧都需打开箱门，因此在操作时，驿站前后都需要大量的空间，并非所有社区都有充足宽广的空间可放下此产品。针对以上的功能特点与优缺点分析，进行了二次设计。

方案二：本方案是根据方案一的优缺点进行的优化设计，以长条式的整体造型替代背靠背式的造型结构，从而减少了社区纵向的空间占用。同时在外形上进行了升级，垃圾驿站的顶部采用了斜面与渐消面结合的方式，区别于传统的方体立式结构，增加了产品的有机感，既可以打破工业造型死板冷漠的感觉，又能有效地避免垃圾驿站顶部的雨水堆积，充分遵循形式追随功能的设计原则。针对于厨余垃圾积液的问题，同样采用了底部沥水槽设计方式。在驿站的左右两侧，增加了自助消毒洗手液的装置，居民在投放完垃圾后，可自行使用洗手液进行手部消毒，避免流行病毒的接触传播。驿站背面设有通风的散气孔，可及时排出垃圾产生异味。

综上所诉，智能垃圾驿站最终方案为方案二，并使用三维软件进行建模，以下为模型展示（如图4所示）：

通过渲染图可感受到，产品的整体造型能与现代的建筑、环境有机融合，具有简约未来感。产品的主要部件采用钣金材质，不仅易于清洗、耐腐蚀，还能有效地节省生产成本。在配色上，垃圾驿站的整体色调采用国家垃圾分类的标准色，局部的色彩根据功能特点进行了重新设计。由于将其他垃圾分为了可燃烧垃圾与不可燃烧垃圾，因此将浅红色与浅蓝色分别与标准的灰色相结合搭配，以此来区分其他垃圾中的可燃烧物与不可燃烧物。

（四）垃圾驛站的功能介绍（如图5所示）：本产品在注重机械结构、空间造型的同时，还充分地与互联网技术相结合，体现驿站的智能性。以下为产品功能与特点的详细介绍：

1.垃圾驿站上安装了三个360°无死角的摄像头（对应图中标号1），全方位覆盖驿站的四周。可追踪误操作者、故意损坏驿站者以及垃圾随意投放者，起到安防监控作用的同时，又给了居民一定的心理警示，可有效减少垃圾乱扔乱放的现象。

2.在考虑到新冠疫情背景下通过间接接触感染病毒的问题，驿站的侧面配备了自动消毒洗手液装置（对应图中标号2），该设备可自动感应用户的手势操作定量出液，为居民的安全健康保驾护航。

3.针对现有设施难操作的问题，我们充分利用了智能化的技术，在驿站的中部配备了一块触屏操作屏幕（对应图中标号3），具有显示登陆二维码、分类指导说明以及选择投放类别等一系列功能；同时屏幕上方有人脸识别摄像头（对应图中标号4），刷脸登录更加便捷；考虑到老年人对智能产品的陌生感与恐惧感，在屏幕右侧有刷卡器（对应图中标号5），方便老年人使用社区卡登录账户进行投放。在选择完投放后，相应的箱门将自动打开，居民无需手动打开箱门，既省力又安全卫生。智能化技术的运用，使驿站的使用方式多元化，可满足不同年龄段的居民，极大提高了产品的易用性，让居民有更好的用户体验。

4.针对现有设施夜间不易操作的问题，驿站上端配有照明指示灯牌（对应图中标号6），可根据户外光线的明暗变化自动调节灯牌亮度，可起到照明指示的效果，同时还节能省源。

5.针对现有设施外形单一过于机械化的问题，本驿站的顶部造型将斜面与渐消面相结合（对应图中标号7），设计成了凹槽形式的造型。既打破了传统的直立式丰富了造型，又能在雨天环境下让雨水快速引流，避免出现雨水堆积腐蚀顶部的问题。

6.针对现有设施周围空气恶臭不断的问题，驿站的背面设计了外凸散气孔（对应图中标号8），能让驿站内部的空气充分流通，减轻垃圾聚集散发出来的污染气体。外凸的造型可有效地防止雨水进入驿站。

7.针对现有设施地面污水横流的问题，厨余垃圾回收仓的底部具有沥水结构（对应图中标号9），仓柜底部镂空，厨余垃圾中的废水可从厨余垃圾中分离出来。一方面可延缓厨余垃圾的发酵，另一方面可帮助环卫工人更好地倾倒垃圾，防止污水溅到身上，体现了以人为本的设计理念。

8.针对现有设施易滋生蚊虫病毒的问题，本驿站的每个回收仓的顶部配备紫外消毒灯（对应图中标号10），在仓门处于关闭状态时会进行紫外消毒处理，消杀垃圾上所携带的病毒细菌。

（五）奖励机制的设定与技术分析：通过分析生活垃圾回收处理的流程与特点得到，生活垃圾从产出到分类回收的过程中，分类投放者没有得到任何的经济回报，受益者是大自然，而从回收到处理过程中，生活垃圾转化为能源，给国家政府或企业带来效益[9]。除此之外，垃圾分类制度对于居民而言毫无疑问增加了他们日常的工作量，居民需要先学习垃圾分类知识，再分类收集各类垃圾进行投放，在费时费力的前提下，还要在每次行动中小心谨慎。因此需给予居民相应的激励，以促进生活垃圾的回收率和居民的回收积极性，实现社会可持续发展的目标。

1.奖励机制的设定：居民通过正确投放垃圾种类，并根据单次投放的重量来作为兑现或积分的依据。可回收垃圾采用兑现制，系统根据单次投放重量自动兑现到居民账户。其他、厨余、有害垃圾则采用积分制，系统根据单次投放重量自动将积分累计到居民账户，积分可在购物中心消费、公交卡充值时得到优惠。以下为奖励机制系统总图：

2.技术分析：通过投放时所登录的个人账号记录每次垃圾投放的种类与数量，驿站内部主要采用了自动称重与智能识别的技术，每个回收仓的底部设有垃圾自动称重的模块（如图5标号11所示），实时计算居民投放重量，并根据投放类别给予居民相应的兑换或积分奖励。为了避免误投或错投的现象，回收仓的顶部还配备自动识别装置（如图5标号12所示），投放正确或错误都有相应的语音与显示反馈，若投放错误仓门将无法关闭。

（六）操作流程介绍：为了方便居民投放垃圾，仓门可通过屏幕操控，控制其上下移动来实现仓门的开关，体现了无接触投放的理念。其次仓门采用了半透明磨砂玻璃材质制成，以便于居民和环卫人员识别仓内空间的盈余情况。操作流程（如图7所示）具体如下：

1.居民在操作屏幕上可通过扫描二维码、输入手机号、人脸识别以及刷社区卡登录账户；

2.居民在操作屏幕上根据垃圾种类选择投放类别；

3.选择成功后走到相应的仓口，待仓门自动打开后投放垃圾；

4.回到操作屏幕并点击确认投放，仓门即自动关闭进行种类识别与重量计量；

5.識别和计量完毕后，居民可在操作屏幕与语音播报上得到反馈，若操作正确，系统将根据奖励机制将相应的奖励发送到居民的账户上。

结语

垃圾分类并不是一个功利的市场项目，它是从教育、宣传、立法等多方面推进的行为意识培养。在垃圾分类事业的建设上还有许多的困难苦难要克服，而产品设计作为推动社会发展的一种动力，不仅需要催生新的市场、促进市场细分、引导消费需求，还需要培养消费者全新的生活理念与生活习惯，因此产品设计还可以从更多方面入手，助力于垃圾分类在全国的推广与实施。