面向沙漠徒步驴友的户外产品可持续设计研究

张应韬

关键词：漠徒步；徒步驴友；沙漠集水器；可持续设计；户外产品

引言

当今沙漠徒步成为一种新兴的运动与旅游方式，极具体验感与挑战感。在徒步过程中，由于沙漠的环境变化会使驴友迷失方向。在迷失方向的过程中，人们往往会不断地消耗自身所携带的水资源与食物，主动去寻找沙漠绿色植被去获取补给。并向外发射信号，获取沿途队伍或高空救生团队的救援。因此该研究面向沙漠徒步驴友，立足沙漠环境，利用新生态材料进行可持续产品设计探索。这充分为失联的沙漠徒步驴友提供了获取水源与争取救援时间的自救措施设备，也进行了具有可持续性、人文性、材料性、循环性的设计探索。

一、可持续设计与沙漠集水

（一）可持续设计的发展现状

可持续设计最早源自西方的生态学研究。可持续设计定义目前主要认可的是米兰理工大学曼梓尼教授的定义，其所提出“不同于传统的物质产品，以系统化的产品与服务满足用户实际需求去构建可持续的系统化解决方案，以成果与效益去取代不必要的资源浪费与消耗，减少环境污染与破坏的可持续设计策略”[1]。可持续设计分为5 个阶段。第1 阶段主要是围绕绿色设计3R 原则展开，侧重于降低资源浪费与环境低碳环保，从而促进环境循环发展。但是这时期更多是停留在过程后的干预，不足以应对经济导向的发展所带来的影响。第2 阶段是生态设计，强调对于物质产品全生命周期的开发设计。并通过过程中的干预从而实现产品全周期的循环发展。第3 阶段是产品服务系统设计，通过系统化的产品与服务去取代传统的物化产品，以非物质化与物质化的产品服务系统去构建商业、生态、设计、产品的4 者融合关系。从而促进产品系统设计思维推动经济发展的转型[2]。第4 阶段是走向了社会创新设计，通过建构文化、社会、人类三者之间的综合性关系，促进社会创新发展，并推动与人民、为人民、由人民的社会设计、社会创新、社会共创的发展[3]。从而促进可持续设计在经济、环境、社会维度的可持续，并全面促进社会福祉与公平、和谐的发展。第5 阶段是进入到为促进经济与社会全面转型的设计，这将促进社会、经济、文化、环境的全面转型，从而实现转型时期的设计更加具有可持续的系统化与全局化[4]。目前可持续设计领域主要有3 个国际学术组织，分别是国际可持续设计学习网络（LENS）、国际社会创新与可持续设计联盟（DESIS）、国际服务设计联盟（SDN）。这些组织先后与中国建立合作关系，并促进中国本土的可持续设计发展。当下可持续设计正逐渐成为一种主流的设计思维与方法、工具，使得面向未来的可持续与转型设计被社会所关注[5]。该研究立足可持续设计的理念，基于此展开了沙漠集水器的研究，为徒步驴友这一小众群体提供了相应的设计创新。

（二）沙漠集水方式的国内外研究

沙漠集水是该研究提出来的一种应对沙漠旅途缺水的生态原理与可持续设计结合的新思路。国际上也在沙漠集水方式上做了一定尝试，其中具有代表性的是2017 年美国麻省理工学院和加利福尼亚大学伯克利分校共同研制了一种仅利用太阳就能从空气中吸取水资源的新装置[6]。这种装置能够在机械助力下吸附漂浮的水汽，并在温度调控下凝结成水珠，但需保持湿度比例在20%-30%[7]。加拿大也生产出了利用纳米技术从空气中提取淡水的碳纳米管[8]，当空气水分接触到該碳纳米管上层，就会在内层捕捉到并渗透到下层，在疏水张力的作用下聚集成小水滴，但是生产成本很高[9]。另外，美国俄亥俄州立大学Bharat Bhushan 和Howard D. Winbigler 教授的研究认为仙人掌、沙漠草、甲虫都能收集夜晚的雾水，植物是将空气中的水滴过滤到根部以供生存，而甲虫则利用外表壳吸附水源[10][11]。

国内在沙漠集水方面研究较少，大多是生态环保与沙漠旅游方面的探索。比如中国矿业大学的研究认为，以智能灌溉与无水灌溉为核心的新材料技术能有助于沙漠生态用水危机的解决[12]。清华大学生态设计研究所针对藏区严重缺水、环境污染、生态脆弱等问题，设计了节水资源型厕所和无水资源型旱厕[13]。另外，国家林业和草原局林产工业规划设计院所研究的沙漠公园生态旅游产品体系规划；宁夏大学的沙坡头景区沙漠体育旅游产品开发研究。综上所述，目前缺乏完整的沙漠集水产品设计，且大多停留在实验或装置阶段。故而该研究利用相关沙漠生态、生态材料等技术原理进行沙漠集水可持续产品设计是有必要的，具有一定的新空间与新机遇。

二、沙漠集水器的可持续需求

（一）沙漠徒步的用户群体研究

因为沙漠环境存在着不确定性，极易让驴友迷失方向从而失联，当其失联后会急迫寻求水源与救援。如果得不到救援失联者会出现过激行为与安全事故，从而处于自我恐慌状态。但如果失联驴友保持相对理性，并拥有自救设备，积极寻求水源，将会克服恐慌，从容应对特殊环境所带来的生理与心理危机。目前，徒步驴友可购买的沙漠类产品主要分为沙漠交通类产品、沙漠旅游服务型产品、沙漠户外装备类产品、沙漠科研工程机械产品。在水源自救、沙漠集水方面的产品较少，且关注点相对单一与狭窄。

沙漠徒步的用户群体主要是分为3 类。（1）首先是有经验的探险者。其有着丰富的旅行徒步经验，喜好涉足一些大、广、难的沙漠旅行片区，所带水源食物极易消耗，往往会需要获取绿色植被来进行供给。（2）其次是政府支持的沙漠科研人员。因为考察科研，政府会帮助其在沙漠科研地区设立相应的救援与供给点，来降低沙漠危险率。这也会开放给沙漠旅行人员，但设备供给更新与完善却十分滞后。（3）最后就是极易遇到危险的旅行失联者。其由于是徒步旅行中的主体，但普遍经验有限，往往很快消耗掉自身所携带的水源与食物。随着徒步距离变远，若没有熟悉地形的专业人士指导，就会迷失方向从而失联。当其失联以后，因为得不到及时补给，会陷入外联困难状态。心态会发生从焦虑到恐慌、从恐慌到害怕、从害怕到心理防线的崩溃、到最后被动等待死亡的阶段变化。因此水源的重要性对于沙漠徒步驴友来说不仅是生理上的供给，更是心理上的抚慰。

（二）沙漠集水器的可持续设计需求

沙漠徒步旅行具备极强的刺激感与兴奋感，在驴友出行前需要做好心理准备、物品准备、自救准备3 个方面的各项工作。一般在沙漠地带之中，由于昼夜温差极大，且沙土层温度与水汽温度有所不同，有必要充分考虑生态材料与户外自然规律。而沙漠集水器作为沙漠供给水源的救援紧急设备，有必要重点关注4 个方面的可持续设计需求。第一，能够为沙漠探险人员与旅行人员紧急供水，并利用沙漠自然资源进行能量转化或者可持续性循环。第二，充分地运用耐磨耐风沙耐腐蚀的材料，能够自由组装和拼接。第三，方便安装于沙土之中，符合人机用力方式，具备充分的便携性，方便移动与提取。第四，面对失联者的恐慌危机，这需要结合其心理诉求从色彩与视觉感受方面满足用户的恐慌诉求、缓解驴友的紧张心理[14]。

三、沙漠集水器的可持续设计策略

沙漠集水器的可持续设计策略，主要聚焦到两个方面：一个是基于生态的创意思考，另一个是基于产品的设计思考。这两个方面充分反映了其可持续设计策略的生态性与系统性。故而基于沙漠场景的需求问题，提出了沙漠集水器可持续设计策略。该策略包含了“露珠成水”的生态创意策略、“有机材料”的产品开发策略。策略1 主要是从大自然找到共同的自然现象，并从中提炼出核心经验，进行不同生态场景下的平移拓展，并在可持续设计上进行创新应用。策略2 主要是从具体的应用场景出发，在新的有机材料上进行结合，并进行相关的产品设计创新，并在可持续设计上实现产品成型。两个策略均充分反映了可持续设计的生态因素，同时也切实聚焦了沙漠徒步的过程中干预，从而在早期就为相关用户提供了产品方案与策略，从而促进了安全危机的防微杜渐，并充分结合沙漠生态进行有效的可持续创新应用。

（一）“露珠成水”的生态创意策略

沙漠集水器的生态创意策略是受到了清晨植物叶片上的露水启发[15]。白天天气晴朗，但晚上由于高温的热空气遇到降温的冷空气，使得地面的热量快速蒸发散失，就会在植物的叶片与表层形成大量的水汽。这种水汽一般会储存在植物叶片、花草、枝蔓以及湖畔边缘的水藻之上，因此这种现象也叫露珠成水。沙漠本身是早晚温度变化极大的地域，由于沙漠本身光照充足、温差较大，到了晚上温度就会快速下降，地面热量也会迅速散开，从而使得空气中的水汽增多，故而其具有良好的水汽条件。因此，经过实验发现，在沙土刨出一个坑，内置圆碗在其上部置以薄膜材料，第二日碗内会积攒一定水源，若加上冷凝器设备辅助水源会积攒更多。

结合前文研究故而进行了进一步的产品思考。（1）定位：沙漠集水器属于徒步旅游的装备型产品，结合沙漠复杂环境，因此产品不易复杂，应在功能基础上强化材料应用的创新。具备组装性的便携功能属性，可有行踪记录、信息接收等辅助功能。（2）成本：产品制作及销售成本应保持在中等水平，有效考虑铝材、MOFS、磨砂塑料等材料，并保障其稳定性与功能性。（3）可持续：基于可持续设计理念挖掘沙漠中的可用资源，比如沙子、光照、温差、水汽、沙漠植被、虫类，在产品设计过程中加强对于沙漠资源的可持续循环利用，并融合露珠生态原理，这是设计绿色性的体现。（4）用户：用户在沙漠中的心理情绪变化极快，往往会经过“紧张- 恐慌- 害怕- 绝望”这样4 个阶段，故而需要从功能属性与视觉属性去帮助用户去缓和情绪，为其自救与被救争取更多时间。

该研究的产品方案经过了3 个阶段（见图1）。第一阶段为方体式，体量庞大且携带不便、零部件较复杂，用力方式不符合人机。故而不符合沙漠特殊环境状态下耐磨耐风沙耐腐蚀的需求，且铝材等环保材料运用较少。因此对于该方案进行了功能、造型、人机使用等方面的修改。第二阶段为“干”字式，基本上克服了特殊环境下的造型要求，且造型与零部件均进行了优化，主要是在支撑杆部分设计了充足的下部储水区，不过该方案在基本用材与使用空间多有消耗。且插入沙土的入口方式不符合人机，由于体量大不易携带。第三阶段为最终的设计方案就是如图所示的“丁”字式。该方案着重考虑了产品的便携性，且改变储水的载体形式，从单一的储水空间，改进为吸水海绵，另外，下部支撑杆部分不再具备储水区，成为专门的承重杆。并且引入了MOFs 材料（有机金属框架材料）。这增加了原没有的保护盖，可以便携拆件，方便用户使用与移动。总之，三轮设计方案的演变体现了人机科学、使用方便、功能完善、便携移动、新材新型的可持续与易用性的特点。

（二）“有机材料”的产品开发策略

沙漠集水器的产品开发策略充分围绕创意源头、材料、结构、色彩、外观方面展开。该研究始终秉持着可持续设计的理念原则。其从功能层面到外观层面进一步强化了对沙漠徒步驴友的人文关怀。并基于现存局限进行改善，并为沙漠徒步驴友带来更为安全良好的产品设计与适宜有效的使用体验。具体表现为基于有机金属框架材料的产品技术设计3个方面。

首先，是有机金属框架材料的创新结合。沙漠集水器设计充分运用了一种含有有机金属框架材料（Metal-Organic Frameworks）的渗水薄膜，这是整个产品最为核心的创新部分。这块薄膜位于产品开壳上部，是生成水源的关键点。薄膜材质是由金属- 有机框架材料（也称为MOFs 材料）构成，这项材料具有良好的装配、切割、黏合性，能够充分安置在产品之上。本身是由有机配体和金属离子构成，其材料表层有细小的分子内孔隙，这里空隙也使其材料发生生态作用，成为氢气与氧气的主要入口。渗水薄膜中的有机金属框架材料机体具有明显的方向性，可以吸附水汽、吸收光能、采集磁能，从而形成相应的载体，并成为产品化所使用的材料[16]。渗水薄膜的有机金属框架材料的有机配体主要是有機酸、有机碱，它们可以与金属离子进行有机体结合[17]。渗水薄膜对空气中的大量氢气进行储存，从而吸附空气中的氢气与二氧化碳，并为薄膜表层转化成水做好准备，同时将露珠成水原理在外部作用下进行化学强化、调控与转化[18]。使其在温差作用与光热作用下，利用设备技术辅助吸附大量的漂浮水汽，从而在渗水薄膜上形成水，并通过滴漏方式储存在内舱体以备不时之需。这将从材料技术上实现初步的水源供给，从而帮助沙漠徒步驴友应对缺水的生理危机，并进一步缓解失联者的恐慌心理危机[19]。

其次，是外部设备技术的辅助强化。沙漠集水器仅仅在MOFs 材料进行应用创新远远不够，需要借助冷凝设备、储水海绵、信息记录与反馈系统等设备技术的辅助，将能达到足够功能使用，从而达到有效应对危机的目的。冷凝设备将低温空气压缩成高温空气，同时气压也变成高压。当空气中的水汽进入其中便可进行相应工作。在沙漠渗水薄膜的基础上吸收阳光完成加热制冷，通过内舱体不断的加热制冷，形成低压与低温的水汽，使其往返其中完成循环从而有助于生水量的增长。这时的薄膜内部的金属有机框架材料能够吸附空气中的水蒸气，使得水蒸气受热凝结成液态小水滴，再滴入储水的容器中。并被内舱体的水源吸入两端的海绵之中，从而获得相应的水源储存。同时，在盖壳内部安装了热感应传感系统。当用户接触产品时系统会进行记录，并对外发射信号寻求安全地带的救援，为其自救争取时间，有助于救援部队寻找失联遇难者。

再者，是技术与材料结合的产品设计。（1）在产品功用上，沙漠集水器采取了翻盖、套嵌、螺母扣合的产品结构。沙漠集水器外观为细长状态的“丁”字形，整体高980 毫米、宽980 毫米、长300 毫米（见图2）。主要是为了产品本身便于携带与搬运。“丁”字形产品本身的水源会从上至下滴入，并进一步从中心向两端流淌并储存，故而产品的主体部分呈圆柱形。下部的对排弯钩主要是方便支撑杆拆分后安置在舱体的下部。提手的部分是方便产品倒立与便携提走。支撑杆是由两节带有螺母与螺丝的支撑杆构成，主要方便提手、上下支撑杆3 个部分相互衔接与支撑。

（2）在部件结构上，每个部件也有其具体作用（见图3）。翻盖上壳与下壳，主要是保护舱体的安全性，并增加耐磨耐用性。翻盖上壳是保护内置薄膜与接收阳光的重要外壳，当使用者打开上部外壳，将产品插入沙土之中，即可在一夜温差变化后获取水源，而水源则流入内舱体，并储存在两侧的储水海绵。内舱体主要是由信号反馈与行踪记录系统、冷凝器部分、储水舱体构成。这主要用以积攒水源并加速冷凝，从而贯穿于两端的海绵之中，同时接收救援信号和发射反馈信号。磨砂金属保护外壳主要是用来保护储水海绵与产品组装。储水海绵主要吸取内舱的水源，用水时挤压即可获取。扣合支撑杆架主要方便拆分为两节支撑杆放置于舱体下部，便于使用轻易拆分组织与提携。

（3）在使用流程上，沙漠集水器主要分为4 步（见图4）。首先是用户在使用前，提携产品至安全稳定的沙土区域。其次是将产品插入沙土中，设备的记录与跟踪系统会自动启动，定时向外界发送求救信号。最后是打开产品外盖，待昼夜温差结束后取出储水海绵，挤压海绵将水倒置容器中，补给水分等待救援以节省能量，系统会再一次记录信息并发送求救信号。最后是寻找其他绿洲与植被补给，同时留下行踪记录以便外界救援。

最后是有助识别与心理抚慰的色彩应用：沙漠集水器主识别色是冷暖中性的柠檬黄。一方面能够给舒适自由的视觉感，间接给予失联徒步驴友一定程度上的恐慌心理抚慰。这将有助缓解用户心理情绪，强化积极的自救意识，并进一步促进失联徒步驴友寻找水源与可替代植被。另一方面由于沙漠的早晚温差很大，水汽常常飘浮在空气之中，由于，光照反差极易出现海市蜃楼。这将会对虚弱的徒步驴友进行迷惑，从而引导失联者走入迷途与误境，这将会加剧失联者的危险系数。因此，黄色本身具有在较大沙灰尘雾中的穿透力作用，因此，能为失联者获取外部救援与外部搜寻危险人员提供有效的帮助，并进一步缓解沙漠徒步驴友的心理与生理危机。

四、沙漠集水器的可持续设计思辨

第一，该研究充分体现了可持续设计的社会可持续。除了关注大众群体以外，也重视小众群体的诉求，具有极强的社会公益性，有利于促进社会福祉的和谐与公平。立足人文关怀，该研究充分考虑到了用户的心理情绪的变化，从色彩、人机使用、组装方式等方面让用户方便使用，并唤醒其本能的自救意识，进一步安抚用户的心理情绪。通过该研究尝试能缓解驴友徒步中的心理与生理危机。并为驴友的自救与被救争取更多的时间。

第二，该研究体现了可持续设计的环境可持续。立足沙漠环境生态，该研究运用新型材料与沙漠天然资源，从而实现绿色循环。并因地制宜地利用沙漠的温差、光照、沙子、水汽、时间等资源，为沙漠徒步驴友在产品辅助下提供紧急的水源供给。通过探讨新型材料与生态资源、自然规律、技术设计之间的循环利用，有效地帮助驴友解了燃眉之急。这也为沙漠徒步驴友普及了沙漠气候与自然环境的知识，降低了人们对于沙漠的恐慌，提供了新的设计尝试。同時也进一步反映了可持续取自于自然，也来自自然，为可持续设计本身的环境思考提供了启发，也强调了人类在面临自然时对于可持续设计的支持与思辨。

第三，该研究体现了可持续设计的经济可持续。功能的实现是产品设计的第一位，立足于真实问题的解决措施，该研究切实有效地解决了沙漠徒步驴友等失联者的生理需求与心理诉求，在更大意义上能够帮助其脱离危险，给予其一定的力量生存下来。并进一步降低沙漠失联所导致的危险遇难率。同时反映了该领域的市场开发有待进一步发展，具有一定的经济空间，通过进行这样的可持续设计研究，也进一步拓展了户外产品在沙漠场景的应用，并有意识地在后续产品开发中强调可持续的原则与理念，从而为该类型产品提供了良好的周期循环的发展前景，也有助于这一新兴市场可持续成长。

结语

该研究首先做出了一定的可持续设计探索，将环境生态资源与新型材料融合起来，依托特殊环境洞察了用户的需求本质，提出面向沙漠徒步者的可持续产品方案。其次是表达了设计师对于可持续、人文关怀、社会责任的思考，有效地处理了人、物、自然、环境在特殊场景中的归属关系。沙漠集水器的设计研究不仅是对于功能与体验的创新思考，还是对于人与生命的关系思考，带有一定的社会可持续、环境可持续、经济可持续的设计思辨。最后该研究虽然提供了解决策略，但由于沙漠环境的复杂性，未来的沙漠补给类产品仍然需要立足于可持续设计思维，并协同多学科进行创新研究，才能为沙漠徒步驴友提供更好的可持续产品。