基于用戶體驗和多學科交叉知識的溺水自救產品設計

李曉英 陳捷文 周大濤

摘 要：為擴大溺水自救產品在會游泳群體中的普及范圍，進行目標人群生理和心理需求分析以及現有產品的調查。以用戶體驗為設計核心，化學反應原理、人機工程學等學科交叉知識為技術支撐，為會游泳的戶外游泳者提供一種便攜、安全、舒適的化學溺水自救產品。本文將用戶體驗的思想融入溺水救生領域，優化科學技術對人的服務，為多學科交叉在產品設計中的運用提供示例。

關鍵詞：產品設計;用戶體驗;溺水自救

1 市場現狀分析

我國一些開放的河流、水井、池塘等是溺水的高頻區域。[1]大部分溺水事故不可預見，溺水者溺水4～6分鐘則致死。[2]結合游泳過程中人的生理、心理需求以及用戶體驗設計要素，設計安全、便攜的戶外水域溺水自救設備是解決或降低溺水事故發生可能性的重要措施。

通過市場調研發現預防溺水產品大致類型有警報類、氣球類和物理充氣類。針對這三類防溺水產品進行產品、用戶及環境三個要素的分析：警報類產品，依賴他人施救，不適用于戶外水域;氣球類產品，體積大、干擾正常游泳，不適合會游泳者使用;物理充氣類產品體積稍大、穿戴不便，高壓氣瓶外露，用戶游泳時動作受限。

2 用戶體驗研究

2.1 情境分析

人在游泳時發生溺水前后的生理與心理狀態存在差異：準備游泳階段，人可能由于產品原因或僥幸心理等因素不愿意攜帶預防溺水工具。正常游泳階段，游泳者的手腳來回擺動中，體能迅速消耗;溺水階段，溺水時間小于1分鐘時，表現為神志清醒，血壓升高、心率增快，游泳者嘗試用手臂和腿尋求支撐，或者閉氣上浮;用戶獲救階段，人的生理與心理進入恢復期。

2.2 用戶畫像

為進一步確定用戶在上述情境中的行為及功能需求，對100名會游泳的戶外游泳愛好者進行問卷調查：針對是否愿意佩戴防溺水產品、不愿意佩戴防溺水產品的原因以及期待的救援功能三個方面問題進行調查，結果顯示，在游泳準備階段，會游泳者普遍不愿意佩戴現有防溺水產品，抵觸原因主要在于現有產品體積過大、攜帶不便、功能單一。同時，用戶較為期待產品的示時功能。

依據調查結果構建用戶畫像：游泳準備階段，防溺水產品易于攜帶、通過示時功能擴大產品使用面，模糊防溺水產品的定義;正常游泳時，體量小不阻礙用戶運動、具備防誤觸設計;用戶溺水時，簡單觸發即可在1分鐘內實現用戶手臂或腿部支撐達到漂浮;用戶獲救后，局部部件通過更換可以實現產品的再利用;產品價格便宜。

3 方案設計

3.1 氣囊模塊的化學反應原理及設計

市場上現有的適應戶外水域的防溺水產品以物理充氣類產品體積最小，其主要利用液態二氧化碳氣瓶釋放氣體，以TPU氣囊收集氣體。受到高壓氣瓶加工工藝的限制與TPU氣囊不可壓縮的體積影響，產品的體積較大。同時，不少學者提出利用化學氣體反應釋放氣體的可能，[3，4，5，6]可利用化學反應形成氣囊。該化學反應需滿足以下要求：反應物在常態下化學性質穩定;反應能迅速產生足量的氣體，使用戶在1分鐘內獲救;選取綠色高效的化學反應;反應物廉價易得，保證產品價格較低，利于推廣。

經甄選，檸檬酸與碳酸氫鈉的化學反應滿足以上要求。原理如下：人體密度與水的密度大致相同，若需使人體頭部漂浮于水面，則氣囊需額外提供與人體頭部重量相等的浮力。調查得知人體頭部質量為3kg左右，考慮到實際情況以及不同人的體質差異，將所需的浮力擴大為46N。由F浮=ρ水gV排可知，V排=4.6L，則生成的氣體體積也約為4.6L。二者反應的化學方程式：C6H8O7+3NaH3CO3=Na3C6H7O7+3CO2+3H2O。在常溫常壓下，氣體的摩爾體積為22.4L/mol，CO2體積為4.6L。計算可知，僅需消耗檸檬酸與碳酸氫鈉共約30g，其中碳酸氫鈉為16.8g，檸檬酸為12.8g，體積重量極小。

為了確定反應能否迅速產生足夠量的氣體，使用戶在1分鐘內獲救，進行大量實際實驗。利用轉化法將CO2體積轉化為易于測量的排出的水的體積。經實驗測得，使用33.6g碳酸氫鈉與25.6g檸檬酸在50mL水中反應50秒時，CO2體積達4.6L。

盡可能使產品體積小巧，控制50mL水足以迅速觸發反應，而檸檬酸與碳酸氫鈉溶于水后，水的體積不會明顯增加。這也保證了上述反應氣囊的體積能保持在50cm?左右，因此不涉及用水量的探究。同時為了進一步縮小產品體積，可采用高彈性天然乳膠充氣袋。采用層的氣囊結構盛裝化學藥品，氣囊內分別放置適量的檸檬酸溶液和碳酸氫鈉溶液作為化學反應物。其中，碳酸氫鈉被放置于由偏聚氯乙烯或其他彈性延展性較差、強度不高的內部囊狀結構中，以水溶液的形式密封起來。內囊外部充滿檸檬酸，整個外部氣囊由彈性延展性強的天然膠乳構成。發生溺水危情時，通過擠壓氣囊外部，即可使內部氣囊破裂，碳酸氫鈉水溶液流出與其外的檸檬酸充分反應。氣囊體積也約為50cm??？梢詽M足用戶對產品的體積要求。

3.2 氣囊模塊的結構設計

計時與時間顯示功能在現有電子手表中已經得以成熟的運用，其功能模塊已十分微小，且具備防水功能。防誤觸功能可以利用現有卡扣結構為氣囊提供外殼保護，如遙控器后蓋對電池的保護。正常游泳時，卡扣外殼使氣囊免于擠壓;用戶溺水時，可以摳開卡扣，擠壓氣囊。循環使用功能，即設置結構使氣囊可以取下，重新安裝即可，如利用帶有按扣的布帶連接氣囊與主體。

整合上述功能構件，為模塊化設計。分別由鐘表模塊和漂浮裝置兩部分組成一體，漂浮繩與漂浮裝置組成一體，卡扣部件與固定外殼也組成一體。

漂浮裝置中的氣囊結構可加工為立方體型，這樣更利于溺水時用戶懷抱。為確保膨脹后氣囊結構仍保持足夠強度，避免溺水者用力過大或劃破氣囊，其膨脹后的壁厚應不小于1mm，即乳膠氣囊的質量規格應不小于3g。

卡扣部件需包裹漂浮裝置，漂浮裝置的原始體積可近似為化學藥品所占體積，約為50mL。以球形加工，則卡扣部件的空腔直徑不小于5cm。部件材質可為透明PC，為保證足夠硬度及磨損，卡蓋的厚度應不小于2mm。

鐘表模塊附著于固定外殼一側。整個自救裝置類似于手表的外形，并佩戴在手腕處。核心部件的寬度和長度均不大于5cm，腕帶展開長約為260mm為宜。

4 結語

以良好的用戶體驗為設計目的，深入分析目標人群生理和心理需求，發現現有產品問題，將多學科技術知識交叉運用，通過大量的實驗對設計方案進行校驗與優化，可以為產品的改良與創新設計提供更加寬廣的空間。

參考文獻：

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作者簡介：李曉英（1973—），女，碩士，副教授，研究方向：產品設計，信息與交互設計。