基于集成創新理論的礦用救生艙設計研究

孟皓 賀孝梅

摘要：在煤礦事故頻發的背景下，礦用救生艙是被困礦工在井下避難時最有力的保障。這要求礦用救生艙具備更全面的功能、合理的空間配置及良好的舒適性。文章以集成創新理論為指導，調研分析國內礦用救生艙及用戶需求，應用集成創新方法和人機工程學進行礦用救生艙優化設計，提出礦用救生艙優化設計原則，為未來礦用救生艙的設計提供可行思路。

關鍵詞：集成創新;礦用救生艙;用戶需求

中國分類號：TB472文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）01-0151-02

目前，人們對于礦用救生艙的關注重點仍停留在技術層面，很少從用戶的角度來思考問題，忽視了用戶在救生艙內避險時的生理需求和心理需求。因此，通過集成創新理論中功能集成、空間集成及人機工程學對礦用救生艙進行革新，提高礦用救生艙的品質是十分必要的。

1 礦用救生艙研究現狀

礦用救生艙又被稱為礦用安全艙，指礦井下發生安全事故時，井下工作人員用于逃生、避難、等待救援，從而為后續救援行動贏得時間的密封裝置。礦用救生艙對外能夠抵御爆炸引起的塌陷和沖擊波，隔絕有毒有害氣體，對內為避險人員提供氧氣、食物和水等生存必需品，去除有害氣體，提供96h以上的生存環境，同時可以通過艙內通訊監測設備引導外界救援[1]。2010年智利33名礦工被成功營救的案例轟動世界，礦用救生艙在救援過程中起到舉足輕重的作用，引起了各方重視，各國都進一步加大了對礦用救生艙的研究力度。十二五期間，“礦用可移動式救生艙”項目是國家重大科技計劃中“遇險人員快速救護關鍵技術與裝備研究”項目的子項目，科研主旨是研究礦業重大災害應急救援的關鍵技術，為礦工在災難環境下提供穩定、安全、可靠、保障齊全的生存空間，把災害造成的損失降到最低。目前，國內已有超過30家企事業單位從事礦用救生艙的研究和生產，且隊伍還在不斷壯大。

2 集成創新理論與方法

2.1 集成創新理論

集成創新的思想于1912年由經濟學家約瑟夫·熊彼特提出，他把創新界定為“新的生產函數的建立”，即實現生產要素和生產條件的一種新組合[2]。集成創新就是將新的設計要素進行優化、搭配和整合，將元素按照最優化方案進行有效地組合，促使創新要素之間相互融合、滲透，提高創新系統的整體功能，形成獨特的創新能力和競爭優勢，實現完美的創新效果。

2.2 集成創新方法

功能集成：一方面，是指功能合并，將功能重復的部分合并成一個系統，以此來減少設備冗余、合理利用空間、降低學習和使用成本;另一方面，是指功能互補，具備不同功能的子系統既能單獨工作，必要的時候也可以協調運作以應對突發事件。

空間集成：指從用戶需求出發，對空間進行合理配置，將原有及新增的部分視為一個系統進行設計、改造、布置。也可以理解為把不同類別、層次的空間要素進行合理搭配及整合，相互補充，實現新舊要素的融合，最終獲得各自相關但又獨立的新系統。

3 礦用救生艙的存在問題與用戶需求分析

3.1 礦用救生艙的存在問題

從中國礦業救生艙十大品牌企業中選取了5款當前國內市場上已經投入使用的礦用救生艙作為樣本進行研究，發現普遍存在下列問題：

1）空間利用不合理。生存艙是事故發生時避險人員休息、等待救援的主要場所，其中物品存儲空間、生存設施及設備放置空間和人員可活動空間分配存在缺陷，導致避險人員休息時取用物品和使用艙內設備不方便。

2）環境差。從表1可以看出，大部分礦用救生艙都是以不銹鋼板直接作為艙壁，這會給其中的避險人員以寒冷、陰暗的感覺，容易滋生避險人員焦慮、恐懼的心理。

3）功能不足。現有礦用救生艙上所配備的產品和設施的功能僅能夠滿足生存最基本的需求，忽視了避險人員其他方面的需求。

4）舒適性差。救生艙中的座椅是避險人員休息的唯一工具，但目前救生艙中的座椅舒適性很差，且缺乏供重傷員使用的專用座椅，即使沒有重傷員，避險人員也可以輪流到座椅上休息。

3.2 用戶的需求分析

3.2.1 生理需求分析

根據需求層次模型[3]，人類的基本需求是按照一定等級排列的，生理需求在所有需求中占有絕對的主導位置。生理需求指人對于食物、水分、氧氣、居住條件、排泄以及休息等的基本生活條件的需求。如果沒能滿足這些生理需求，被困人員就會傾盡全力來滿足自身生理需求，從而分散其精力，影響救援進行。因此，被困人員除了水、食物等基本生活品，還需要營養品、急救包、舒適的座椅、合適的溫度和濕度等。

3.2.2 心理需求分析

在發生災害時，被困人員的心理需求接近于需求層次中的安全需求。在煤礦事故中被困與在地震災害中被困有比較大的相似性，因此參照地震災害中被困人員的心理進行分析。根據李天義l41對200名在地震中被困人員心理問題的分析，可以總結出當人因災害被困時的心理問題有以下幾個方面：

1）恐懼心理。恐懼是人們在災害發生后產生的主要情緒，面對突發災害，被困人員的安全感會迅速減弱，不確定感增強。具體表現為擔心自己無法成功獲救、不能再見到親人的想法。

2）憤怒心理。災害發生后，被困人員會因為無法接受被困的事實，認為救援行動緩慢而產生憤怒情緒。憤怒是一種繼發性情緒，被困人員之所以憤怒是為了掩蓋自己的悲傷情緒。

3）絕望心理。被困人員在等待救援的過程中，會因為自身傷勢難以承受或無法與外界獲得聯系的情況下而產生焦慮感，焦慮感隨著被困時間的推移上升為絕望感。

上述是災害發生后被困人員最容易產生的三種心理問題，因此救生艙中的避險人員需要相應的精神類藥物、與外界的即時通訊、溫暖舒適的環境來幫助他們緩解緊張的情緒，克服心理問題，穩定等待救援并配合救援行動。

4 基于集成創新理論的礦用救生艙設計原則

通過對市場上現有礦用救生艙進行調研，結合避險人員的生理需求及心理需求，運用集成創新理論及人機工程學，提出礦用救生艙優化設計應遵循的設計原則。

4.1 功能性原則

事故發生時，避險人員在救生艙中的需求是多樣的，應盡可能將更多災害中會用到的產品功能整合到救生艙中，來滿足特殊情況下避險人員的需求。例如，可以將suwu設計工作室設計的一款非常實用的產品LW-01應用到救生艙中。如圖1，在礦泉水瓶瓶蓋上增加一個儲備藥品的附件，將災害中需要的藥物存儲在附件中，既可以為避險人員提供飲用水，也可以提供必要的藥品，從而節省救援成本，提高效率。這是典型的功能集成，將兩個原本相互獨立的功能進行互補，在災害發生時可以有效地協調運作。

4.2 系統性原則

在礦用救生艙優化設計中，將全部產品視作一個系統，各個產品視作子系統，從系統的角度進行空間配置。救生艙的空間十分有限，將結構復雜的產品集成到系統中是不可取的，結構復雜的產品自身穩定性比較差，并且復雜的結構會導致其很難與系統中其他產品相協調。因此，要把簡單的產品整合到一起進行系統設計，在合理分配空間的同時要保證各子系統既可以獨立工作，也能夠協調工作。

4.3 易用性原則

礦用救生艙的易用性是十分必要的，其使用人群主要為礦工，文化水平相對偏低，而且是在情況危險、內心十分緊張的狀況下使用這些產品，簡單明了的操作步驟、明確的標識、清晰的結構層次可以使避險人員避免錯誤操作，也能幫助其在較短時間內完成對這些產品的使用來達到自救的目的。因此，使用功能集成和空間集成對礦用救生艙進行設計時，必須考慮產品單獨及協調使用時的易用性。

4.4 舒適性原則

煤礦事故發生后，避險人員在救生艙中等待救援的時間是比較長的。避險人員在救生艙中基本處于坐立姿態，應根據人機工程學的人體尺寸改良救生艙中的坐具。同時.設置供重傷員休息的專用座椅，如在沒有重傷員時避險人員可以輪流使用座椅進行休息。此外，還要考慮避險人員心理上的“舒適”，改良現有礦用救生艙的內飾，使用看上去堅固的形態以增強安全感;采用統一的、系統性的造型風格增強安全感和舒適感;以能夠使人鎮定、給人安全感的顏色作為救生艙艙壁的主色，以此來緩解恐懼、焦慮的情緒。

5 結語

傳統的礦用救生艙已經難以應對井下發生事故時的復雜條件，也很難滿足避險人員的各項需求，優化礦用救生艙是煤礦安全設備發展的必然趨勢。在對礦用救生艙進行優化設計時，不能僅僅局限于材料及工藝等技術方面，應該從使用者的生理和心理需求方面考慮，運用集成創新的方法進行設計，把握好產品的功能性、系統性、易用性和舒適性，讓避險人員穩定、高效地等待救援。

參考文獻

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