邊緣地區生態廁所可持續設計

任鐘鳴

摘要：為改善邊緣地區公共廁所的現狀，研究切實可行能解決該地區衛生如廁問題的設計方案，并對此進行深入分析。文章對邊緣地區存在的具體問題，可持續設計介入的必要性，生態廁所的具體內容和實際案例等進行綜述。總結出邊緣地區生態廁所可持續設計策略。該策略為今后該領域的研究人員提供了一定的參考。

關鍵詞：邊緣地區 生態廁所 可持續設計 生態設計 產品設計

中圖分類號：TB47

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2021）05-0132-04

引言

相關數據表明，直到2015年，全球仍有約為40%的人口缺少安全衛生且完善的廁所，其中超過6.73億人依舊隨地排便，生活在農村地區的人口約有50%缺乏完善的衛生設施。由于這些嚴重的問題，近些年來國內外逐漸開始重視邊緣地區的衛生設施條件。在國內，習近平總書記在視察鄉村工作時曾強調過“廁所雖小，卻與民生相關聯”，2017年又對推進“廁所革命”工作取得的成效做出總結，并提出相應的指導意見，強調各地要因地制宜，堅定不移地繼續推進“廁所革命”工作;在國際上，比爾和梅林達.蓋茨基金會也先后組織了“廁所創新挑戰項目”及“重新發明廁所挑戰”等活動，為全世界無法獲得完善、負擔得起的衛生設施的24億人提供可持續的衛生解決方案。因此，針對這一社會關注的焦點，本文從邊緣地區的內涵和存在的問題入手，探討相應的解決方案。

一、邊緣地區的內涵、存在的問題

邊緣地區通常有兩個特點：其一是這些地方的歷史背景、工藝、材料等仍然保持著較為濃厚的手工藝色彩;其二是經濟上仍然處于解決日常溫飽的初期階段，技術上傾向于使用易于掌握和易于實現，低廉而快速可行的低技術。

這類地區通常也是精準扶貧的重點地區，長期以來的各項實踐表明，精準扶貧需要經濟、社會、生態等各方面的全面提高。如果只注重經濟上的脫貧，而忽略其他兩個方面，扶貧的效益仍然是不經濟的，而且還會損害子孫后代的可持續發展。而邊緣地區經濟要想得到可持續發展，一方面離不開良好且持久穩定的生態環境、自然資源的支持，另一方面要靠傳承并發展本土文化、傳統工藝，激發可持續的創造力2。其中，自然資源是根本，本土文化只有在保護當地生態環境的基礎上才能更好地傳承下去。

然而近些年來，邊緣地區的生態環境正面臨著越來越嚴峻的挑戰。以沖水馬桶為例，它通過建立城市管網的方式進行沖水式排污，這一人類文明史上最偉大的發明雖然給我們帶來了極大便利，但是這種方式使得淡水資源極度浪費、基礎設施建設投入巨大、污水處理成本不斷升高，以及有機質大量流失，已經不能適應當今社會面臨的一系列嚴重問題：環境惡化、人口激增、資源匱乏等[3]。

大部分邊緣地區缺乏最基本的衛生設施和市政網管，不論是從基礎設施的建設成本的角度來說，還是從當地生態環境的角度來說，一味復制城市人民使用的沖水馬桶都是不明智的，尤其是中國北方缺水地區，例如山西省的貧困地區，為了改善三農問題，政府大力推行農村旱廁改造項目，盲目將旱廁改造為水廁，增加了配套基礎設施的成本，污水排放量，清掏頻率及其成本。由此可以看出，如果邊緣地區盲目效仿城市建立水沖廁，會使得旱改水的效果不理想，對當地生態環境也會造成嚴重污染。

近幾年來由于廁所革命的熱潮以及蓋茨基金會發起的“重新發明廁所挑戰”，邊緣地區的廁所問題開始被人們所關注。經過社會各界的努力，很多地區的公共廁所有了很大的改善，但依然存在著不少問題：設計師一度僅僅關注廁所的建筑風格、空間布局、潔具外觀、品牌等面子工程上的表面設計，而忽略公共健康、環境保護和資源的再利用等綜合訴求[4]。不僅影響了村民的生活水平，增加了設施運行維護成本，更造成了大量水資源的消耗，破壞了當地的生態環境。

二、可持續設計介入的必要性

可持續設計來源于可持續發展的理念，是以良好、穩定的自然資源、生態環境為前提和基礎，設計出“能滿足當代人的需要，又不損害子孫后代的需求”的產品、服務或系統[5]。相較于傳統的產品設計來說，可持續設計運用系統思維來對待產品，設計產品時不單單以用戶作為根本考慮因素，而是將用戶置于以環境、社會、經濟為主的有機整體中，以保護生態和實現全人類可持續發展為目標。

正如今天邊緣地區公共廁所的設計，隨著政府部門的重視，社會各界人士的努力，很多地區的公共衛生條件有了相當大的改善，其設計并不局限于廁所本身，而是整個衛生系統。即充分考慮管理人類廢物所需流程的所有組成部分，如收集、儲存、運輸、處理、排放或再利用等。“廁所革命”的定義也說明了這一觀點，即“廁所革命是一場循序漸進的系統舉措，其目標在于采取適當的方式，確保人類與排泄物的衛生隔離。為用戶提供衛生舒適的空間，防止人類排泄物對環境的污染，最終實現資源的循環利用山”。

因此，可持續設計可以有效介入邊緣地區的公共廁所的設計實踐中，其設計目標是以可持續的方法系統解決該地區的衛生如廁問題，具體來說，是在對環境影響最小的前提下，將廢棄物的處理從無害化轉變為資源化，采用人性化設計的方法，有效滿足人們如廁的各方面需求，同時獲得可持續的運行和管理能力，最終幫助人們形成健康且良好的衛生習慣并塑造環保意識，構建一種新型廁所文化[4]。而這種具有“減量化、無害化、資源化”及“零污染、零感染、零廢棄物”特性，使人類糞便資源產業化成為可能的公共廁所，也叫生態廁所6。

三、生態廁所的內容和分類

20世紀初期，德國建筑師Leberrecht Migge首次提出生態廁所的理念并且將其付諸實踐，1985年，瑞典生態專家Uno Winblad又進一步對生態廁所進行研究7，希望能解決水沖式廁所帶來的淡水資源浪費與污染問題。他認為生態廁所不僅要滿足衛生功能，更應滿足環境友好的要求，以減少水資源消耗為特點，并能充分利用各種資源，強調污染物自凈和資源的循環利用。其根本目的是為防止疾病的傳播、通過資源化再利用來減少水資源的消耗與污染。

按照排泄物處理方式的不同，國內外現有的生態廁所大體上可分為三大類，如表1所示：免水沖型、節水型和循環水型的生態廁所。

其中，節水型生態廁所的核心在于通過改進抽吸設備、便器以及除臭裝置來達到節水的目的。與傳統旱廁相比，具有節約用水、便于清潔、控制臭味、方便安裝等優點，但造價成本也略高于傳統廁所。主要類型有除臭型和真空型廁所，二者分別改進了除臭裝置和抽吸設備，以達到節水的效果。

循環水型生態廁所則是通過對糞尿進行物理、化學處理來獲得潔凈水，以達到循環利用水源沖洗廁所的目的，主要技術工藝有：多級生化組合、新型填料、優勢菌種、微生物生長促進裝置、溫控裝置、電滲析裝置、物理除沉裝置、脫色脫臭裝置等。雖然循環水型生態廁所的減污節源的效果好，但其工藝流程復雜，操作不簡便，后期維護難度較大，造價也相對較高。

以上兩種類型的生態廁所由于受到技術、成本及環境的限制，在邊緣地區并不常用，如圖1所示。因此目前國際上使用較為普遍的是免水沖型生態廁所，是指耗水量為零，且不需要用水對便器進行處理的生態廁所，根據其處理方式的不同可具體分為打包型和處理制肥型。

打包型生態廁所主要是由便器、可生物降解薄膜制成的包裝袋、和簡易機械裝置所構成。當用戶如廁結束離開時，簡易裝置會自動開啟將排泄物進行打包、密封，以防止臭氣外泄。經過處理后的糞便袋會自動滑入地下的集裝箱內，再定期由環衛部門人員輸送到糞尿處理場進行無害化處理。它的優勢在于在這個過程中不留下殘余物，且不需要浪費任何水源。

處理制肥型生態廁所，其本質是通過生物反應基質、加熱或直接靜置的方式使排泄物就地發酵成為有機肥，特點在于安裝了一個生化反應器，糞便進入反應器之后，使其與反應器中定期補充的生化填料接觸，在微生物的作用下進行降解，同時在這個過程中產生的高溫可以消滅各種致病菌，發酵之后的糞便又可變成農業化肥，施于農田，提高農作物產量，另外，在此過程中產生的沼氣，可以作為燃料使用[8]。

為了更好地理解上述理念，下文將簡單介紹邊緣地區的生態廁所設計實踐案例，并將重點放在免水沖型生態廁所的產品設計層面。由于這類廁所不需要上、下水設施進行水沖及“黑水”排放，其在產品構成上主要包含用戶如廁過程的交互和排泄物儲存、處理這兩部分。

四、生態廁所設計實踐案例

（一）西藏地區集成式生態廁所

該項目是在2017年，由清華美院的協同創新生態設計中心團隊與昆山的昱庭公益基金會聯手合作，為西藏那曲地區設計的集成式生態廁所[3]。

那曲地區位于西藏北部，青藏高原腹地。當地海拔較高，多高山峻嶺，地形較為復雜，并且氣候嚴寒干旱，晝夜溫差較大，多為大風天氣，生態環境極其惡劣。衛生設施也不完善，其便器工藝粗糙、工業化水平低，嚴重影響了當地居民日常如廁需求。

設計師前往西藏那曲地區進行現場調查后，針對當地生態環境十分脆弱、衛生條件極差以及缺水問題嚴重等問題，設計了兩款廁所，其中之一就是無水型生態廁所，如圖2所示。這套廁所系統需要的能量可通過太陽能電池板獲得。由于糞、尿具有不同的理化特征，為了加快排泄物的制肥速度，其便器采用了糞尿分集的方式，即尿液基本無害且肥效較高，單獨收集后經過短時間靜置即可對土壤進行澆灌，這樣可以防止在混合收集后經干燥而導致營養素流失;糞便在避免了被稀釋后，制肥時間大大縮短。這種糞尿分集式便器配合單獨的男士小便器可收集大部分尿液，并且減少便器附近污染情況。經過處理后輸出的液肥和糞肥，可以用于當地農作物的施肥，果樹、草場的綠化，盡可能做到糞尿資源化利用。此外，利用無水處理技術，還可以從排泄物中提取純凈水，用于沖洗廁所。這是目前比較適合西藏地區的排泄物處理方式。

（二）農村蹲坐一體式生態旱廁

該項目是由清華大學美術學院生態設計研究所針對中國缺水地區所設計的農村蹲坐一體式生態旱廁，該設計先后獲得2019年的DIA中國設計智造大獎中的佳作獎和2020年的GOOD DESIGN AWARD優秀設計獎等多項獎項，并于2019年量產[9]。

該便器可以兼顧不同的需求，它既可以作為農村地區最常見的蹲便器使用，也可以方便地轉變為坐便器，如圖3所示。從改造廁所的角度上來說，“兩用”廁所并不是剛需，甚至還會增加不必要的成本，但設計師在實際調研中發現為這樣的需求而設計是很有必要的。一方面是因為農村的老年人占很大一部分比例，這類群體通常身體機能老化，血管調節反應較差，下蹲對于他們而言是一件吃力且非常危險的事情，起身太快容易導致頭暈甚至站不穩而摔倒。另一方面是因為邊緣地區的人們一直使用并且習慣于蹲便器，突然要使用坐便器需要有一段時間的適應期。因此為了盡可能滿足人們的兩種需求，設計師由此而設計出讓當地居民逐漸習慣坐便的過渡型便器。

從人機工程學的角度出發，為了實現蹲坐兩用的功能，設計人員同時考慮了這兩種如廁狀態下用戶對相關產品的使用參數要求，即使用蹲便器時，涉及到的人體參數主要包括：使用蹲便器時兩腳間分開站立的距離、手部進行動作時上肢活動的范圍、下蹲時人體前后兩個方向所需的空間以及蹲姿狀態下取衛生紙等物品時上肢的活動范圍;使用坐便器時，涉及的人體參數則包括：站立時腳踩位置與坐便器的位置關系、手部進行動作時上肢活動的范圍、下坐時人體前后兩個方向所需的空間以及坐姿狀態下取衛生紙等物品時上肢的活動范圍。設計人員據此花費了大量時間制作泡沫草模型用于前期人機研究，制作樣機人機測試以不斷調整相關尺寸，為用戶提供人性化的如廁體驗。

設計師分別設計了一體式底臺和水泥式底臺生態廁所，如圖4所示。前者為一體式，底臺更便于施工安裝，但成本也較高。后者用水泥臺代替底臺，一方面可以根據具體廁間大小來調整平臺尺寸;另一方面也可以在施工安裝時根據用戶身高體型進行小范圍改動，使其更符合人機關系。設計師經過反復測試后最終選擇了水泥式底臺的生態廁所，因為其可以降低成本，以便于大范圍推廣。

由于中西部地區冬季較為寒冷，且通常廁所不入戶，即廁所建在自家附近，因而傳統塑料材質在低溫下十分寒冷。據此，設計師在設計便器的黑色坐圈部分時，選用具有一定保溫性的高密度EPP彈性泡沫來代替塑料材質，以提升老年人在冬天的如廁體驗。而馬桶其余座圈部分和底臺則是由樹脂制成，具有重量輕而且移動性好的特點。

該廁所系統采用無水收集方式，可以在缺水的情況下存儲糞便并且有效分解這些廢棄物，從而降低清掏頻率、降低維護成本。便器和儲糞池采用了糞尿分集的方式，在此過程中加入微生物菌劑，使糞便可以有效腐熟分解，從而實現物質循環。這種資源化再利用的設計，使得該系統不僅可以避免污染環境，降低經濟成本，還可以有效防止由排泄物導致的疾病傳播。

（三）Loowatt無水廁所

Loowatt廁所由設計師Virginia Gardiner所設計，Loowatt在“重新發明廁所挑戰”中獲得了蓋茨的資助，現在該廁所設計已得到量產[10]。

Loowatt是一個專為發展中國家設計的免水廁所服務系統，內置低成本的機械密封單元，如圖5所示。這種機械式生態廁所鼓勵人們用排泄物來換取生物燃料。其特點在于其便器擁有一個可生物降解的薄膜袋，可將排泄物裝在其中，抑制氣味的專利技術保證了它不會散發出異味。一旦裝滿，用戶可以將排泄包裝帶到一個室外的厭氧消化池，換取一些清潔肥料和免費的生物燃料[10]。相關服務團隊也會每周更換補充一次可降解的袋子，當收集器被填滿或有東西損壞時，居民也可以通過短信尋求服務。與西方的水沖廁相比，這種人工參與的設計方案也許看上去很過時，但是在邊緣地區一旦出現干旱和洪澇等災害，這種生態廁所將能幫助人們在惡劣的環境中正常如廁，因為Loowatt運作不需要水，也不需要外部能量供給。

可以看出，Loowatt廁所形成了一個合理的排泄物處理機制，實現了完全無水、無臭、無污染以及資源化。解決邊緣地區缺少沖水設備等問題，鼓勵用戶妥善處理廢物，減少污水傳播疾病的發生，并能提供一種可靠的能源來源。

目前Loowatt針對不同地區，已擁有多個不同版本的廁所設計，使用相同的核心技術，滿足特定的社區應用需求;此外，Loowatt的廁所采用的是3D打印技術，而不像傳統廁所采用高級的陶瓷材料，這樣可以大大降低生產成本。這個機械密封單元甚至能安裝在任意形狀、尺寸和規格的馬桶上，通過使用現成部件和當地材料來使其價值最大化，生產安裝效率較高，節省空間。

五、優化策略

通過以上分析可以看出，免水沖型生態廁所能夠有效實現邊緣地區的生態良性循環，同時為了符合各個地方環境及各類條件限制，國內外設計師在使用方式、處理方式上均進行了不同程度的設計改進。基于這些前期研究和案例分析，以下總結了四點邊緣地區生態廁所可持續設計的基本設計理念：

（一）資源化再利用

資源化再利用，具體來說指的是將廢物直接作為原料進行利用，或對廢物進行再生利用。生態廁所正是基于這樣的理念，其本質是實現養分循環，即人類排泄物經過無害化處理成為優質農業肥料，再次進入土壤促進農產品生長的過程1。這種方式使人體排泄物達到了無害化、零排放、資源化與再循環，不僅可以避免環境污染，降低農業成本，還能有效防止疾病傳播。

（二）低技術優先

低技術是指為大眾所掌握并為其服務的技術，而不是落后的、已被取代的技術。低技術對應用程度的要求不高，方便人們掌握和運用，目的在于簡單、低成本而有效地解決當地的問題，非常適合用來改善邊緣地區人民的生活[12]。因此對于邊緣地區來說，不必盲目追求高科技，而是應根據成本和當地條件，因地制宜，充分利用有限資源，探索適合自身發展條件的低技術來設計生態廁所。

（三）以人為本

可持續設計聚焦于人類福祉與地球資源的平衡，引導設計從關注“綠色設計”轉變為關注“為社會公平與和諧而設計”，從關注生態發展轉變為關注弱勢群體3。設計師應采用包容性設計的方法，推動設計向公平公正的方向發展，關注在邊緣地區的群體，在設計的各個階段真正了解他們的實際需求。另外，我國南北方在氣候特征、歷史文化和風俗習慣上存在較大差異，應遵循因地制宜原則，根據當地人的使用習慣來提出相應解決方案，設計出符合當地條件且更人性化的生態廁所。

（四）通過設計引導用戶

邊緣地區要想真正有效推進生態廁所，實現生態良性循環，需要設計師發揮邊緣地區人們的主觀能動性，引導他們的行為，以實現可持續的生活方式。當前在生態環境危機這個問題上，人的主觀能動性還沒有被全面激活，主要是由于當地居民還沒有意識到環境危機，或已經意識到，但是因為生活慣性的存在，不愿意改變原有的生活方式[14]。因此設計師需要思考如何通過設計改變用戶的認知和思維方式，并通過給予正向積極的反饋獎勵，進一步引導用戶的行為。

結語

雖然社會各界人士正在大力推進廁所革命，但大多數廁所設計為了政績工程、面子工程只注重表面，邊緣地區真實的如廁問題和需求往往較少被設計師所關注，實際上這些地方由于盲目普及水沖便器而帶來了很多諸如水資源浪費、地下水污染等新的問題，因此十分有必要為這些地區設計生態廁所，以達到減污節源的目的，從而實現生態良性循環。

本文將國內外生態廁所研究現狀進行分類闡述，并通過優劣勢對比，得出免水沖型生態廁所是現今最適合邊緣地區的設計方案。在此基礎上，列舉了三個相關案例進行分析，最終總結出邊緣地區可持續生態廁所的四點設計理念，為今后該領域的研究者提供了一定的參考。。

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