基于人性化需求的家用微高壓氧艙設計分析

■童雨薇，黃 剛，孫德林

(1.中南林業科技大學材料科學與工程學院，湖南長沙 410000；2.湖南卓譽科技有限公司，湖南長沙 410000）

隨著新型冠狀病毒肺炎疫情爆發，人們對于呼吸系統疾病的關注度陡然增高。新型冠狀病毒對人體肺部功能有極大損傷，家用微高壓氧艙可以讓患者在微高壓環境下吸入高濃度氧，以起到提升血氧含量，改善身體機能，緩解身心疲勞和輔助疾病康復的效果。家用微高壓氧艙作為輔助調理產品在新型冠狀病毒肺炎疫情結束后需求量將大幅增加。同時，家用微高壓氧艙為居家健康療養提供符合需求的基礎設備條件。由于家用微高壓氧艙產品功能的專業性，設計時除了需考慮造型、材質、色彩、結構、功能等多個因素，還需著重考慮產品與使用者之間的關系，產品形態特征需滿足使用者人體舒適度需求，同時符合使用者情感化需求。本文基于家用微高壓氧艙的人性化需求，對家用微高壓氧艙產品的造型進行設計優化，使其更加符合用戶的行為特征，體現了產品設計的人文關懷。

1 研究背景

1.1 家用吸氧設備市場需求

隨著工業化進程的加快，空氣污染加劇，呼吸系統疾病的發病率逐年上升，許多慢性呼吸系統疾病患者在醫院治療后，仍需要在家中接受長期的護理治療[1]。氧療是緩解呼吸系統疾病最直接、快捷、安全的方法：通過提升血氧含量、溶解血液中的氣泡來刺激創傷愈合、促進循環代謝、改善心肺功能進而促進康復。同時，吸氧能夠一定程度改善人體機能、提升睡眠質量、緩解神經疲勞、放松身心、提高工作效率[2-3]。家用吸氧設備主要適用于患有慢性呼吸系統或輕度心血管疾病的患者、免疫力較低的兒童、孕婦及中老年人群等；而用腦量較大的學生和白領也能通過補氧迅速恢復血氧濃度、增強大腦供氧、提高記憶力與思維能力，使腦功能得到迅速恢復和提高。許多重視醫療保健的家庭也開始選擇使用制氧機定期進行家庭氧療，提升家人的健康狀態。此外，吸氧設備不僅能滿足家庭氧療的需求，還能運用于療養院、度假村、健身房、辦公室等場所，滿足不同使用者健康保健需求。

1.2 家用吸氧設備使用現狀

高壓氧相較于常壓氧有其不可替代的優勢。在實際運用中，高壓氧可劃分為醫用高壓氧與民用微高壓氧。醫用高壓氧艙一般氧壓較高，氧氣濃度可接近100%的純氧，其體積龐大，可移動性低，且使用流程復雜，需要配備專業醫護人員進行操作。而民用微高壓氧艙吸入氧濃度也可達到30%-50%，艙體體積較小，移動性較強，可由使用者單獨操作。且相較于常壓氧療，微高壓氧療在大于一個大氣壓的環境下吸氧，使吸氧者的血液氧分壓更高，氧彌撒距離更遠，氧療效果更顯著。

1.3 家用微高壓氧艙設計現狀

家用微高壓氧艙是借助密閉、安全的壓力容器，讓使用者在略超過1個標準大氣壓的壓力（微高壓）環境下吸入高濃度氧氣，從而發揮對某些人群或者疾病的保健和康復輔助作用。目前家用型微高壓氧艙的使用形態以臥式為主。從產品外形而言，氧艙的色彩構成主要以白色和藍色為主。從產品結構而言，依據使用場景的不同，已設計研發出硬體密閉式氧艙和軟體密閉式氧艙，如圖1(a)和(b)所示。硬體氧艙可以用于固定場所，如住宅、理療會所等場地；軟體氧艙具有便攜性的優點，可以運用于移動性強的場所，如辦公室和戶外等場地。后又研發出半躺式軟體氧艙，如圖1（c）所示，半躺式軟體氧艙所占體積更小，攜帶更便捷。隨著技術逐漸成熟，可供2-4人同時使用的多人軟體微高壓氧艙誕生，如圖1（d）所示，可滿足聚會休閑、座談辦公等需求。這些產品可滿足吸氧功能的要求，但在造型上缺乏科技感。

■圖1 不同類別的微高壓氧艙

2 家用微壓氧艙設計的人性化需求

人性化是指在產品的設計過程中，以人的思維方式、人的心理情況、人體的生理結構以及人的行為習慣為依據，在基本性能與功能得到滿足的基礎之上，對產品進行優化，使人們在使用過程中感到舒適、方便[4]。在設計過程中把人的因素放在首要位置，堅持“以人為本”的設計準則。設計過程中著重對人這一主體的生理要素與心理要素進行人性化分析[5]，以滿足消費者需求。

2.1 生理要素需求

家用微高壓氧艙使用者的生理需求要素主要以人體生理結構和尺寸數據為依托，在設計時要注意人機需求、更適合使用者操作、避免因設計失誤造成的損傷[6]。在“人-機-環境”中，家用微高壓氧艙與人的關系密切，設計需遵循“以人為本”的設計原則[7]，主要包括功能要求、尺寸要求等。

2.1.1 功能要求

根據對目前市場上的微高壓氧艙產品的調研發現：微高壓氧艙的適用使用人群主要的需求是提升血氧含量，以促進身體代謝和滿足其他健康需求。故此類產品的主要功能需求有：①供氧需求，氧源出氧口氧濃度應不低于80%，艙體內氧氣濃度約為25%-30%。②氧壓需求，氧艙運行時內部壓力約為25-35kPa（低于50kPa）。③安全需求，需配備手動安全閥和緊急停止按鈕，以防突發停電導致智能系統失靈后的安全危險。

2.1.2 尺寸要求

目前市場上主流的氧艙艙體設計主要為臥式或半臥式，但臥式氧艙的進出較為麻煩，對于腿腳不便的老人和孕婦不夠友好。而坐式氧艙更能方便使用者進出，且以現有按摩椅的尺寸為例，坐式氧艙所占空間較小，更符合家用產品設計需求。本次設計以人體坐姿尺寸為依據，參照GB 10000-1988《中國成人人體尺寸》標準中的人體坐姿尺寸，依據這些尺寸數據，可以設定包裹按摩椅的微高壓氧艙外殼尺寸，需要預留一定的活動空間及安全防護設施安裝空間。

2.2 心理要素需求

家用氧艙設計中的心理要素需求是指符合使用者情感特征的設計需求，是產品滿足吸氧功能前提下提出的對使用體驗的關注[8]。

在本能層次上，智能微高壓氧艙這類具有科技感和未來感的產品，造型設計可采用仿生法結合設計流線型輪廓線，使產品更具自然動態。在色彩上可選擇黑、白、灰、藍、綠等基礎色及冷色調的配色，同時利用色彩搭配、組合形式上的設計，構建產品的色彩美。在材質肌理上，需表達安全可靠的設計語言，框架可選擇硬度較大、支撐性能良好的金屬材料。而氧艙內部為使用者提供舒適柔和的氧療環境，可以用皮革、硅膠等軟質材料。

在行為層次上，需依據產品的操作流程進行合理規劃，根據圖2所示的家用微高壓氧艙的產品使用流程，需具有即時交互性，通過檢測當前使用者的健康狀態進行實時反饋，以提升產品的可操作性。由于使用人群中有老人和行動不便的患者，故在產品實際使用部分還需考慮無障礙化的包容性設計，提升產品操作易用性，體現設計的人文關懷[9]。

■圖2 家用微高壓氧艙產品使用流程圖

在反思層次上，產品要符合使用者的審美訴求，從而產生內在的吸引力，達到一種精神上的認可[10]。微高壓氧艙作為醫療保健產品，設計時需考慮使用人群的心理接受程度，由于氧艙要求使用狀態全程密閉，艙體的內部應有適當活動空間，且有部分透明可供使用者觀察外部的窗口，避免使用者因氧艙長時間密閉而產生恐懼心理。

2.3 安全要素需求

針對氧艙的使用人群，在設計時應注意產品的包容性，如設計防滑防震墊、扶手和緊急呼救器等設施，且對進出氧艙行為流程進行便捷設計，讓使用者操作無障礙。與此同時，也需要提供一定的安全預案措施，包括手動安全閥、自動恒壓安全閥等。由于氧艙功能的特殊性，氧艙的外壁材料結構需要承受一定的壓力，且產品氣密性良好。微高壓氧艙設計的強度和剛度要求可以參照T/CAAP 004-2019《微高壓氧艙》團體標準和相關企業的研發經驗進行設計。

3 家用微高壓氧艙設計實踐

基于上述需求分析，家用微高壓氧艙的設計主要從功能、造型和結構等方面展開：

3.1 功能設計

家用微高壓氧艙在功能設計中需包含以下幾個部件，以實現其相應功能：①配備主機，用以提供氧源、空氣壓縮和空氣過濾。②配備顯示面板和操作板以展示和調節艙內實時壓力、氧濃度等參數。③配備手動控制泄壓閥和故障報警裝置。④配備觀察窗等與艙外進行信息溝通的裝置。氧艙艙體的安全性能還應符合相關標準要求，在應急狀態下艙內壓力從設定值降到10 KPa所用的泄壓時間不應超過60s。

3.2 造型設計

人性化設計依據人機工學和情感化設計需求，在不改變產品功能性的基礎上，對其外觀造型進行優化，產品主要尺寸及效果圖如圖3所示。整體造型以流線型為基礎，具有形態學動勢，蛋型設計能增大氣壓的著力面，讓受力更均勻，使產品整體在運行時更穩定。配色以白色為主色，體現科技類產品的未來感和保健類產品的純凈感，古銅色為零部件顏色提升產品格調。氧艙內層貼軟皮革材質，使用更舒適。內部座椅采用酒紅色皮質坐墊，頭部兩側設計硅膠氣墊進行防護。

■圖3 家用微高壓氧艙產品尺寸與效果圖

3.3 結構設計

在符合人體尺寸標準的基礎上進行產品的人性化設計，能使產品更具功能性、實用性和人文性。依據產品的設計構件結合方式，微高壓氧艙艙體主要由殼體、觀察窗、充氣密封圈、座椅、扶手等組成（圖4）。所選材質需嚴格按照國家標準進行檢測。微高壓氧艙產品殼體材料選用符合勞動部《壓力容器安全技術監察規程》要求和GB 150-89《鋼制壓力容器》規范的不銹鋼材料[11]。產品觀察窗透光玻璃材料采用具有一定抗壓強度的工業有機玻璃，由于產品氣密性的要求，采用充氣膠條對艙體進行密封，以保證氧艙運行中良好的密封狀態[12]。艙內裝飾板、底板、座椅器具及油漆等材料，必須采用不燃或難燃材料。

■圖4 家用微高壓氧艙產品結構圖和線框圖

4 結語

微高壓氧艙是通過提高血氧張力并增加血氧含量，使組織細胞內含氧量和儲氧量相應增加，改善人體因為內因或者外因導致的缺氧癥狀，彌補人體內缺失的氧氣，從而達到保健或者理療的目的。家用微高壓氧艙作為智能家庭保健產品，與使用者適配程度直接影響產品使用體驗，因而實現其人性化需求，具有重要的意義。本文通過探究市場上家用微高壓氧艙設備的設計現狀，從生理要素、心理要素和安全要素等角度對使用者的需求進行分析，總結出針對微高壓氧艙的人性化設計的需求，并進行了方案設計。隨著大數據時代的到來，氧艙數據檢測功能逐漸完善，氧艙的造型設計需要適應微高壓氧艙智能化趨勢。微高壓氧艙系統數據通過物聯網與移動端連接，為今后連接云數據開啟共享氧療概念起到一定助益。