基于后疫情時代的自動鞋子消毒器設計

王樂，金薇薇，王玥，劉欣玙

（上海工程技術大學，上海201600）

1 緒論

1.1 研究現狀

在當下的后疫情時期，疫情時起時伏，隨時都有可能小規模爆發。“消毒熱”也隨之興起，消毒儀器越來越成為人們日常生活中離不開的產品。在疫情爆發后人們消毒意識增強，各類消毒產品銷量激增，醫療保障日益完善，政府對公共衛生投資量增大。

1.1.1 國內現有消毒產品現狀

現有的消毒儀器有用于餐飲消毒、空氣消毒、水消毒、物體表面消毒等消毒設備技術完善、種類多樣，但對于鞋子消毒的產品卻少之又少。

1.1.2 現有消毒產品存在問題

對當下的消毒產品總結出了兩個主要問題：一是隨著消毒產品的日益豐富多樣，人們生活中的消毒越來越頻繁，也有學者提出了“越消越毒”的觀點；二是當下消毒產品普遍集中在便攜式個人消毒產品和大型公共場所消毒產品兩類，而細節消毒極其容易被人們所忽略。

將消毒產品做到細節化簡單化。鞋子作為個人防疫消殺工作中極易被忽視的點，也是病毒被帶入室內的途徑之一。因此，對于鞋子的全面消毒是這次設計的主題。

1.2 研究意義

1.2.1 鞋子消毒在日常生活中的必要性

在日常生活中我們與鞋子的關系是密友。鞋底每天與地面緊密接觸，流動性很強。如果不注意其衛生，勢必會成為一種可怕的“隱形”病毒傳播方式。研究人員指出，不滿兩歲的孩子最容易受到鞋底細菌的侵害，因為他們喜歡趴在地板上玩，手和嘴平均每小時接觸地板達數十次。這意味著你的孩子可能會接觸到鞋子沾上的多數細菌和病毒。因此，講究鞋子衛生、減少鞋底污染很有必要。

在后疫情時代病毒變異，傳播能力增強，鞋子消毒問題更應該引起人們的關注和防范。

1.2.2 鞋子消毒在日常生活中的實用性

此產品主要針對家庭用戶也可運用于酒店消毒，通過設計不同的配套尺寸適用于日常居家玄關和鞋柜中，進行普遍的消毒工作。根據不同使用人群的環境情況，進行色彩和造型不同設計，功能上采用簡單易懂的操作提供給大眾使用。產品選擇易于清理材料，讓消毒日常化、細節化、簡單化。

2 自動鞋子消毒器設計研究

2.1 自動鞋子消毒器市場分析

2.1.1 鞋子所攜帶的細菌分析

鞋內攜帶的細菌主要是金黃色葡萄球菌和霉菌，在陰暗潮濕的環境中極易滋生，細菌會和人的體液中的尿素發生反應生成氨氣。鞋底是細菌滋生的重點地帶。在日常生活中，鞋底會沾染灰塵，泥土，動物糞便。而動物糞便中攜帶有大量的寄生蟲和細菌。在鞋底上帶入室內，在鞋架這種陰暗潮濕又不引人注意的地方快速繁殖，可能引發交叉感染，讓人類產生腹瀉，肌肉關節疼痛，發冷，發熱，脫水甚至腦膜炎，敗血癥，或是一些心血管疾病。對于有小孩子的家庭，小朋友是接觸地板最多的人群，抵抗力較差，若不注意鞋子鞋柜的消殺，將產生很大的健康安全隱患。隨著新冠疫情遍布各地，無孔不入，病毒也會沾染到鞋子上帶來感染風險。

2.1.2 市場現有產品及相關產品調研

市場調研分為現有產品和相關產品兩部分。關于現有產品，進行了線上和線下兩部分。線上參考了電商平臺各品牌產品，產品的通病是消毒不全面，僅僅有一面能照射到紫外線，并且體積大，不易搬運，更多的是用在洗浴中心，酒店等場所，并沒有適合家用的產品。

關于相關產品，最常見的消毒僅僅只有幾種方式，如噴霧式，或者將紫外儀器等放入鞋中進行消殺的方式。這些方式比較傳統，消毒不完全的情況下反而更有可能沾染在儀器上，發生交叉感染。經過調查問卷可以得知有近六成的人不會注重鞋子的消毒，在經過一天的工作回家后，很有可能會忘記或者懶得用噴霧或者這類紫外消毒儀器進行消殺，使用體驗較差。

2.1.3 針對自動鞋子消毒器的用戶問卷分析

根據鞋子的存放方式、保養需求、管理方式、處理方式、消毒意識等方面的問題制作電子問卷獲得196 人的調查結果如表1 所示。

表1 自動鞋子消毒器的用戶問卷結果Tab.1 The results of the automated shoe sterilizer user qionnaire

2.1.4 消毒方式及消毒原理應用分析

（1）《醫院消毒技術規范》

根據《醫院消毒技術規范》，我們日常穿著的鞋子就屬于低危險性物品，采用低水平消毒方法，只殺滅細菌繁殖體（分枝桿菌除外）、親脂病毒的化學消毒劑和通風換氣、沖洗等機械除菌法。

（2）紫外線

選擇紫外線消毒的優劣在于，符合環境保護要求，不會產生三鹵甲烷等“三致”物質；殺菌迅速，無化學反應；接觸時間短；運行成本低。沒有持續殺菌能力。（UVC 紫外線：真正具有殺菌作用的是UVC 紫外線，C 波段紫外線很易被生物體洗后，尤以253.7 nm 左右的紫外線最佳。）紫外線可以殺滅各種微生物，包括細菌繁殖體、芽孢、分枝桿菌、病毒、真菌、立克次體和支原體等，凡被上述微生物污染的表面，水和空氣均可采用紫外線消毒。

紫外線有一定的適用條件，紫外線輻照能量低，穿透力弱，僅能殺滅直接照射到的微生物，因此消毒時必須使消毒部位充分暴露于紫外線下。用紫外線消毒紙張、織物等粗糙表面時，要適當延長照射時間，且兩面均應受到照射。此外紫外線光不得照射到人，長時間照射紫外線，會導致皮膚色素沉著、皮膚增厚粗糙、光老化，嚴重的還可能導致癌前病變、皮膚癌、白內障等。

（3）殺菌率要求

對于消毒產品來說，殺菌效果是消費者最為重視的功能指數，它能夠體現產品對于幾種常見的嬰兒有害細菌的殺滅效果。本標準要求紫外線消毒器殺菌功能開啟后，從金黃色葡萄球菌、大腸桿菌，白色念珠菌的前后數據對照中，得到其殺菌率、大腸桿菌、白色念珠菌的前后數據對照中，得到其殺菌率。殺菌率要求如表2 所示。

表2 消毒對象及要求Tab.2 Objects and requirements for disinfection

醫用紫外線消毒燈，可以殺滅新型冠狀病毒。新型冠狀病毒是一種β 屬的冠狀病毒，屬于RNA 病毒，其理化特性是對熱和紫外線敏感，所以應用紫外線進行消毒，可以滅活新型冠狀病毒。紫外線中有一種UVC 波段的紫外線，對病原體具有殺滅作用。

2.2 自動鞋子消毒器設計

2.2.1 設計構思

根據日常鞋子日常使用規律的觀察、討論、研究，進行了前期的頭腦風暴并提取關鍵詞：人體熱力感應、現代家居風格、消毒方式、戶型。由于消毒產品的特殊性需滿足紫外線適用條件，消毒時必須使消毒部位充分暴露于紫外線下，且兩面均應受到照射，達到足夠的照射劑量。此外紫外線光不得照射到人，使用環境需要具備封閉性。

從紫外線消毒產品適用條件的封閉性上選擇一鞋一格的放置方式鞋盒消毒設計。為滿足紫外線消毒足夠的照射劑量，使鞋子兩面均受到照射，設計靈感以“奧利奧”組合方式，“奧”—紫外線燈照射板，“利”—放置鞋盒。“奧利奧”組合方式也是自動鞋子消毒儀器組裝結構，可以根據消毒鞋子的數量疊加安裝。

2.2.2 設計細節

產品結構上，根據市場調研結果可見，大多數用戶更喜歡將鞋子統一放置在鞋柜里。為滿足用戶需求和對鞋子無死角消毒的產品特點，將單個鞋盒與鞋柜相結合，采用了“奧利奧”式的結構，即紫外線燈+鞋盒+紫外線燈的形式，在產品的底部和頂部有頂板和底座，用戶可以根據自己的需要進行排列組合，更能滿足用戶的個性化需求。

在產品造型和尺寸上，立方體的造型更加節省空間，對于家居用品來說也更便于擺放，風格簡約。長度為40 cm，寬度為35 cm，紫外線燈部分高度為4 cm，鞋盒部分高度為17cm。

在產品材質上，采用家用設備常見的木紋和透明材質的搭配，保證能夠更好融入現代家庭產品環境時還具有一定的用戶親和力，透明的柜門可以讓用戶更加清晰地看到鞋柜里面的鞋子，防止拿錯和找不到的情況發生。因為紫外線燈發熱的特性，所以在產品中其他部分材質的選擇上，紫外線燈上下應該選擇穿透力強的材質，周圍的柜門和木制外殼應該選擇抗腐蝕、耐熱、不易變形的材質[1]。

（1）觸控板

在產品頂板上的消毒操作界面的屏幕設計，主要用于啟動和關閉產品和控制紫外線燈的消毒時長以及消殺強度，可以使用戶在使用過程中可以直觀的看到產品的工作狀態，也可以方便快捷地進行設定和調節。

（2）紫外線燈

將五個較小的紫外線燈管并排組裝在一個長度、寬度與鞋盒相同的盒子里，組成了一個紫外線燈板。用戶根據需求將紫外線燈板拼接在每個鞋盒的上下，組裝完成之后，所有燈板通電，由產品頂部的觸控板統一控制。

為了消除紫外線燈對人體照射產生的安全隱患，通過人體紅外感應系統讓紫外線燈在有人經過時自動關閉，現在市場上存在的HC-SR501 人體紅外感應模塊配合LHI778 探頭設計就可以很好地實現。

（3）鞋盒

通過對市場上的鞋柜鞋盒打開方式的對比分析，選擇了底軸打開方式，原因是在一般情況下鞋柜本身高度不會太高，向下打開的方式更加便于拿取。打開后將柜門向里推，也不會干擾到其他鞋子的拿取。

鞋盒每個中間的隔板都可以拆卸，以滿足一些特殊形態的鞋子（例如：長靴等）放置。在鞋盒的兩側分別設計有一個凹槽用于放置活性炭，起到干燥、消毒、防塵的作用。

根據人機工程學原理（圖3），人取拿物品時物品高度應該在58.6～124.4 cm 之間，在產品的底部設計有10 cm 高的底板，以保證最底層的鞋子也能夠拿取方便。

2.2.4 使用方法

使用流程：將需消毒的鞋子放置在單獨的鞋盒中，可根據鞋子類型選擇是否使用隔板。觸碰屏幕打開消毒程序，人遠離自動鞋子消毒儀器，等待提示音消毒完成。出門需使用鞋子時取出即可。