基于交互體驗的城市智能分類垃圾箱設計研究

刁翠翠　牛森　王馨儀

關鍵詞：交互體驗 智能 分類垃圾箱 可行性途徑 后疫情時代

中圖分類號：TB427 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2022）08-0119-03

引言

中國城市化進程不斷加快，城市生活垃圾數量呈倍級增加，大量城市深陷垃圾圍城困境。目前，國內主要的668個城市中，近三分之二的城市處于垃圾的包圍，四分之一的城市已無垃圾填埋堆放場地;對于城市垃圾的處理，進行無害化處理的垃圾約占66%，剩余約34%的垃圾只能進行簡單的處理，每年的經濟損失或高達300億元。因此，國內城市垃圾分類政令頻出，探索更好的生活垃圾收集和處理方式成為了重要任務。城市中垃圾的處理方式，直接決定了一個城市的美觀程度和綜合素質，更是反映出一個城市的發展重視程度[1]。

一、垃圾箱設計理念

“人生的意義感、價值感來自我們和他人的聯結，來自我們和自然的聯結，這種聯結好比鏡子，映照了我們存在的意義和價值”[2]。工業革命后的產品設計堅持以人的需求為中心，關注對自然環境的保護，然而也存在著環境破壞、生態污染、能源過度消耗等現象，使得人與自然和諧發展的綠色設計理念更顯珍貴。綠色理念是對設計認知和觀念上的變革，期望設計者以保護環境和節約資源為宗旨，不過分突出垃圾箱造型的標新立異，轉而將重點放在真正意義的設計與創新，注重其功能性，使設計更為簡潔，更能發揮價值。同時，智能分類垃圾箱的電力來源主要由太陽能電池板實現，體現了環境保護與資源節約相融合的設計理念。在后疫情時代，通過智能分類垃圾箱的研發設計，設置消毒屏障，簡化操作流程，并結合應用情境，可以有效減少與垃圾細菌的直接接觸，使垃圾箱創新式設計以舒適簡單的手法表現，貫徹綠色理念。

二、國內垃圾分類的現狀

（一）國內垃圾分類政策

2019年7月1日起我國頒布史上最嚴垃圾分類令，這是繼禁止洋垃圾后，我國又一次對垃圾的嚴格整治。自2006年上海成為全國第一批垃圾分類的試點城市，在二十年的時間里上海的垃圾分類工作經驗和處罰性管理措施[3]，為出臺全國性法規政策提供了有效參考。2019年12月，遼寧省政府下發《關于加快推進城鄉生活垃圾分類工作的指導意見》，指出全省將以減量化、資源化、無害化為目標，加快建立分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理的城鄉生活垃圾處理系統。

（二）國內垃圾箱種類

國內頒布了史上最嚴格的垃圾分類政策，促使垃圾箱樣態呈現多元化類型。當前，我國應用的垃圾箱主要有以下五類，“敞口式垃圾箱”是目前使用最廣泛的垃圾箱類型，無蓋，結構簡單，通過更換內部垃圾袋處理垃圾?！胺w式垃圾箱”能夠有效減少垃圾腐的異味，傾倒垃圾時需取上蓋，便利性較差，會降低使用頻率?！澳_踏式垃圾箱”利用了機械杠桿原理，用腳踩踏板開蓋，增強了便利性，密封性也較好?！案袘嚼洹蓖ㄟ^紅外感應開啟投擲垃圾，減少了人與垃圾箱接觸頻率，衛生環保，缺點是需要充電或更換電池?！敖M合式垃圾箱”包含了多個垃圾袋，節省空間，但外掛的垃圾袋易破損，增加了垃圾處理的難度。由此可見，國內常見的五類垃圾箱各具利弊，在垃圾分類新政影響下，需要重新整合資源進行全新有效的智能分類垃圾箱設計。

（三）國內分類垃圾箱的現存問題

生活垃圾造成的環境污染一直是社會生活嚴峻的危害。目前，城市居民普遍對于垃圾分類回收積極性不高，家庭垃圾分類手段單一化，且家用垃圾回收箱不能對垃圾進行有效的自動分類，導致居民自主垃圾分類的回收效率較低。市面常見的垃圾箱存在功能單一、科技含量低、封閉效果不佳等問題，垃圾箱內的積液還容易滋生細菌，使垃圾箱成為病菌的培養器皿。因此，“分類垃圾桶作為推動垃圾分類、垃圾處理工作的公共設施，要適應廣大群眾的使用需求，以實用性和創新性作為設計原則”[4]。通過對分類垃圾箱進行創新式設計，提升垃圾箱科技含量，科學合理的收集和處理垃圾，進行智能化公共垃圾分類，更好地便利居民垃圾分類方式，提高生活垃圾分類回收率，將成為智能分類垃圾箱設計的關鍵問題。

三、國外的生活垃圾分類經驗

（一）韓國

自1995年起韓國開始實施垃圾分類制度，并根據居民的排放量收費。通過這一垃圾計量收費制度，不同垃圾必須分類裝入不同的專用垃圾袋，無法進行回收利用的垃圾必須放入對應的垃圾袋。韓國的《環境資源公社法（2003年版）》更是作為主要監督執行生產者責任延伸的制度法，提出了公社內的廢棄物負擔金制度、事業場廢棄物減量化制度等先進的環境政策[5]。

（二）日本

日本自1980年開始實行積極的垃圾分類回收政策，對于不按規定進行的垃圾傾倒以《廢棄處置法》這一全國性的法規予以規束，違者將面臨巨額罰款甚至拘捕。在強制垃圾分類下，僅僅依靠盲目地投入分類設備并不能直接帶動居民分類投放的積極性，必須要將垃圾分類的強制性和分類宣傳引導進行結合，讓兩者保持持續性和交融性[6]。

（三）德國

德國作為世界最早實行強制垃圾分類的國家之一，自20世紀90年代起建立了堪稱完備的垃圾分類系統。同日本一樣，德國政府為了實現從源頭解決垃圾殘余問題，實行全國性的生態稅和垃圾處置收費制度，每一個德國家庭都有一張標明不同類型垃圾處理的時刻表，按照該表每天將不同類型的垃圾運到指定的地點。德國在垃圾處理的中間環節還建立了覆蓋全國的垃圾分類回收系統和家庭垃圾分類收集系統，體現了德國高品質的工業化水平。

四、智能分類垃圾箱的設計與應用

新科技時代，智能設備的應用改變了人們的生活方式，智能化、功能化、安全化將成為未來社會的發展趨勢，垃圾桶在造型的設計上將進一步服從于形式美的基本規律和法則[7]，智能垃圾箱將極大減輕城市人工垃圾分類的負擔，補全智能生活的“最后一公里”。

（一）智能分類垃圾箱的交互體驗理念

城市智能分類垃圾箱采用了數字時代的人機交互理念，將人的指令以簡潔、高效的方式傳遞給計算機，計算機以人們理想的方式反饋結果。傳統垃圾箱以人工分揀為主，居民參與意識和積極性普遍不高，因近年國內垃圾分類新政實行，導致精準垃圾分類標準大幅提升，對部分居民垃圾分類要求提高，而以智能機器分類為主，人工投擲為輔的人機交互體驗，成為城市智能分類垃圾箱研發設計的重要理念。

（二）智能分類垃圾箱的設計方案

1.固液分離結構設計：智能分類垃圾回收箱的內部設置主要由垃圾固液分離的過濾組件構成（圖1）。垃圾箱頂部插接有頂蓋，向下兩側對稱設置有第一凸塊，頂蓋下兩側內壁開設有與第一凸塊相插接的第一凹槽，垃圾箱的一側開設有矩形孔，矩形孔內壁設有一個翻轉板。過濾組件包括插接在垃圾箱一側的連接板，垃圾箱的一側內壁開設有固定槽，連接板的一側延伸至垃圾箱的內部并和固定槽相插接，連接板上設置有濾網，位于垃圾箱外部的一側固定連接有握柄，垃圾通過觸動握柄使箱內的翻轉板與過濾裝置協同作用實現固液分離。因此，垃圾箱的固液分離結構設計可以有效減緩垃圾腐壞的速度，節約空間，降低回收運輸垃圾的成本。

2.垃圾壓縮組件結構設計：垃圾箱設置有用于壓縮垃圾的壓縮組件（圖1）。壓縮組件包括在頂蓋頂部滑動貫穿連接的壓桿，壓桿底端延伸至垃圾箱內部固定在壓板上端，壓桿下部套設有彈簧圈套固定連接。頂蓋的頂部呈環狀排布立有多個支撐架，支撐架頂端又固定連接到支板。頂蓋的底部固定吸附有兩個放置架，內置活性炭包，用以吸收異味。在垃圾箱底部的壓縮孔家內，內壁為斜面壁，內壁一側底部插接有密封塞，箱體外底部還固定連接有支腿和輪子。壓縮組件可以對垃圾進行壓縮，增加垃圾箱的空間利用率，節約運輸成本。

3.雙向能源供電系統設計：垃圾箱的供電系統主要由太陽能電池板和街電設備組成。垃圾箱運行的主要電能來源于環保能源——太陽能，通過陽光照射使太陽能電池板內晶體硅制成的器件轉化為電能，并在蓄電池內儲存多余電能，為維持垃圾箱日常工作提供電能，節約能源。同時，智能分類垃圾箱供電系統還與城市街電線網連接，防止因太陽能電池板故障、太陽能儲存電量不足時斷電，提供穩定的城市用電，維持智能分類垃圾箱的正常運轉。

4.掃碼返利公益模式設計：智能分類垃圾箱的掃碼返利公益模式，是垃圾箱結合智能化、數字技術的設計創新和探索。居民投擲垃圾后可以選擇掃描垃圾箱體的電子二維碼，進入微信小程序或綁定垃圾箱App，垃圾箱返利公益系統會生成抽獎頁面，會獲得數字紅包，紅包數額可以提現至公益捐款項目。智能垃圾箱設置的掃碼返利公益模式，能夠有效地提高城市生活垃圾投放的積極性和趣味性，增強用戶黏性，提升居民垃圾分類參與意識。

（二）智能分類垃圾箱的工作原理

1.通過翻轉板向垃圾箱內投入垃圾，通過下壓壓桿，帶動壓板下壓對垃圾箱內部的垃圾進行壓縮，防止垃圾通過矩形孔溢出到垃圾箱外，松開壓桿，彈簧回彈帶動壓板回到原位，頂蓋底部的兩個放置架內可以放置活性炭包，用于吸收垃圾箱內異味，改善和優化垃圾箱周圍氣味。與此同時，還在垃圾箱一側設置了煙缸（圖2），用于投放煙頭等易燃物品。

2.拔出位于垃圾箱一側連接板可方便取出濾網進行清洗，同時防止垃圾進入箱體斜面壁內，用以隔離污水和垃圾。此外，通過拔出密封塞還可以放出斜面壁內的污水，而頂蓋為插接結構，拔出頂蓋，可以將垃圾箱內的垃圾進行傾倒。

3.下壓壓桿可以壓縮垃圾箱內部垃圾，防止垃圾溢出，放置架內的活性炭包可以吸出垃圾產生的異味，改善垃圾箱周圍環境的味道，并可以通過濾網隔離污水和垃圾，防止水和垃圾混合一體，進而降低處理難度。

（三）垃圾箱的產品外觀設計

智能分類垃圾箱采用了豎、橫兩類長方體組合結構，豎向長方體包括垃圾投擲及加工區、人機交互面板、操作面板、太陽能電池板，橫向長方體包括垃圾存儲區，垃圾箱造型既便于用戶操作，又方便垃圾運輸。垃圾箱外觀的色彩設計對用戶視覺沖擊和使用感受具有較大影響，垃圾箱整體色彩偏冷色調，人機交互面板為灰黑色搭配，表現出科技感;垃圾投擲口及箱體為綠色，有環保之意;垃圾箱右側的操作面板區主要以藍色為主調，配以橙色的暖色調互補，藍色體現了清潔、干凈之感，而醒目的橙色具有陽光暖意，增強了用戶在遠端對于垃圾箱的辨識度。（圖3）

（四）垃圾箱的智能生活設計

智能分類垃圾箱的垃圾回收部分設可回收垃圾、濕拉圾、有害垃圾、干垃圾、電子垃圾等五種回收模式，回收種類多，范圍廣，幾乎囊括了城市常見的垃圾種類。垃圾箱內設有液壓機，達到一定額度將自動對廢棄物進行壓縮處理，箱體獨立成型，密閉性佳，杜絕廢棄物、汁液及氣味外漏，避免污染，節約空間，方便運輸。垃圾箱的智能系統設有太陽能電池板和街電設備，通過太陽能電池板接收和儲存能量，帶動系統的正常工作。當投入垃圾后，使用者將獲得智能垃圾箱系統預設的一次掃碼返紅包和捐贈公益項目的機會，可以選擇將抽中的紅包捐獻公益項目，增強城市生活垃圾投放的趣味性。

（五）垃圾箱的分類機制設計

智能分類垃圾箱的多功能回收部分包括智能識別系統、分離器、垃圾存儲箱、一體化液壓成型機、太陽能電池等五個功能模塊，共同構成了智能分類垃圾箱的識別分類體系（圖4）。垃圾回收箱部分是通過識別系統進行分辨以及分類的，以垃圾的不同形狀、種類的透光度形成圖片，提前錄入系統設置，將掃描的實體垃圾圖像與系統預存圖片進行模糊比對和識別，然后將識別的物體與垃圾箱相匹配的分類形式二次分類，并控制電路主板進行后續的實質分類，而不符合要求的垃圾一律不予錄入，系統默認設置為未識別垃圾，將投入未識別垃圾收集容器內。

系統已識別垃圾經過固液分離程序分別歸類濕垃圾和非濕垃圾，濕垃圾將利用微生物發酵成為液態化肥，而非濕垃圾則經由分離器分解為可回收垃圾，干垃圾、有害垃圾，分別對應壓縮為可回收利用的垃圾餅，焚化處理的飛灰，經無害化處理后垃圾填埋。

（六）垃圾箱的安全抑菌設計

作為新型的智能分類垃圾箱，不僅能夠進行自動識別和分類垃圾，更突破了傳統垃圾回收，增強有效的安全抑菌效果和高效的紫外線殺菌功能，使收集有害物的垃圾箱變成新型的凈化裝置。同時，堆肥發酵箱設有單獨的密封及開箱排風系統以杜絕汁液外漏和蠅蟲滋生，更避免了回收堆肥時發生爆燃事故。此外，垃圾投入后智能識別系統通過系統記憶模式進行識別分類，分類完成后識別系統發出指令控制螺線管通電，產生磁性吸引鐵質支架從而使分離器的金屬擋板打開，垃圾順著打開的擋板滑入相應的垃圾存儲箱內，實現對垃圾的分類，其中的可回收垃圾經過壓縮后出售給廢品回收公司，并采取復用方式進行商業聯動，進行有害資源無害化，無害資源商業變現。

結語

人們生活水平日益提高的同時生活垃圾的產生量也隨之增加，大量未經分類的垃圾直接投入回收，不僅持續污染環境，降低回收效率，更加阻礙了可回收資源的充分利用。智能分類垃圾箱的設計基于人-機交互體驗理念，將很大程度提高大眾的環保意識，減少生活環境的垃圾污染。對于智能分類垃圾箱體結構的設計，無論從功能、環保、防疫亦均優于同類產品，具有性能可靠、使用方便、安全耐用等特點，市場轉化前景較為廣闊。然而，正如只靠宣傳環保知識無法真正帶動人們行動一樣，僅僅依靠設計一款新型垃圾桶還是解決不了生態保護的難題[8]，城市生活垃圾管理是一個長期的、系統的、復雜的工程。智能分類垃圾箱可以加強人類保護環境意識，有效地促進可再生資源的利用，為我國建立資源友好型、環境節約型社會提供新的智慧與方案。