基于人性化设计理念的城市候车节能装置设计

王朝阳 李朔 朱国鑫 袁润雪 李晓阳 河北农业大学

1 设计的背景

近年来，针对城市供电的电源来源主要是火力发电和水力发电。火力发电和水利发电虽成本较低，但弊端也较为明显，火力发电仍存在着污染大，可持续前景暗淡，耗能大效率低的问题，水力发电对地理环境要求高，需在水力资源极其丰富的情况下才能加以利用。利用无污染、可再生、清洁性强等优点的动能转化为电能成为国家和人们所追求的一种发展趋势。

公共交通作为目前人们主要的出行方式，能够很好的缓解城市交通拥堵的问题，同时可以达到低碳出行的效果，但中国城市公共设施基数大，城市公交的照明设施较多，耗电量大，资源浪费严重，资金的支出较大成为目前的一个主要问题。同时，人们平时的运动只是为了运动而消耗能量，快节奏的生活也大大减少了人们的锻炼时间，使人们运动意识降低，更多的是夹杂在工作中的走步与跑步，能量主要以碎片化形式消耗，收集利用较为困难，因此，针对公交站牌及周围的照明设施如何在保证其功能的同时减少能耗与成本，充分收集与利用动能向电能的转化成为一个重要的研究课题。

2 现有城市公交节能装置分析

加装太阳能电池板的公交站牌能够储存一定的电量，到晚上通过LED灯带照明，解决了夜间部分站牌因周围光线不足导致乘车人员无法辨认站牌内容的问题，虽体现出了一定的节能环保性，但当光线不足或遇到阴雨天时则不能够完全储电的功能。

目前的普通电子站牌功耗大，不节能。以前LED文本点阵的站牌由于只能显示文本信息已逐渐被取代，高亮液晶屏因可以显示面板显示实时信息逐渐出现，但液晶屏幕功耗非常大，单屏幕功耗普遍达到200W，再加上配套的强制风冷或空调等散热措施，系统正常工作时功耗可达400-500W，不能够达到功耗和显示性能的统一，能耗消耗大，资金投入较多，不能体现当代所提倡的节能环保的理念。

太阳能电子墨水屏电子站牌，电子墨水屏类似于白纸黑字，根据判断外部光源是否强烈决定其屏幕上呈现的字体是否明显，其功耗低，整个电子站牌整体功耗低于2W，绿色环保，太阳能独立供电，连续10天阴雨天正常工作，虽以足够低耗能，但因其智慧化高，其成本也较大，目前还未能达到普及，同时不能够体现当今国家所提倡的全民健身，不能够达到鼓励人们进行运动的目的。

公交车站的广告牌一般都是电源供电，因车站广告牌位置低，大街上被日照的时间短，易损坏，不适宜安装太阳能，因此仍然没有实现利用绿色能源进行供能，依然在不断地进行资金的消耗。

3. 城市候车节能装置设计介绍

3.1 设计简介

城市候车节能装置是一种通过收集人们碎片化的运动能量转化为电能供应于公交站牌照明装置的公共设施。其主要包括动能集中收集与转化模块、蓄电池的电能储存模块，控制管理分配模块，奖励机制模块等四大部分。主要由往复踩踏式动能发电装置、控制器、蓄电池、光感应器、栏杆及显示屏等组成。四大模块相辅相成，实现了动能的收集、转化、管理和应用，为周边的照明设施提供电能。将人们自身的运动通过踩踏踏板转化为电能，降低了能耗，同时锻炼了身体，提高了运动意识，增加了候车的趣味性。

动能的收集与转化模块主要为通过人的往复式踩踏踏板进行磁感线的切割、弹簧回弹、齿轮转动进行发电，将运动所产生的动能及时地转换为电能；控制管理模块主要是将电能经DC/DC转化器的升压后存储在蓄电池中，经控制器管理与分配后，将小部分电能作用于栏杆上的显示屏，另一部分储存于蓄电池，当光感应器感知到周围光线变暗时传递信息至控制器，将蓄电池的电能释放出来用于站牌照明等周边照明设施；奖励机制模块主要为通过人对踏板的往复式踩踏作用的时间和力度，在显示屏上自上而下滚动出商业支持的二维码，通过扫描二维码可进行奖励获取，促进该装置的使用频率。

整体流程如图1所示。

图1 整体流程图

3.2 人性化设计分析

（1）踏板设计

从以人为本的角度出发，考虑人们的行为习惯，和使用的方便舒适度，踏板的倾斜角度为20°，满足大众人群的踩踏姿势，能够更加有效地提高踩踏时能量的收集效率。运动时踏板的角度可以根据作用时间与作用力度的变化而变化。倾斜的踏板上通过增加向内的凹陷增大踏板的摩擦力度，其前端和后端设有挡板，保护脚跟，具有足够的强度和稳定性，起到防滑的作用，增加人们使用时的安全性，防止进行使用的人们出现滑落受伤的意外。

（2）栏杆设计

在人性化理念的前提下在踏板前侧安装有高低不同的辅助倚靠安全栏杆，满足不同身高人群使用的需求，适应使用者要求，栏杆表面为黄黑相间的条纹，能够起到更为醒目的作用以及给人安全的心理感受，在人们使用踏板时起支撑倚靠作用，同时将等候区跟车行道分隔开，最大程度地防止事故的发生。

（3）奖励机制模块的出现

为迎合人们的心理需求，提高人们的使用积极性，在栏杆的上端安装有小型显示屏装置，在人体踩踏踏板达到一定力度和时间的状态下，达到程序设定的要求即可获得奖励，奖励通过扫描自上而下滚动显示出的二维码来获得，二维码可通过商业支持途径提供，从而促进大众在运动与乐趣之余进行动能的收集转化，实现节能环保的绿色出行。

整体效果图如图2所示，使用场景如图3所示，系统说明图如图4所示。

图2 整体效果图

图3 使用场景图

图4 系统说明图

3.3 人群定位

该装置主要应用于城市公交客流量较大各大候车场所，目标人群定位在乘坐公交出行的广大公众，包括学生、白领、老人等多个年龄段人群，利用等车零散的时间，放下手机，通过进行简单的运动来给公交各大站牌照明设施提供能量来源，同时能够通过所获得奖励激励广大群众进行使用。

3.4 工业设计理念与装置的融合

城市公交节能装置旨在引导创新、促进节能减排，为大众提供高质量的生活，将解决方法的过程应用于装置、系统及体验的设计活动中，通过跨学科、多学科的知识应用将创新、技术、商业及使用者紧密联系起来，使用过程中创新性地将人们对装置进行的简单踩踏动能收集起来进行转化，实现电能的供给，同时经奖励机制模块的安装满足使用者的自身体验，建立了更符合人性化的装置，对社会、经济和环境等方面起到了积极推动的作用，符合了工业设计的最新定义。

4 结束语

本装置通过对人们动能收集转化实现对公交站牌照明及广告牌照明的电量供给，同时装置的使用方式与操作方法适应了人们的使用与心理需求，切实贯穿了人性化设计的理念，促进了工业设计的发展，最终为国家的节能减排战略提供强大的推动力量。

本装置的使用将为大众提供一种富有乐趣性的等车方式，减少低头族的出现，向人们传达一种全民锻炼的理念，促进大众低碳生活、低碳出行，将运动、反馈、能量转化三者集于一体，大大提高对我们身边动能的利用效率，减轻城市电力供应方面的问题，将跨学科、多学科的理念融合在一起，应用前景广泛。