交互设计视角下家用智能灭火器设计研究

庞雷 李翠玉

摘要：本文通过对家庭传统灭火器现状以及目标用户群体需求的研究分析，以传统灭火器的缺陷和受众群体需求为切入点，针对家庭火灾情景对交互式家用智能灭火器进行研究。目的是使用户能够及时发觉火情，并在家庭火灾初期可以精准高效地扑灭火源，且有效改善人们与智能灭火器间交流互动的方式。

关键词：智能灭火器 交互 用户研究

一、研究背景

近几年，随着人们生活水平的提高，各种大功率家用电器日益增多，室内装饰愈加奢华，然而大功率电器的频繁使用以及装饰材料的易燃性等现象，都存在一定的安全隐患，且极易被人们所忽视，从而大大增加了家庭火灾发生的几率。据家庭火灾统计表明，在2008-2017年10年间，家庭火灾数量逐年上升，且上升幅度巨大，给人们的生命和财产造成了极大损失。2017年全国共发生火灾21.9万起，总造成1065人死亡，679人受伤，财产损失26.2亿元，然而家庭火灾占比高达43.5%，共9.5万起，且人员伤亡多达77.1%。火灾给人们造成的损失和危害怵目惊心，然而难以用数据来衡量其给人们带来的精神伤害。

二、交互设计理论概述

交互设计是指人与产品之间以某种特定的方式交流互动，且完成两者间的信息互换。交互设计意在为行为的设计，其目的是使用户与产品间便利有效地互动，促进用户与产品的和谐交互。狭义交互设计指计算机系统中的人机界面设计，或称之为用户界面设计，属于计算机系统学科中出现较晚的新分支翻。广义交互设计是研究人一机器（产品）一环境系统之间的交流互动，采用适宜软硬件的交互模式，相互协作完成特定的任务，交互设计過程既探究了人的行为认知和心理感受，也分析了交互系统中涉及的人机工程学、认知心理学、人类学等问题（如图1）所示。

在人机交互设计领域中，有两种称之为“域”（domain）的环境，即行为域（behavioral domain）和构成域（constructional domain）。这两个域定义了用户界面设计开发过程的两个部分，即交互设计（lnteractiondesign）和界面设计（interface design）。人机交互与人机界两者之间相互独立又息息相关。多数人误以为人机交互设计等同于人机界面设计，其实不然。人机交互关注的重点是用户与产品间交流互动的方式，如移动鼠标、旋转方向盘以及滑动屏幕等行为，属于动态交流过程。而人机界面是用户与产品之间沟通交流的载体，有硬界面和软界面之分，如旋钮、鼠标及智能手机屏幕等，是一种静态的物质。在人机交互系统中，交互是内容，界面是形式。

交互设计兴起于西方，在国外发展相对成熟，国内交互技术起步较晚，但经过长期的发展取得了突飞猛进的成果。尤其是这些年在电子信息技术、物联网和互联网技术的影响下，创造了与时俱进的智能交互式产品，延伸到人类生活的方方面面，如智能家居、医疗产品、智慧交通以及生活娱乐等，在交互技术领域获得了前所未有的进步。交互技术正在试图改善人类生活方式，引领生活潮流，并会产生深远影响。

三、家庭灭火器现状分析

灭火器具是一种往往平时被人冷落，紧急情况出现时才可大显身手的消防必备之物。当前消防产品市场灭火器的种类相对较少，由使用方式分类，则可以划分为手提式灭火器、推车式灭火器、背负式灭火器、手抛式灭火器和悬挂式灭火器等。手提式灭火器具有体积小，便于操作的优点，适用于家庭小空间环境。手提式灭火器由内部灭火剂成分可分为水型灭火器、泡沫灭火器、干粉灭火器以及二氧化碳灭火器等。灭火器内部充装的灭火剂成分是针对不同类型的火灾所设计的。根据家庭火灾的研究，一般引起家庭火灾的易燃物多为纤维制品、木制品及纺织品等，而且家庭火灾事故发生多为线路短化和用火不慎等因素造成，为此针对家庭火灾事故的特征分析，家庭手提式灭火器多选干粉灭火器（如图2）。

通过对现有灭火器的种类及特性的调研分析，得出现有灭火器所存在的主要问题缺陷：（1）灭火器造型机械呆笨，且外观形态较为单一，缺乏不同空间火灾情景的针对性设计。（2）灭火器操作方法指示不明，在突发火灾紧急情况下用户难以正确操作灭火器，容易导致错过最佳灭火时期。（3）灭火器是家庭必备消防产品，但不经常使用，处于长久放置状态，发生故障不能被用户及时知晓。（4）手提式灭火器质量偏重，对于单手或老年人使用较为困难，且喷射软管结构设计在操作过程中易对用户身体造成伤害。家庭灭火器现存问题的总结，对灭火器的创新设计有指导性作用，有助于设计出更为人性化的家庭灭火设备。

四、智能灭火器目标用户分析

（一）受灾人群的心理特征：当人们遭遇外界环境的突然变化时，心理和精神状态将会受到极大的刺激，且影响机体的行为反应。人们内心状态因外界环境异常而发生不同程度变化，适度紧张的心理状态有利于人脑理智处理信息，进而激发机体的潜能，然而过于紧张的心理状况会相应降低人脑处理信息的能力，且影响机体常规的行为反应（如图3）所示。

研究表明人们遭遇室内环境火灾时，不同背景的人心理特征不尽相同，且主要的心理活动有两种，一种是内心惶恐、不知所措的消极心理；—种则是镇定自若、理智应对的积极心理，具体特征表现有：

1.消极心理状态：惊慌和恐惧。由于火灾强烈的破坏性和突发性，人们遭遇火灾时容易陷入一种极度紧张、恐惧、慌乱的状态，且此时在外界恶劣性环境的刺激下，人脑极易处于非理性状态，进而支配机体做出过激的下意识行为反应，很可能对人体造成伤害。

绝望和冲动。调查显示，人们消防意识极为薄弱，遭遇火灾事故情绪紧张、不知所措，加上环境浓烈烟雾、毒气等危害性物质的刺激，导致思维混乱，人体机能衰退，容易陷入绝望的状态，会产生跳楼、自杀等非理性行为活动。

2.积极心理状态：冷静和理智。研究表明除消防员或经过消防训练的人外，极少数人能够在突发性火灾中保持镇定清醒的头脑并能够理性处理火灾事故，且可以帮助他人顺利逃生。

（二）受灾人群的行为特征：人的行为是在外界环境感染和心理反应的作用下，进而大脑支配人体所产生应对环境变化的机体活动。不同程度的环境变化对人体产生的作用不同，正常情况下，机体会产生理智行为反应；紧急状况下，大脑思维混乱，易产生机体失误的现象。

人们遭遇突发性火灾时，从发觉火灾到做出反应的时间极短，约为5.10s，（如图4）所示，外界环境刺激大脑中枢，致使人脑思维混乱，直接做出下意识行为反应。这种情境下，人们采取的行为反应为：灭火行为、逃生行为、避难行为。

1.灭火行为：室内突发性火灾使人们紧张慌乱、不知所措，人脑经过短暂思考，支配肢体产生救火行为，快速寻找灭火设备。火灾发生初期火势较小，若人们处理及时得当则会大大降低火灾造成的危害，然而现在家庭灭火器配备率较低，容易错过扑灭火源的最佳时期，酿成重大火灾事故。

2.逃生行为：调查显示居民消防意识薄弱，且室内火灾初期现象人们难以觉察，在外界恶劣环境的强迫下致使人们产生逃生自救的念头。然而在火灾危急的状况下，人们极易选择危险逃生方式，如用缓降器、安全绳等逃生，或通过阳台、窗户等非正确途径逃生，此过程易造成不可避免的人员伤亡。

3.避难行为：人们在火灾自救逃生过程中，外界毒气、烟雾等物质刺激人体器官易造成人脑意识紊乱、人体机能衰弱现象，此时受灾人员会选择暂时性安全地带逃避灾难，等外界消防人员救助。

五、家用智能灭火器交互设计策略研究

（一）智能灭火器UCD交互设计方法：上文對受灾人群心理和行为分析的方法即为UCD交互设计方法，即以用户为中心的设计方法，从用户的视角解读产品交互设计。交互式产品设计研究过程中，充分掌握用户的心理反应及行为特征，有助于探究相应场景中用户的基本需求。以用户为中心的设计理念贯穿智能灭火器设计的全过程，致力于全面挖掘目标用户的心理需求和生活习性，尽可能设计出贴近行为习惯的自然交互方式，更能满足于用户实际需求，提供更好的生活质量。

智能灭火器UCD设计方法为设计过程始终围绕目标用户进行设计，致力于设计出贴合用户心智模型的产品，充分满足用户的心理需求。且通过对家用智能灭火器目标用户调查研究分析并结合传统灭火器痛点，进行头脑风暴式创新设计，并总结出人们对智能灭火器基本功能及潜在功能的需求点：基本功能有监测火情并及时报警、智能灭火、温湿度等空气指数监测；潜在功能有智能语音、系统检测、自主巡逻、家庭安防等。

（二）智能灭火器交互方式

1.感官多通道交互方式：上文通过对智能灭火器主要功能分析可知，其正常工作状态须通过感官多通道交互方式实现。为了使居民及时觉察火灾并正确操作智能灭火器，其交互方式的设计应充分利用人们的视觉、触觉、听觉等多感官协同合作相互补充的特性，设计贴合用户习惯的感官多通道交互方式。

家庭火灾事故的原因多是因人们难以发觉火灾或火灾初期扑救方式不当，错过最佳灭火时期而造成。针对此现象，智能灭火器设计有高效灵敏的火灾监测系统，通过对室内环境中烟雾、CO等毒性气体数据的监测鉴别是否有火灾发生，且监测到火灾后通过声光控报警系统通知家庭人员安全逃生，并及时扑灭火灾；若家庭成员发觉火灾，可通过触觉通道点击触控板，一键触发灭火指令，灭火器则精准捕捉火源进行灭火，且操作过程安全有效。

2.行为认识交互方式：行为是指目的性明确的机体活动，是环境与个体相互作用的结果。由行为产生的动机可知，人的行为分为两类：有意识行为和无意识行为。在火灾紧急情况下，人所产生的本能保护行为则为无意识行为。

人们遭遇火灾事故时心理状态异常紧张、惶恐，此时机体难以受人脑思维控制，易做出非理智行为反应，针对此种使用情景，智能灭火器的交互方式设计应能积极引导用户正确操作，减少不必要的操作失误。火灾发生时，灭火器通过监测发觉火灾，并以声光控的报警装置通知人们，用户则通过一键灭火按钮下达灭火命令，无需过多思考，有效节约灭火时间。

3.情感交互方式：交流是人与人之间沟通及情感表达的一种方式。物质生活水平的提高，人们对产品的需求不再停留于功能层面，更加关注与产品的情感交流。且互联网信息时代的到来使情感交互成为当今智能产品设计的主要发展趋势。对受灾人员调查研究表明，遭遇突发火灾时，外界恶劣环境的刺激，使人们陷入极度紧张、惶恐、不安的心理状态，致使人脑反应迟钝，易操作失误，且人们的盲从心理较为明显，易听取他人意见，跟随他人行动，此时需要积极正确引导用户行为反应。根据受灾人群的特性研究分析，提出智能灭火器的设计应满足能够实时监测火灾、自动灭火器等功能需求，且在造型以及交互方式更应满足与用户的情感交流。造型上摒弃呆板机械的外观，采用柔和的线条和光滑的曲线，使造型更圆润流畅，赋予其更多人性化要素，能够给人以安全温暖的情感，有效安抚应急状况下人们紧张情绪；运用语音等自然交互方式，赋予智能灭火器以生命力，通过人与灭火器间的语音交流有效缓解人的消极心理，积极引导用户采取正确自救措施，使人们感受到同消防人员一样的保护关心，体现出一种情感的寄托。

结语

如今传统消防产品领域有智能火灾报警设备，但还没有智能灭火器相关的产品出现，且传统灭火器存在有一定的缺陷。进而结合互联网、物联网等高新技术背景，设计创新一款新型智能灭火器，弥补原有灭火器的不足，高效满足用户的心理需求，符合新时代人们生活标准的高科技家庭产品。智能灭火器高效监测火情，并可以实现全自动灭火，能有效避免人为操作的失误，且灭火器造型设计新颖，可以协调融合现代家庭装饰环境，是未来智能家居安防生活方式的发展趋势。