面向室内生态环境健康的智能家居产品客户端交互设计

戚裕敏 高娃 武莉

摘要：互联网+的概念渐渐来到热门的智能家居生态链的同时，人们也应当思考如何用互联网、智能化的家居产品应对亟待解决的室内生态环境健康问题。文章参考国内目前系统建立的室内人居环境评价体系对于室内各系统的标准规定，思考分析智能家居交互系统在这些系统中的应对策略和解决方案。用技术解决实际问题是技术发展的重要意义所在，应用热门的智能家居生态链概念解决目前严峻的生态环境健康问题有很多可以进行操作的空间，同时也具有非常重要的现实意义。

关键词：室内生态环境 智能家居生态链 交互设计

引言

智能家居生态链是继智能硬件、可穿戴設备之后工业4.0的又一发展热点。智能家居能在技术的融入之下，为传统家居增添更具科技的功能，更好地为人居环境的舒适性所服务。不管是采用loT物联网技术或是深度学习自编码人工智能技术的智能家居生态链，其目的都在于使传统家居更好地连接在一起形成完整的生态链，在被使用的过程中记录用户的行为、了解用户的习惯，从而在用户不知不觉中调节家居状态，给用户提供更加舒适的家居感受。智能家居改变了原有的家居交互模式，从传统的人机交互转变为了界面交互，用户在移动端了解控制各智能家居工作状态。有的智能家居操控系统甚至转变为了语音交互、体感交互甚至无意识交互，舍弃了传统的操作界面，更进一步降低了用户的操作成本。与此同时，改革开放以来，我国的经济迅速腾飞，人们对于生活品质的要求提高，而自然环境却在人们过去以自然环境的牺牲为代价的经济发展中受到了严重的伤害，环境污染的恶果已然初现，雾霾、污水、沙尘等恶劣的环境污染问题不仅影响着室外自然生态环境，也影响着室内人居生态环境的健康。因此，针对室内生态环境健康的智能家居交互设计成为必然的要求。

一、面向室内生态环境健康的智能家居产品客户端交互设计分析

（一）以系统为区分的设计分析

目前我国已建立起了一套系统、量化的室内人居环境评价体系，客观、量化地从物理、化学、人文等共计十个因素若干个因子出发对室内人居环境进行评价，本文参考这一评价体系对面向室内生态环境的智能家居交互设计进行各个系统的分类分析。

1.室内能源物质循环系统：室内能源物质循环系统的评价标准主要集中于建筑材料的热工性能和家居采暖、空调设备的节能性。因此在面向室内生态环境健康的智能家居交互中，我们应当充分考虑使用产品和交互方式在全生命周期中的绿色环保。采用节能、使用绿色能源的采暖、空调设备，交互界面应选择耗电较小的屏幕，交互界面的流程应当尽量精简，节省用户操作流程的同时也可以减短交互界面使用时间，进而减少能耗。同时一些较为简单的开关设置可以通过语音、体感或硬交互的方式实现，也可以达到节能的目的。

2.室内气循环系统：室内气循环系统评价标准主要考量的是自然通风在房屋通风中的占比与《室内空气质量卫生规范》的量化数据评价。因此智能家居的交互系统可以通过loT的连接控制窗户和空气过滤系统的开关，联网获取当日实时空气质量报告，在空气质量较好的时候打开窗户自然通风，在室内有人和空气质量下降的时候打开空气过滤系统采用过滤通风（如图1）。

3.室内水环境系统：室内水循环系统的评价要点在于节水器具使用率和中水系统用水率。智能家居交互系统可以通过loT系统检测掌控日常生活废水排放量及中水系统供水量，结合用户的生活习惯与过往的用水量统计进行中水的使用，在马桶用水、打扫用水等中水可以达到洁净要求的用水时刻为用户提供中水代替一级自来水，从而达到室内水环境的绿色使用。

4.室内声环境系统：室内声环境系统的评价对于不同起居室不同时段有不同的要求，因此智能家居的交互系统也应该注意区分不同时间、不同场合、不同用户的需求。在白天用户长时间停留活动的地方比如客厅、厨房、书房等，噪声提醒的上限可以适当升高；一些会发出噪音的家居器具如电视、音响、家庭影院等设备在长期无人交互的情况下可以由智能家居自动关闭。在使用时分贝超过了推荐音量也会显示询问界面，并为用户推荐适合的音量。在晚上，卧室这样的休息场所音量控制上限应更低，以保证用户最佳的休息环境。同时，如果loT连接了用户的床或枕头，可以记录用户的睡眠情况，也可以为一些有入睡问题的用户自动在睡觉时间播放白噪音助眠，充分为用户提供舒适的家居环境。

5.室内光环境系统：室内光环境系统的评价标准主要有自然采光房占有率、无光污染率、节能灯具使用率、卧室起居室厨房采光系数、楼梯间采光系数，是从资源占有率、不同区域采光情况进行评价的。在这一系统中，智能家居交互系统可以记录并分析用户的日常照明系统使用情况和作息习惯，在用户外出的时候自动关闭闲置照明设备，在日常的采光照明中记录实时自然采光情况，白天以自然光为主，在自然光照明不足时补充灯光照明系统。晚上照明程度在客厅、卧室和书房做出区分，无人区域关闭照明，通道区域做声控或热感引导照明，最大可能减少光污染和能源浪费。深夜用户入睡后室内起居环境中留下通道区域的引导照明，方便用户的夜晚活动，也可以为有需要的用户保留夜灯照明助眠。

6.室内热环境系统：室内热环境系统的评价体系主要对室内温、湿度及室内温差作出了规定。这几项数据的控制应该考虑到冬夏季节性差异，调节室内温湿及温差达到室内宜居范围。监测室内人流密度情况，对用户长期停留的起居室和通道区域着重控制温湿度，空置的起居室的温室控制家电则暂时待机，以此控制智能家居的能源消耗。

7.室内废弃物处置：室内废弃物处置的评价标准主要看室内生活垃圾的收集率和分类率。因此智能家居交互系统可以联动扫地机器人、冰箱、厨房垃圾桶实时监测家庭的厨余垃圾情况，在用户处理厨余垃圾时及时推荐厨余垃圾的正确分类和处理方法，帮助用户培养良好的废弃物处置习惯。

评价体系中的室内绿化景观、绿色建筑装饰材料和室内功能面积的要求则是对于建筑环境的要求内容，智能家居的交互系统对此不作更多设计分析。

（二）以区域为区分的设计分析

1.客厅区域：客厅区域承担着用户室内日间家居生活的大部分起居活动，不管是日常的家居生活还是会客接待，大多数都在这一区域进行，因此这一区域对于室内生态环境的需求也更为复杂，要考虑到使用时间、使用人员、使用人数等不同情况带来的使用需求变化。在这一区域，智能家居交互的室内能源物质循环系统可以连接控制客厅区域的各项家具电器，根据人数、使用时间进行智能开关控制，对于一些大功率能源消耗家电如大功率照明灯、空调、电视、采暖设备等可以实行“随离随关”的策略，使用者离开十分钟之后即进入待机模式以节约电源；室内气循环系统可以根据室内人员人数以及室内人员行为进行工作调整，例如在客厅人较多的时候加大空气净化效率，室内人员减少时可相应降低功率，当室内有婴幼儿及儿童时，有人在客厅吸烟会响起提示，建议用户尽量到吸烟室吸烟避免嬰幼儿和儿童吸入二手烟。室内水循环系统则可以在这一区域监测饮用水的使用情况，存量不足或有即将到来的预约会客是会提醒用户及时补充。也可以将净化处理后的二水用于客厅绿植的浇灌。室内声系统则可以通过检测室内用户人数及发出分贝判断用户的行为，进而为用户提供适宜的声环境。例如当客厅人数仅为一到两人且用户自发分贝较小时，可以判定为用户在等待新的信息接收（理论上视为用户的休息行为都在休息区域进行），可以将打开的电视或音响设备调整上升到可以引起用户注意的适宜分贝；当客厅人数较多且用户自发分贝较高时，可判定为用户在进行会客或交谈，可降低其他设备的分贝为用户创造较为适合的交谈声环境。当用户在举行聚会或娱乐时也可为用户调整到不影响邻居与用户耳膜健康的分贝，并在此时可以由用户语音或体感、手势交互随时降低或关掉声源。室内光环境可以在客厅区域着重以时段和用户行为为区分调整室内光环境，在白天尽量使用自然光照明来节约环境，当自然光不足是再进行区域性的照明补充，例如只针对用户所在位置或者用户正在使用的屏幕显示型设备做出照明补充保护用户视力。室内热环境在客厅区域则需要着重考虑到人员数量和设备发热带来的室内热环境变化情况，针对不同人数进行不同的热环境调节来保证客厅温度的适宜，使用自发热较小的家电产品来维持绿色家居的可持续性。室内废弃物处置系统则可以通过监测控制客厅的废弃物收集装置来实时掌控室内废弃物回收情况，可以提示并引导用户做出废弃物分类，利用一些小型装置，例如室内可燃废弃物的能源转化，做出在客厅就可以进行的废弃物能源再利用，引导用户参与进这一过程使用户获得良好的体验和自我实现感，以此驱动用户积极参与到室内废弃物处置再利用的系统中来。也可以在交互设计中建立使用该交互系统的用户社区，开辟一些用户创意室内废弃物再利用的活动来引导用户参与这一循环系统并建立室内废弃物循环再利用处置的理念（如图2）。

2.卧室区域：卧室区域是用户夜间活动的主要承担者，主要是用户的夜间休息活动，在这一区域内用户的首要要求就是安静、弱光、适宜的声光热环境系统，我们在进行交互设计时也应该着重这三个循环系统的把控和设置，将它们放在显眼的交互位便于用户的控制调整。而是物理环境中，我们应当在卧室区域有用户停留时保证声环境的柔和，对于需要安静环境休息的用户提供安静的卧室环境，对于睡眠不佳的用户我们还可以在他的入睡阶段提供助眠的白噪音，并在用户入睡之后保持尽量安静的卧室环境，关闭或者替换有噪音产生的家具电器。卧室的光环境系统则可以在白天时通过智能控制遮光窗帘来实现昏暗弱光的环境，在夜晚则尽量降低室内照明来减少城市光污染。在夜晚的时候虽然需要降低照明光源，但是对于深夜有活动的用户我们也可以在墙角近地高度亮起微弱光引导光源，由此来保证用户在半夜起床时候的活动安全和引导。在卧室的热环境系统中，我们则可以采用预热或预冷的方式来保证卧室安静声环境的同时保持适宜温度。智能家居系统可以通过记录学习来记录用户的入睡时间和入睡习惯（包括但不仅限于适宜入睡温度，入睡后是否有翻身行为），在用户进入卧室之前开启空调或温湿机将室内温湿调整到用户适宜的状态之后进入低功耗低噪的待机状态，保证用户入睡时的安静环境。当用户入睡后，如果监测到用户有翻身、踹被等可能会将被子掀开的行为之后，智能关闭窗户，开启家电为用户继续保持适宜的温温情况，避免用户受凉生病。

卧室因为在用户使用的时间里会长期处于一个较封闭的状态，室内空气不流通，久而久之会对用户的健康产生不好的影响，因此我们还需要在记录用户离开卧室之后及时智能开启窗户通风换气（如图3）。

3.厨房区域：厨房区域承担着家庭食物存放、餐点制作、厨具存放的责任。因为这一区域存储食物因此对通风换气与温湿度的要求较高；又因为这一区域在烹饪食物时可能会产生油烟，因此对空气净化和悬浮颗粒物净化的要求较高。因此在这一区域，我们需要着重考虑气环境的空气循环和净化、存储食物温湿度的调控这两方面。首先在厨房气环境系统中，我们可以通过监测这一区域的电器使用情况来判断用户进行的工作，检测到开启液化灶或电磁炉、炸锅等烹饪设备时可自动为用户开启包括但不仅限于抽油烟机的空气净化设备，保证厨房的空气质量安全。并在烹饪过程结束后及时智能开启窗户通风换气。为了保证厨房存储食物的质量，智能家居可以—方面联网冰箱，实时了解冰箱内存储食物种类数量调整到适宜的保鲜温度并在APP端提示用户尽快食用。另一方面对于存储于柜子等收纳空间的食物则联网监测他们的存储情况，并将柜中的温湿度根据存储食物情况进行调整。在厨房区域中，还有另一项重要的工作是厨余垃圾的处理。在这一问题，室内废弃物处置系统可以通过两方面的工作来辅助用户进行厨余垃圾的绿色生态处理。—方面对于室内无法处置回收的厨余垃圾引导用户进行分类然后送至垃圾集中处理处。另—方面家中可以安装小型厨余垃圾沼气蓄能装置，引导用户将可进行回收利用的厨余垃圾放入蓄能装置的回收口，进行沼气发酵蓄能处理之后将蓄能能源再用于家庭能源供应，以此鼓励用户进行厨余垃圾的回收利用并建立绿色生态家居的概念（如图4）。

4.卫生间区域：卫生间区域承担着家庭的洗浴、排泄物处理等工作，这一区域中对于水环境系统和废弃物处置系统需要着重进行考量。在卫生间区域中，水环境系统可以监测收集洗浴废水进行回收处理，达到标准之后可成为洁净二水用于家庭绿植浇灌等非直饮用水，对于个别用水量严重超出平均标准的家庭或成员也可以在移动端进行节水的页面提示。对于排泄物的处理则应该秉持不危害公共环境的原则，将卫生间垃圾与其他垃圾分开处理，尽量保证不造成垃圾的混合再污染。同时因为卫生间的使用时长并不久，因此应当在卫生间的光环境系统中实施人走电断的模式。卫生间在排泄之后可能会产生异味，因此气环境系统的相关设备应当在监测到排泄活动进行时就开启空气净化设备净化空气中的异味，保证用户的使用体验。

5.通道区域：通道区域连接着几大家居生活中的功能区域，也可以理解为是用户的家居活动动线，因此通道区域承担着用户在各区域之间行走穿梭的工作。通道区域一般在白天的照明可以依靠自然光或各区域补充照明的光源来照亮，但是当夜晚用户入睡以后，各区域的照明相继关闭，此时为了保证用户夜间活动安全的同时又要保证用户夜间休息的舒适，通道区域应当在近地高度亮起弱光夜灯，既能保证用户夜间活动能看到地面的情况，又不会影响到用户的夜间休息（如图5）。

结语

对智能家居交互系统从室内生态环境健康的角度出发进行设计是秉持着为更好生活而设计的理念，对时下热门的技术热点和聚焦的环境问题的结合。风口永远有下一个，但是核心的驱动力是技术，核心的服务点是生活。面向室内生态环境进行智能家居的交互设计，在尽可能的情况下连接更多的智能家居，力图使用户感知到大概念智能家居的全貌，并在良好的技术平台下改善甚至无意识中改善室内人居环境，并以家庭为单位向室外自然环境输出力所能及的改善产物——如洁净的二水、分类收集的生活垃圾，正是面向室内生态环境健康的智能家居交互设计对于更好人居环境的意义所在。