基于通用设计的水上救援设备的设计研究

张祺淳 李红玲 刀 然 徐 宁

（江苏师范大学科文学院，江苏 徐州221116）

1 水上救生设备的研究

1.1 研究背景

据世界卫生组织《全球溺水报告》统计显示，全球每小时有40多人溺水死亡，每年共有约37.2 万人溺水死亡，半数以上溺水死亡者不足25 岁；而我国每年约有5.9 万人死于溺水，平均每天就有150 多，其中未成年人占据了95%以上。[1]首次在我国发布的《2000年至2005 年中国儿童意外溺水状况调查结果报告》显示，溺水已成为儿童死亡意外的头号杀手。[2]笔者做了一项关于溺水预防的认知的网络调研，3462 位人士参与了问卷调研。结果显示，近4 成人不知道正确的急救方式。而现市场缺少溺水可以大众自救的智能型产品，多要靠配有专业设备和专业知识的救援人员进行施救。但这些设备往往价格昂贵且功能单一，因此拥有一款大众化的水面智能救生设备是大势所趋。

1.2 水上救生的危险

若溺水者处于的水域为无人管辖水域，无专业人员给予救助时，溺水者需靠周边群众得到帮助。岸边的人员可能会贸然跳入水中进行施救，非专业游泳救生人员在水中救生时，会出现缺乏救生技巧和体力不够等情况，常被溺水人员拉入水中造成自身溺水。

1.3 合理进行救援

绝大部分安全教育中提到的救人方法是：如果遇到有人溺水，首先要大声呼救并立即报警。同时可以向水中抛掷救生圈、木板等漂浮物，或在岸边使用长竹竿和绳子拖拽溺水者，切不可贸然下水救人。

由危险因素的第三点“接触水的机会”可知，避免救人者溺亡的最好方法就是避免非专业救援人员下水。然而，合适的漂浮物不易找寻，且即使找到了能否将该漂浮物有效仍至溺水者附近，并对落水者其到有效的支撑作用的可能性几乎微乎其微。此时，具有远程遥控功能的漂浮板就十分有用了。

1.4 现有救援设备问题分析

（1）现有的水上救援设备缺少从用户的生活环境、危险场景、获取是否便捷等方面考虑的人性化设计。

（2）大多数水上救援设备的研究着重点放在了动力功能上，而缺少针对能快速获取使用进行快速救援这一功能进行研究。

（3）市面上的救援设备存在操作复杂、穿戴复杂、体积大不易收纳、获取不及时等的问题，使救援成功率大大降低，增加了溺亡的风险。

2 适用于水上救援浮板的设计方法

在进行产品设计方案阶段，先采取了形态分析法，形态分析法是一种结构组合或重组方法。[3]笔者运用这种方法的出发点是现有的水上救生产品，因为许多发明创造不是发明一项完全新的东西，而是对旧事物的重新组合。因此，先综合所有的来源中收集有关元素,再系统2 分解，并把有关元素分成6 个较大的变项（第三部分会进行详细讲解），最后将这些变项进行组合，形成新的创造性设想。

在进行各种因素分析之后根据造型原理中的组合原则对产品外形进行物化，组合原则又分为关系性要素和心理性要素,分别位于客观存在与主观认知中，其中关系性要素管辖视觉要素的编排、组合。设计的方法构建人与机器相结合的智能系统作为问题的求解系统，运用综合集成法，将专家体系、数据和信息体系以及计算机体系结合起来，构成应该高度智能化的人机结合系统，发挥系统的综合优势、整体优势和智能优势，把人的思维、思维的成果、人的经验、智慧以及各种情报、资料和信息等集成起来，从多方面的定性认识上升到定量认识。同时，综合集成法体现了精密科学从定性判断到精密论证的特点，也体现了以形象思维为主的经验判断到以逻辑思维为主的精密定量论证过程。它的理论基础是思维科学，方法基础是系统科学与数学，技术基础是以计算机为主的信息技术，哲学基础是实践论和认识论。[4]

3 遥控救援浮板发改良设计

3.1 人机环境系统是指共处于同一时间和空间的人与其所使用的机以它们所处的环境所构成的系统。[5]以调研的材料作为基础，从人、机、环境三方面进行分析思考（图1）

图1

3.2 产品设计要素定位

新式遥控救援浮板是一款基于通用设计的智能水上安全救援产品。本产品正是要实现水面救生的智能化、便捷化和大众化，具有很强的可控性，很大程度上减少传统救援设备的失误率。利用产品设计中的组合原理和形态分析法得出了本产品的设计要素：

（1）形态。外观应用类似飞船造型设计，应用流体力学和人体工程学原理，在面对水压和冲撞时，依旧可以平稳运行；底部设有两内嵌式动力推进器，保证在复杂水域中也能快速救援；两个握槽一个把手，让溺水者在慌乱中也及时能抓住浮板，握稳不怕侧翻；全机流线型设计，不怕磕碰给溺水者造成二次伤害。

（2）功能。添加了一下功能：内置蓝牙模块，能与用户手机轻松快速连接，连接完成后用户可对设备实时操控进行水上救援：防水电机和双动力内嵌式动力推进器，可保证设备充足的马力以进行及时迅速的救援；太阳能充电，即便是放置在无人水域也能自行充电，保证任何时刻都有充足电力进行救援；红外感应装置，人体脱机时，自动感知，紧急制停。

（3）结构。由高强度树脂外壳、硅胶握槽、推进器、反光条和螺旋桨等组成；内置主要由防水电机、锂电池、蓝牙模板等组成。

（4）色彩。总结普通救生设备的色彩，得出产品的机身色彩大调使用醒目的红色，危急时刻都能快速发现设备的位置；白色部位贴有反光条，即便是在夜间也能清楚的确认设备的位置。

（5）材质。高强度复合树脂主体（提供充足浮力）、轻铝合金骨架。

（6）人机。a.整机尺寸（长*宽*高）为55cm*37.5cm*15cm（根据我国GB10000-1988 标准中人体测量数据确定）；b. 握槽的尺寸选取最大功能尺寸和最小功能尺寸的平均值（最大功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量；最小尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量），可适用于大多数人群。（图2）。c.浮力上限值为150kg（含150kg），可承载大多数人群。d.符合人体工程学趴式设计，推动力的水流在人体两侧，舒适性极好。（图3）。e.握槽内有红外感应装置，当人体脱机时机体会感应到并迅速断开动力，紧急制停。

图2

图3

（7）方案确定。在调研中笔者发现，水上救援的难度非常大，溺水者及溺水者所处的环境会极大程度上影响救援的进展。因此采用宽大的板状结构来处理各种各样的紧急情况，同时综合人机工程学相关数据作出多种方案草图方案进行讨论研究，最终选定此草图方案进行深化设计。（图4）

图4

资料调查发现，水位线超过胸口后人体在水中会丧失自控能力，并出现窒息和漂浮的情况。[6]针对这一无法改变的生物限制，笔者设计的方向之一就是安全性。产品将提供给人体在一定区域内的安全感（无论是色彩还是材质上），在一定程度上起到安抚和平稳情绪的作用。在接下来的计算机辅助造型阶段，对产品的颜色进行了综合考量与筛选。

同时在原有的草图基础上加入了功能元素，将设计调研分析中的设计概念物化，将具体功能通过计算机辅助造型反映在其造型与结构上，在建模过程中将产品的细节可视化。（图5）

图5

本产品在进行快速救援的同时，也考虑到通过产品自身的语义在潜意识里抚慰溺水者的紧张情绪，极大程度降低了溺水者因自身慌乱而导致溺亡的概率，提高了溺水者的生存几率。

经过细致的研究讨论，选择了更合适本产品各方面需求的材质进行模型渲染因得到了最终方案的效果图：（图6）

图6

4 结论

本文结合市场背景调研、竞品分析、设计方法选用[1]、产品设计要素分析和计算机辅助造型设计，总结形成了针对通用设计的公共水上救援设备的模型形态、尺寸、色彩、材料、结构、功能和人机交互。该产品在2020 新青年杯全球青年创意奖中获得了三等奖。该产品能有效减少溺水二次事故的发生，并且能快速高效精确地对落水者实施救援，有效减少溺亡事改的发生。