基于后疫情时代的自动鞋子消毒器设计

王乐，金薇薇，王玥，刘欣玙

（上海工程技术大学，上海201600）

1 绪论

1.1 研究现状

在当下的后疫情时期，疫情时起时伏，随时都有可能小规模爆发。“消毒热”也随之兴起，消毒仪器越来越成为人们日常生活中离不开的产品。在疫情爆发后人们消毒意识增强，各类消毒产品销量激增，医疗保障日益完善，政府对公共卫生投资量增大。

1.1.1 国内现有消毒产品现状

现有的消毒仪器有用于餐饮消毒、空气消毒、水消毒、物体表面消毒等消毒设备技术完善、种类多样，但对于鞋子消毒的产品却少之又少。

1.1.2 现有消毒产品存在问题

对当下的消毒产品总结出了两个主要问题：一是随着消毒产品的日益丰富多样，人们生活中的消毒越来越频繁，也有学者提出了“越消越毒”的观点；二是当下消毒产品普遍集中在便携式个人消毒产品和大型公共场所消毒产品两类，而细节消毒极其容易被人们所忽略。

将消毒产品做到细节化简单化。鞋子作为个人防疫消杀工作中极易被忽视的点，也是病毒被带入室内的途径之一。因此，对于鞋子的全面消毒是这次设计的主题。

1.2 研究意义

1.2.1 鞋子消毒在日常生活中的必要性

在日常生活中我们与鞋子的关系是密友。鞋底每天与地面紧密接触，流动性很强。如果不注意其卫生，势必会成为一种可怕的“隐形”病毒传播方式。研究人员指出，不满两岁的孩子最容易受到鞋底细菌的侵害，因为他们喜欢趴在地板上玩，手和嘴平均每小时接触地板达数十次。这意味着你的孩子可能会接触到鞋子沾上的多数细菌和病毒。因此，讲究鞋子卫生、减少鞋底污染很有必要。

在后疫情时代病毒变异，传播能力增强，鞋子消毒问题更应该引起人们的关注和防范。

1.2.2 鞋子消毒在日常生活中的实用性

此产品主要针对家庭用户也可运用于酒店消毒，通过设计不同的配套尺寸适用于日常居家玄关和鞋柜中，进行普遍的消毒工作。根据不同使用人群的环境情况，进行色彩和造型不同设计，功能上采用简单易懂的操作提供给大众使用。产品选择易于清理材料，让消毒日常化、细节化、简单化。

2 自动鞋子消毒器设计研究

2.1 自动鞋子消毒器市场分析

2.1.1 鞋子所携带的细菌分析

鞋内携带的细菌主要是金黄色葡萄球菌和霉菌，在阴暗潮湿的环境中极易滋生，细菌会和人的体液中的尿素发生反应生成氨气。鞋底是细菌滋生的重点地带。在日常生活中，鞋底会沾染灰尘，泥土，动物粪便。而动物粪便中携带有大量的寄生虫和细菌。在鞋底上带入室内，在鞋架这种阴暗潮湿又不引人注意的地方快速繁殖，可能引发交叉感染，让人类产生腹泻，肌肉关节疼痛，发冷，发热，脱水甚至脑膜炎，败血症，或是一些心血管疾病。对于有小孩子的家庭，小朋友是接触地板最多的人群，抵抗力较差，若不注意鞋子鞋柜的消杀，将产生很大的健康安全隐患。随着新冠疫情遍布各地，无孔不入，病毒也会沾染到鞋子上带来感染风险。

2.1.2 市场现有产品及相关产品调研

市场调研分为现有产品和相关产品两部分。关于现有产品，进行了线上和线下两部分。线上参考了电商平台各品牌产品，产品的通病是消毒不全面，仅仅有一面能照射到紫外线，并且体积大，不易搬运，更多的是用在洗浴中心，酒店等场所，并没有适合家用的产品。

关于相关产品，最常见的消毒仅仅只有几种方式，如喷雾式，或者将紫外仪器等放入鞋中进行消杀的方式。这些方式比较传统，消毒不完全的情况下反而更有可能沾染在仪器上，发生交叉感染。经过调查问卷可以得知有近六成的人不会注重鞋子的消毒，在经过一天的工作回家后，很有可能会忘记或者懒得用喷雾或者这类紫外消毒仪器进行消杀，使用体验较差。

2.1.3 针对自动鞋子消毒器的用户问卷分析

根据鞋子的存放方式、保养需求、管理方式、处理方式、消毒意识等方面的问题制作电子问卷获得196 人的调查结果如表1 所示。

表1 自动鞋子消毒器的用户问卷结果Tab.1 The results of the automated shoe sterilizer user qionnaire

2.1.4 消毒方式及消毒原理应用分析

（1）《医院消毒技术规范》

根据《医院消毒技术规范》，我们日常穿着的鞋子就属于低危险性物品，采用低水平消毒方法，只杀灭细菌繁殖体（分枝杆菌除外）、亲脂病毒的化学消毒剂和通风换气、冲洗等机械除菌法。

（2）紫外线

选择紫外线消毒的优劣在于，符合环境保护要求，不会产生三卤甲烷等“三致”物质；杀菌迅速，无化学反应；接触时间短；运行成本低。没有持续杀菌能力。（UVC 紫外线：真正具有杀菌作用的是UVC 紫外线，C 波段紫外线很易被生物体洗后，尤以253.7 nm 左右的紫外线最佳。）紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽孢、分枝杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等，凡被上述微生物污染的表面，水和空气均可采用紫外线消毒。

紫外线有一定的适用条件，紫外线辐照能量低，穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物，因此消毒时必须使消毒部位充分暴露于紫外线下。用紫外线消毒纸张、织物等粗糙表面时，要适当延长照射时间，且两面均应受到照射。此外紫外线光不得照射到人，长时间照射紫外线，会导致皮肤色素沉着、皮肤增厚粗糙、光老化，严重的还可能导致癌前病变、皮肤癌、白内障等。

（3）杀菌率要求

对于消毒产品来说，杀菌效果是消费者最为重视的功能指数，它能够体现产品对于几种常见的婴儿有害细菌的杀灭效果。本标准要求紫外线消毒器杀菌功能开启后，从金黄色葡萄球菌、大肠杆菌，白色念珠菌的前后数据对照中，得到其杀菌率、大肠杆菌、白色念珠菌的前后数据对照中，得到其杀菌率。杀菌率要求如表2 所示。

表2 消毒对象及要求Tab.2 Objects and requirements for disinfection

医用紫外线消毒灯，可以杀灭新型冠状病毒。新型冠状病毒是一种β 属的冠状病毒，属于RNA 病毒，其理化特性是对热和紫外线敏感，所以应用紫外线进行消毒，可以灭活新型冠状病毒。紫外线中有一种UVC 波段的紫外线，对病原体具有杀灭作用。

2.2 自动鞋子消毒器设计

2.2.1 设计构思

根据日常鞋子日常使用规律的观察、讨论、研究，进行了前期的头脑风暴并提取关键词：人体热力感应、现代家居风格、消毒方式、户型。由于消毒产品的特殊性需满足紫外线适用条件，消毒时必须使消毒部位充分暴露于紫外线下，且两面均应受到照射，达到足够的照射剂量。此外紫外线光不得照射到人，使用环境需要具备封闭性。

从紫外线消毒产品适用条件的封闭性上选择一鞋一格的放置方式鞋盒消毒设计。为满足紫外线消毒足够的照射剂量，使鞋子两面均受到照射，设计灵感以“奥利奥”组合方式，“奥”—紫外线灯照射板，“利”—放置鞋盒。“奥利奥”组合方式也是自动鞋子消毒仪器组装结构，可以根据消毒鞋子的数量叠加安装。

2.2.2 设计细节

产品结构上，根据市场调研结果可见，大多数用户更喜欢将鞋子统一放置在鞋柜里。为满足用户需求和对鞋子无死角消毒的产品特点，将单个鞋盒与鞋柜相结合，采用了“奥利奥”式的结构，即紫外线灯+鞋盒+紫外线灯的形式，在产品的底部和顶部有顶板和底座，用户可以根据自己的需要进行排列组合，更能满足用户的个性化需求。

在产品造型和尺寸上，立方体的造型更加节省空间，对于家居用品来说也更便于摆放，风格简约。长度为40 cm，宽度为35 cm，紫外线灯部分高度为4 cm，鞋盒部分高度为17cm。

在产品材质上，采用家用设备常见的木纹和透明材质的搭配，保证能够更好融入现代家庭产品环境时还具有一定的用户亲和力，透明的柜门可以让用户更加清晰地看到鞋柜里面的鞋子，防止拿错和找不到的情况发生。因为紫外线灯发热的特性，所以在产品中其他部分材质的选择上，紫外线灯上下应该选择穿透力强的材质，周围的柜门和木制外壳应该选择抗腐蚀、耐热、不易变形的材质[1]。

（1）触控板

在产品顶板上的消毒操作界面的屏幕设计，主要用于启动和关闭产品和控制紫外线灯的消毒时长以及消杀强度，可以使用户在使用过程中可以直观的看到产品的工作状态，也可以方便快捷地进行设定和调节。

（2）紫外线灯

将五个较小的紫外线灯管并排组装在一个长度、宽度与鞋盒相同的盒子里，组成了一个紫外线灯板。用户根据需求将紫外线灯板拼接在每个鞋盒的上下，组装完成之后，所有灯板通电，由产品顶部的触控板统一控制。

为了消除紫外线灯对人体照射产生的安全隐患，通过人体红外感应系统让紫外线灯在有人经过时自动关闭，现在市场上存在的HC-SR501 人体红外感应模块配合LHI778 探头设计就可以很好地实现。

（3）鞋盒

通过对市场上的鞋柜鞋盒打开方式的对比分析，选择了底轴打开方式，原因是在一般情况下鞋柜本身高度不会太高，向下打开的方式更加便于拿取。打开后将柜门向里推，也不会干扰到其他鞋子的拿取。

鞋盒每个中间的隔板都可以拆卸，以满足一些特殊形态的鞋子（例如：长靴等）放置。在鞋盒的两侧分别设计有一个凹槽用于放置活性炭，起到干燥、消毒、防尘的作用。

根据人机工程学原理（图3），人取拿物品时物品高度应该在58.6～124.4 cm 之间，在产品的底部设计有10 cm 高的底板，以保证最底层的鞋子也能够拿取方便。

2.2.4 使用方法

使用流程：将需消毒的鞋子放置在单独的鞋盒中，可根据鞋子类型选择是否使用隔板。触碰屏幕打开消毒程序，人远离自动鞋子消毒仪器，等待提示音消毒完成。出门需使用鞋子时取出即可。