基于交互体验的城市智能分类垃圾箱设计研究

刁翠翠　牛森　王馨仪

关键词：交互体验 智能 分类垃圾箱 可行性途径 后疫情时代

中图分类号：TB427 文献标识码：A文章编号：1003-0069（2022）08-0119-03

引言

中国城市化进程不断加快，城市生活垃圾数量呈倍级增加，大量城市深陷垃圾围城困境。目前，国内主要的668个城市中，近三分之二的城市处于垃圾的包围，四分之一的城市已無垃圾填埋堆放场地;对于城市垃圾的处理，进行无害化处理的垃圾约占66%，剩余约34%的垃圾只能进行简单的处理，每年的经济损失或高达300亿元。因此，国内城市垃圾分类政令频出，探索更好的生活垃圾收集和处理方式成为了重要任务。城市中垃圾的处理方式，直接决定了一个城市的美观程度和综合素质，更是反映出一个城市的发展重视程度[1]。

一、垃圾箱设计理念

“人生的意义感、价值感来自我们和他人的联结，来自我们和自然的联结，这种联结好比镜子，映照了我们存在的意义和价值”[2]。工业革命后的产品设计坚持以人的需求为中心，关注对自然环境的保护，然而也存在着环境破坏、生态污染、能源过度消耗等现象，使得人与自然和谐发展的绿色设计理念更显珍贵。绿色理念是对设计认知和观念上的变革，期望设计者以保护环境和节约资源为宗旨，不过分突出垃圾箱造型的标新立异，转而将重点放在真正意义的设计与创新，注重其功能性，使设计更为简洁，更能发挥价值。同时，智能分类垃圾箱的电力来源主要由太阳能电池板实现，体现了环境保护与资源节约相融合的设计理念。在后疫情时代，通过智能分类垃圾箱的研发设计，设置消毒屏障，简化操作流程，并结合应用情境，可以有效减少与垃圾细菌的直接接触，使垃圾箱创新式设计以舒适简单的手法表现，贯彻绿色理念。

二、国内垃圾分类的现状

（一）国内垃圾分类政策

2019年7月1日起我国颁布史上最严垃圾分类令，这是继禁止洋垃圾后，我国又一次对垃圾的严格整治。自2006年上海成为全国第一批垃圾分类的试点城市，在二十年的时间里上海的垃圾分类工作经验和处罚性管理措施[3]，为出台全国性法规政策提供了有效参考。2019年12月，辽宁省政府下发《关于加快推进城乡生活垃圾分类工作的指导意见》，指出全省将以减量化、资源化、无害化为目标，加快建立分类投放、分类收集、分类运输、分类处理的城乡生活垃圾处理系统。

（二）国内垃圾箱种类

国内颁布了史上最严格的垃圾分类政策，促使垃圾箱样态呈现多元化类型。当前，我国应用的垃圾箱主要有以下五类，“敞口式垃圾箱”是目前使用最广泛的垃圾箱类型，无盖，结构简单，通过更换内部垃圾袋处理垃圾。“翻盖式垃圾箱”能够有效减少垃圾腐的异味，倾倒垃圾时需取上盖，便利性较差，会降低使用频率。“脚踏式垃圾箱”利用了机械杠杆原理，用脚踩踏板开盖，增强了便利性，密封性也较好。“感应式垃圾箱”通过红外感应开启投掷垃圾，减少了人与垃圾箱接触频率，卫生环保，缺点是需要充电或更换电池。“组合式垃圾箱”包含了多个垃圾袋，节省空间，但外挂的垃圾袋易破损，增加了垃圾处理的难度。由此可见，国内常见的五类垃圾箱各具利弊，在垃圾分类新政影响下，需要重新整合资源进行全新有效的智能分类垃圾箱设计。

（三）国内分类垃圾箱的现存问题

生活垃圾造成的环境污染一直是社会生活严峻的危害。目前，城市居民普遍对于垃圾分类回收积极性不高，家庭垃圾分类手段单一化，且家用垃圾回收箱不能对垃圾进行有效的自动分类，导致居民自主垃圾分类的回收效率较低。市面常见的垃圾箱存在功能单一、科技含量低、封闭效果不佳等问题，垃圾箱内的积液还容易滋生细菌，使垃圾箱成为病菌的培养器皿。因此，“分类垃圾桶作为推动垃圾分类、垃圾处理工作的公共设施，要适应广大群众的使用需求，以实用性和创新性作为设计原则”[4]。通过对分类垃圾箱进行创新式设计，提升垃圾箱科技含量，科学合理的收集和处理垃圾，进行智能化公共垃圾分类，更好地便利居民垃圾分类方式，提高生活垃圾分类回收率，将成为智能分类垃圾箱设计的关键问题。

三、国外的生活垃圾分类经验

（一）韩国

自1995年起韩国开始实施垃圾分类制度，并根据居民的排放量收费。通过这一垃圾计量收费制度，不同垃圾必须分类装入不同的专用垃圾袋，无法进行回收利用的垃圾必须放入对应的垃圾袋。韩国的《环境资源公社法（2003年版）》更是作为主要监督执行生产者责任延伸的制度法，提出了公社内的废弃物负担金制度、事业场废弃物减量化制度等先进的环境政策[5]。

（二）日本

日本自1980年开始实行积极的垃圾分类回收政策，对于不按规定进行的垃圾倾倒以《废弃处置法》这一全国性的法规予以规束，违者将面临巨额罚款甚至拘捕。在强制垃圾分类下，仅仅依靠盲目地投入分类设备并不能直接带动居民分类投放的积极性，必须要将垃圾分类的强制性和分类宣传引导进行结合，让两者保持持续性和交融性[6]。

（三）德国

德国作为世界最早实行强制垃圾分类的国家之一，自20世纪90年代起建立了堪称完备的垃圾分类系统。同日本一样，德国政府为了实现从源头解决垃圾残余问题，实行全国性的生态税和垃圾处置收费制度，每一个德国家庭都有一张标明不同类型垃圾处理的时刻表，按照该表每天将不同类型的垃圾运到指定的地点。德国在垃圾处理的中间环节还建立了覆盖全国的垃圾分类回收系统和家庭垃圾分类收集系统，体现了德国高品质的工业化水平。

四、智能分类垃圾箱的设计与应用

新科技时代，智能设备的应用改变了人们的生活方式，智能化、功能化、安全化将成为未来社会的发展趋势，垃圾桶在造型的设计上将进一步服从于形式美的基本规律和法则[7]，智能垃圾箱将极大减轻城市人工垃圾分类的负担，补全智能生活的“最后一公里”。

（一）智能分类垃圾箱的交互体验理念

城市智能分类垃圾箱采用了数字时代的人机交互理念，将人的指令以简洁、高效的方式传递给计算机，计算机以人们理想的方式反馈结果。传统垃圾箱以人工分拣为主，居民参与意识和积极性普遍不高，因近年国内垃圾分类新政实行，导致精准垃圾分类标准大幅提升，对部分居民垃圾分类要求提高，而以智能机器分类为主，人工投掷为辅的人机交互体验，成为城市智能分类垃圾箱研发设计的重要理念。

（二）智能分类垃圾箱的设计方案

1.固液分离结构设计：智能分类垃圾回收箱的内部设置主要由垃圾固液分離的过滤组件构成（图1）。垃圾箱顶部插接有顶盖，向下两侧对称设置有第一凸块，顶盖下两侧内壁开设有与第一凸块相插接的第一凹槽，垃圾箱的一侧开设有矩形孔，矩形孔内壁设有一个翻转板。过滤组件包括插接在垃圾箱一侧的连接板，垃圾箱的一侧内壁开设有固定槽，连接板的一侧延伸至垃圾箱的内部并和固定槽相插接，连接板上设置有滤网，位于垃圾箱外部的一侧固定连接有握柄，垃圾通过触动握柄使箱内的翻转板与过滤装置协同作用实现固液分离。因此，垃圾箱的固液分离结构设计可以有效减缓垃圾腐坏的速度，节约空间，降低回收运输垃圾的成本。

2.垃圾压缩组件结构设计：垃圾箱设置有用于压缩垃圾的压缩组件（图1）。压缩组件包括在顶盖顶部滑动贯穿连接的压杆，压杆底端延伸至垃圾箱内部固定在压板上端，压杆下部套设有弹簧圈套固定连接。顶盖的顶部呈环状排布立有多个支撑架，支撑架顶端又固定连接到支板。顶盖的底部固定吸附有两个放置架，内置活性炭包，用以吸收异味。在垃圾箱底部的压缩孔家内，内壁为斜面壁，内壁一侧底部插接有密封塞，箱体外底部还固定连接有支腿和轮子。压缩组件可以对垃圾进行压缩，增加垃圾箱的空间利用率，节约运输成本。

3.双向能源供电系统设计：垃圾箱的供电系统主要由太阳能电池板和街电设备组成。垃圾箱运行的主要电能来源于环保能源——太阳能，通过阳光照射使太阳能电池板内晶体硅制成的器件转化为电能，并在蓄电池内储存多余电能，为维持垃圾箱日常工作提供电能，节约能源。同时，智能分类垃圾箱供电系统还与城市街电线网连接，防止因太阳能电池板故障、太阳能储存电量不足时断电，提供稳定的城市用电，维持智能分类垃圾箱的正常运转。

4.扫码返利公益模式设计：智能分类垃圾箱的扫码返利公益模式，是垃圾箱结合智能化、数字技术的设计创新和探索。居民投掷垃圾后可以选择扫描垃圾箱体的电子二维码，进入微信小程序或绑定垃圾箱App，垃圾箱返利公益系统会生成抽奖页面，会获得数字红包，红包数额可以提现至公益捐款项目。智能垃圾箱设置的扫码返利公益模式，能够有效地提高城市生活垃圾投放的积极性和趣味性，增强用户黏性，提升居民垃圾分类参与意识。

（二）智能分类垃圾箱的工作原理

1.通过翻转板向垃圾箱内投入垃圾，通过下压压杆，带动压板下压对垃圾箱内部的垃圾进行压缩，防止垃圾通过矩形孔溢出到垃圾箱外，松开压杆，弹簧回弹带动压板回到原位，顶盖底部的两个放置架内可以放置活性炭包，用于吸收垃圾箱内异味，改善和优化垃圾箱周围气味。与此同时，还在垃圾箱一侧设置了烟缸（图2），用于投放烟头等易燃物品。

2.拔出位于垃圾箱一侧连接板可方便取出滤网进行清洗，同时防止垃圾进入箱体斜面壁内，用以隔离污水和垃圾。此外，通过拔出密封塞还可以放出斜面壁内的污水，而顶盖为插接结构，拔出顶盖，可以将垃圾箱内的垃圾进行倾倒。

3.下压压杆可以压缩垃圾箱内部垃圾，防止垃圾溢出，放置架内的活性炭包可以吸出垃圾产生的异味，改善垃圾箱周围环境的味道，并可以通过滤网隔离污水和垃圾，防止水和垃圾混合一体，进而降低处理难度。

（三）垃圾箱的产品外观设计

智能分类垃圾箱采用了竖、横两类长方体组合结构，竖向长方体包括垃圾投掷及加工区、人机交互面板、操作面板、太阳能电池板，横向长方体包括垃圾存储区，垃圾箱造型既便于用户操作，又方便垃圾运输。垃圾箱外观的色彩设计对用户视觉冲击和使用感受具有较大影响，垃圾箱整体色彩偏冷色调，人机交互面板为灰黑色搭配，表现出科技感;垃圾投掷口及箱体为绿色，有环保之意;垃圾箱右侧的操作面板区主要以蓝色为主调，配以橙色的暖色调互补，蓝色体现了清洁、干净之感，而醒目的橙色具有阳光暖意，增强了用户在远端对于垃圾箱的辨识度。（图3）

（四）垃圾箱的智能生活设计

智能分类垃圾箱的垃圾回收部分设可回收垃圾、湿拉圾、有害垃圾、干垃圾、电子垃圾等五种回收模式，回收种类多，范围广，几乎囊括了城市常见的垃圾种类。垃圾箱内设有液压机，达到一定额度将自动对废弃物进行压缩处理，箱体独立成型，密闭性佳，杜绝废弃物、汁液及气味外漏，避免污染，节约空间，方便运输。垃圾箱的智能系统设有太阳能电池板和街电设备，通过太阳能电池板接收和储存能量，带动系统的正常工作。当投入垃圾后，使用者将获得智能垃圾箱系统预设的一次扫码返红包和捐赠公益项目的机会，可以选择将抽中的红包捐献公益项目，增强城市生活垃圾投放的趣味性。

（五）垃圾箱的分类机制设计

智能分类垃圾箱的多功能回收部分包括智能识别系统、分离器、垃圾存储箱、一体化液压成型机、太阳能电池等五个功能模块，共同构成了智能分类垃圾箱的识别分类体系（图4）。垃圾回收箱部分是通过识别系统进行分辨以及分类的，以垃圾的不同形状、种类的透光度形成图片，提前录入系统设置，将扫描的实体垃圾图像与系统预存图片进行模糊比对和识别，然后将识别的物体与垃圾箱相匹配的分类形式二次分类，并控制电路主板进行后续的实质分类，而不符合要求的垃圾一律不予录入，系统默认设置为未识别垃圾，将投入未识别垃圾收集容器内。

系统已识别垃圾经过固液分离程序分别归类湿垃圾和非湿垃圾，湿垃圾将利用微生物发酵成为液态化肥，而非湿垃圾则经由分离器分解为可回收垃圾，干垃圾、有害垃圾，分别对应压缩为可回收利用的垃圾饼，焚化处理的飞灰，经无害化处理后垃圾填埋。

（六）垃圾箱的安全抑菌设计

作为新型的智能分类垃圾箱，不仅能够进行自动识别和分类垃圾，更突破了传统垃圾回收，增强有效的安全抑菌效果和高效的紫外线杀菌功能，使收集有害物的垃圾箱变成新型的净化装置。同时，堆肥发酵箱设有单独的密封及开箱排风系统以杜绝汁液外漏和蝇虫滋生，更避免了回收堆肥时发生爆燃事故。此外，垃圾投入后智能识别系统通过系统记忆模式进行识别分类，分类完成后识别系统发出指令控制螺线管通电，产生磁性吸引铁质支架从而使分离器的金属挡板打开，垃圾顺着打开的挡板滑入相应的垃圾存储箱内，实现对垃圾的分类，其中的可回收垃圾经过压缩后出售给废品回收公司，并采取复用方式进行商业联动，进行有害资源无害化，无害资源商业变现。

结语

人们生活水平日益提高的同时生活垃圾的产生量也随之增加，大量未经分类的垃圾直接投入回收，不仅持续污染环境，降低回收效率，更加阻碍了可回收资源的充分利用。智能分类垃圾箱的设计基于人-机交互体验理念，将很大程度提高大众的环保意识，减少生活环境的垃圾污染。对于智能分类垃圾箱体结构的设计，无论从功能、环保、防疫亦均优于同类产品，具有性能可靠、使用方便、安全耐用等特点，市场转化前景较为广阔。然而，正如只靠宣传环保知识无法真正带动人们行动一样，仅仅依靠设计一款新型垃圾桶还是解决不了生态保护的难题[8]，城市生活垃圾管理是一个长期的、系统的、复杂的工程。智能分类垃圾箱可以加强人类保护环境意识，有效地促进可再生资源的利用，为我国建立资源友好型、环境节约型社会提供新的智慧与方案。