基于FBS模型的户外核酸检测装置创新设计研究

王书义 柳寶鉉

摘要：结合核酸检测现状提出一种检测装置设计思路。利用FBS（Function- Behavior-Structure）模型分析具体用户诉求，结合理论知识与设计经验，产生了核酸检测装置的设计思路，并构建FBS 框架界定核酸检测装置的设计原则。设计出满足现有环境及用户需求的核酸检测装置。首次将FBS 模型应用在核酸检测装置的分析与设计上，为后续的相关设计研究提供一种理论与实践参考。

关键词：产品设计 核酸检测装置 FBS模型 COVID-19 用户需求

中图分类号：TB47 文献标识码：J

文章编号：1003-0069（2023）20-0116-04

Abstract：Based on the current situation of nucleic acid detection，a design idea of detection device is proposed.Using the FBS（function behavior structure）model to analyze specific user demands，combined with theoretical knowledge and design experience，the design idea of nucleic acid detection device is generated， and the FBS framework is constructed to define the design principle of nucleic acid detection device.Design a nucleic acid detection device to meet the existing environment and user needs.For the first time，FBS model is applied to the analysis and design of nucleic acid detection device，providing a theoretical and practical reference for subsequent related design research.

Keywords：Product design Nucleic acid detection device FBS Model COVID-19 User needs

引言

2020 年初新型冠状病毒疫情在全球范围内蔓延。WTO 于同年1 月12 日将其称之为2019-ncov，ICTV 于2020 年2 月11 日将其称之为SARS-cov-2[1]。在国内，每每有疫情在当地爆发时，政府均会有序组织全员核酸检测，但核酸检测的采样地点多由社区或村部提供的办公场所临时充当。这种临时提供的核酸检测场所无法保证核酸检测的有序进行，并且在核酸检测过程中会产生交叉感染等现象。

FBS 模型最早于20 世纪90 年代由Gero Js 提出了将该模型应用在早期过程中产品研发的表达中[2]。Gero JS 等在2004 年4 月将FBS 模型进行了改善，将设计要求这一思路带入模型之中[3]。王美清等2004 年5 月份整理归纳并建立了一种新的理论模型，产品设计质量特征和用户需求二者之间的对应关系被发现和连接了[4]。2013 年5 月份，Cascini G 等于对于模型中现有的问题，加入了要求与需求的概念，并扩展了FBS 模型[5]。2018 年7 月份，张青等在对目标产品分析时用新的FBS 设计模型，将弹性边界的理念加上模糊需求的概念相融合，最后利用上下文感知进行更多的分析思考。

本文首次通过FBS 用户需求模型探索核酸检测过程中的用户真实需求以及存在的问题，进而设计符合用户需求的核酸检测装置以解决核酸检测中存在的问题，并为今后的核酸检测装置提供一种理论与实践方向[6]。

一、核酸检测概要

介绍检测方法及其特点，分析检测环境与存在问题为讨论用户需求做铺垫。

（一）檢测方法

为了判断是否感染病毒，国际上广泛采用的检测方式主要有鼻咽拭子法、口咽拭子法、深咳痰液法等，如表1 所示。

（1）鼻咽拭子法：可以较长时间地在咽喉部位停留得到更加大量的样本，且患者耐受性好。医务人员熟悉操作后进行手术，他们通常可以在没有麻醉的情况下取样。采样器暴露的风险低于口咽拭子， 因为在采样过程中操作者无需直视患者的口腔，患者拉下口罩仅暴露其覆盖的鼻孔，所以基本没有咽喉反射。有打喷嚏可能的核酸检测者可以用肘部或纸巾遮挡，并且由于采样器不在患者正前方，因此接触的风险很低。

（2）口咽拭子法：操作部分与鼻咽拭子法相同。口咽拭子法与鼻咽拭子法所用的拭子可以放置保存在一支试管之中。口咽拭子法的好处为检测的用时短，可以快速开展检测工作。

（3）深咳痰液法：相对于口咽拭子法检测，其发现RNA 的成功概率高，但并非所有患者都能产生痰液样本。

如今主要的核酸采集方法为上述的3 种，但在实际生活中大多数居民在参与核酸采样时主要使用口咽拭子法，所以本次的研究中也将重点关注于口咽拭子法的检测要求和检测条件进行研究与分析。

（二）检测环境与存在问题

核酸检测在每一个步骤地区的作业中需认真遵守检验的流程来执行，并且严格禁止把样品混合进行检测。核酸检测装置的检测环境应向核酸检测实验室看齐，但因面向全市和城乡居民，所以标准稍弱于实验室。

（1）安全性不足。检测环境较为简易，易产生如交叉感染等问题。因此，本研究将户外环境因素如温度、地点、安全等要素加入设计考量中。（2）交互性缺失。现阶段核酸检测结果一般不进行另行通知，此操作降低了核酸检测的时效性，产生了诸多不稳定因素。（3）可回收性不足。由于场地和时间准备不充分，循环与卫生系统考虑不够全面。因此本研究应将可回收性加入设计考量中。（4）便捷性不足。由于居民个人或工作原因不能在规定的时间范围内到指定地点完成核酸检测。

根据以上发现并总结出的存在问题为下文的设计需求及结论做出铺垫。

（三）后续反馈

本研究将考虑核酸检测后续反馈的问题，通过优化交互方式等设计方法聚焦用户需求，使检测居民便捷高效地获取检测结果以完善检测流程。

二、研究方法与流程

简要概述FBS 模型，结合用户实际诉求与需要，得出设计思路与流程。本研究主要利用FBS 用户需求分析模型得出核酸检测装置的设计原则及使用需求与功能。

（一）FBS 模型概述

将历年FBS 模型改动变化整理归纳，如表2。

FBS 模型由功能-Function、行为-Behavior、结构-Structure[7]， 以上3 个自变量构成。当设计活动需要被形容讲述时，此模型让这三种变量与客观世界、解读世界和预期世界相关联上。解释，即知觉载体、感觉载体等载体之间相互联系使得客观世界里的变量－感官变量成为解读世界的感觉－体验感觉；客观世界里的计划举动达成预期世界中的目的形态；使用聚焦的方法把解读世界里面的感官表达变成预期世界的目的。

为了掌握产品的功能需求，设计师着手于调查用户需求[8]，且将产品的功能需求开展剖析，从而掌握其预期行为；预期行为与结构是主从关系，剖析结构进行用户交互行为的掌握；结束时，使预期行为和实际交互行为开展关于是否配对的数值评估，以确认整体结构具有优良的准确稳定性。此评估分析作为一种快速思考过程，仅为帮助设计者回顾分析研究结果。FBS 模型的开发步骤与人类的认知特征相互对应，使设计研究的产品层次感更加富有，其结构示意图，如图1。

（二）基于FBS 模型的核酸检测装置设计需求与思路

基于FBS 模型的核酸检测装置（下文简称为核酸检测装置）设计思路如下：

通过文献研究并结合实际生活，对检测居民和一线医护人员的生理以及心理需求进行收集，根据实际地理位置，当地气候温度及居民与一线医护人员的实际诉求，总结所需设计要素，将其可移动性、易用性、安全性、可回收性、场地要求、设备要求、卫生性、隔离性、交互性等多种性质作为设计的主要思考点，整理出采集采样装置的功能需要；预期行为决定结构，剖析结构掌握用户交互行为；使预期行为和实际交互行为开展关于是否配对的数值评估，以确认整体结构具有优良的准确稳定性；最后设计出基于FBS 用户需求模型的核酸检测装置，为核酸检测装置的设计提供实践和理论参考。尽可能为一线人员和广大居民提供更加安全、快捷的服务体验。

三、核酸检测装置FBS模型的构建与设计需求的代入

（一）FBS 模型的构建

FBS 模型主要通过两个阶段的相互印证与映射进行搭建。整个过程分为分析与映射验证[9] 两个阶段。

FBS 模型的构建。设计需要与现有的FBS 模型相融合，进一步将FBS 模型进行优化改良，如图2。

图3 中符号分别对应：ei- 预期世界，e －客观世界，R －要求， i －解讀世界，N －需求，F －功能。

图3 中分别阐述了需求识别与要求定义两个过程。其中被假定为不直接发挥作用的因素是设计人员常年积攒的设计经验等，这些因素不干扰设计的推理与进行。

（1）分析阶段

a. 对客观世界中客户的需求Ne 进行分析，且归纳[10]

b. 将客观世界中客户的需求Ne 转变为解读世界的需求Ni

c. 将Ni 借助设计人员积累的设计经验转换为解读世界的要求Ri，此时Ri 为一个设计性质的集合CRi

d. 将Ri 进行筛选优化，提炼出预期世界的要求Rei，即Crei

e. 将预期的要求Rei 转化为预期世界的功能Fei 即CRei 转变为CFei，输出Fei 以供反馈阶段使用，以此完成分析阶段，如图3。

（2）映射验证阶段

a. 将客观世界的用户行为链Be 转变为预期世界的用户行为链Bei

b. 构建预期世界的用户行为Bei 到Fei 的映射即预期世界的功能链

c. 构建预期世界的用户行为到预期世界的功能Fei 到Sei 的映射， 即预期世界的功能到预期世界的设计构架

d. 通过设计分析和反馈完善FBS 模型[11]，新的设计要求被迭代产生了，如图4

（二）设计需求带入

（1）分析疫情期间满足检测需求的检测装置Ne，并进行归纳。将Ne 转变为符合检测需求的核酸检测装置，即转变为解读世界的需求Ni。

（2）首先，通过FBS 过程模型对检测装置的基本功能特征进行分解，将Ni 借助设计人员积累的设计经验转变为符合设计的检测装置应具备的解读世界的要求Ri，此时Ri 为核酸检测装置应具备的性质集合CRi。

（3）将检测装置应具备的要求Ri 进行筛选优化，提炼出理想的检测装置设计要求Rei 即检测装置设计要求合集CRei，将预期世界的总功能要求分解确定成为可移动性、安全性、可回收性与交互性共4 个子性质。把符合设计的检测装置应具备的要求Rei 转化为理想检测装置功能Fei 即合集CRei 转变为预期世界功能合集CFei，

（4）对核酸检测装置分析其功能，如图5 所示。在核酸检测的客观需求Ne 中设计出符合抗疫需求的核酸检测装置Ni，经过设计人员积累的设计经验转变为符合设计的检测装置应具备的可移动性、隔离性、安全性、可回收性、卫生性、交互性和易用性，然后将这些性质进行筛选优化，提炼出理想设计的要求：可移动性、安全性、可回收性和交互性。由这些设计要求得出核酸检测装置所需要的驾驶、保护、循环与卫生和医患交流与反馈功能。

四、设计实践

（一）核酸检测装置设计构架的搭建

依据检测装置的流程链序结构和对应的因果关系特点展开分析， 从行为链中的末端即客观世界检测装置的设备向前开始分析，同时对预期世界的设备功能实行类比，再分析检测装置的设备功能，最后得出检测装置的设计构架，如图6 所示。

（二）设计展示

（1）核酸检测装置外部设计：检测装置采用绿白相间配色，颜色醒目符合色彩心理学且象征着卫生、无害、能起到一定程度的保护车身的作用。检测装置使用世界卫生组织会徽作为标志，产品外观如图7 所示。

（2）核酸检测装置功能设计与创新：根据核酸检测装置所需要的驾驶、保护、循环与卫生、医患交流与反馈功能Fei 得出的核酸检测装置设计架构Sei，设计出核酸检测装置的内部结构与功能。

a．内部结构：将FBS 模型导入所设计的满足可移动性、安全性、可回收性和交互性质Rei 的核酸检测装置的内部结构中，可分为驾驶、检测、储存（缓冲）和更衣（洁净）4 个区域，驾驶区域有可操作检测装置移动的普通驾驶室以及安装在顶端的可清洁能源太阳能板，检测区域有医护人员通道、医护人员与检测居民座位和身份识别系统， 以进行核酸检测和整理样本送检等工作。储存缓冲区域设有功能进一步细化的试剂储存箱，来完成核酸检测所需的一系列药品及试剂的储存与应用工作，更衣洁净区设有更衣室和休息座椅供医护人员更衣和休息。

b．装置创新与特色

1）以车为载体设计出核酸检测装置，便于在疫情期间更灵活地使用，为抵御疫情分忧。在车顶加入了太阳能板，使检测装置设计融入了清洁能源元素。2）医护人员所在的工作区域，检测居民由检测装置外的入口排队进入，就座于检测居民座椅上，由坐于医护人员座椅上的医护人员对其进行咽拭子检测，检测结束后检测居民从身份识别区离开，方便医务人员进行身份统计，提高检测的工作效率。同时医护人员将检测试剂放入试剂储存箱中，而后进行下一位居民的核酸检测。3）试剂储存箱，检测箱由顶盖、检测试剂、工具存放处、温度显示器和可替换储存单位组成，不仅能加快检测速度，还能为医护人员的安全提供一份保障。4）由检测装置俯视时可以全面地看到检测装置的内部构造以及核酸检测过程。车尾处设有更衣室， 提高了医护人员的隐私性与安全性。根据FBS 理论模型结合用户需求设计出的检测装置特色设计功能，如图8。

结论

对于疫情期间核酸检测流程的认知以及要求的提高，针对疫情期间居民核酸检测所产生的问题，利用了FBS（Function-Behavior- Structure）模型来解决。基于FBS 模型分析了核酸检测的具体用户诉求，结合先前FBS 论文中的理论知识与设计经验，产生了核酸检测装置的设计思路，并构建FBS 框架。将核酸检测需求首次输入到FBS 模型中，经过分析与映射验证阶段，设计出了满足现有环境使用需求的核酸檢测装置。由于是首次将FBS 模型与核酸检测装置相结合，故在设计流程与分析带入方面考虑不够全面，所设计出来的作品仍有一定的局限性。但是将FBS 模型与时俱进地结合核酸检测装置这一思路值得深入研究，希望能为后续的核酸检测装置设计提供实践与理论参考，尽可能为一线防疫人员和广大居民提供更好的服务； 并为确保新冠病毒检测工作的顺利实现，提供一份设计力量。

参考文献

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