基于IOT思维的家庭厨余堆肥桶设计研究

韦鑫珠

中国的厨余垃圾污染日趋严峻。据统计，我国的厨余垃圾约占整个生活垃圾的50%--70%左右.因此厨余垃圾的资源化、无害化处理已成为人们日常生活中的重要内容。同时，可持续的生活方式驱动着产品创新并逐渐向科技化、智能化发展。本文基于IOT思维通过整合产品及服务，对传统厨余垃圾处理进行结构改造和功能升级，满足厨余有机垃圾储存功能的同时，以构建可持续解决方案，并利用智能感应技术，实现厨余垃圾系统自动控制，为用户构建一个绿色、健康、智能化生活环境。

1.家庭厨余垃圾处理现状与用户需求分析

以中餐为例，厨房炊事活动中厨余垃圾主要产生于菜品选拣与清洗、餐后处理、餐具清洁三个阶段。当前家庭厨余垃圾大多通过垃圾袋收集的形式与生活垃圾混合在一起处理，但在垃圾收集与处理行为过程中存在很多问题。

1.1 厨余垃圾处理过程中存在的问题

a、含水率高。厨余垃圾含水量为70%—90%左右，垃圾中的渗滤液在处理过程中易发生滴漏现象，从而弄脏地板。同时也增加了垃圾集体收集、运输、处理的成本。

c、分类意识不强。厨余垃圾构成成分中除了剩菜、剩饭可回收资源外，还有如塑料袋、塑料瓶、玻璃碎片等不可回收垃圾。而大部分公众垃圾分类意识不强，分类知识欠缺，有机垃圾没有资源化反而增加垃圾处理的难度。

d、处理方式被动。对于大部分人而言，厨余垃圾是失去使用价值的废弃物，同时由于其易腐烂的特性，人们往往避而远之。垃圾处理人们通常采用最原始的视觉和嗅觉感知，被动的、机械的处理方式。

表1 当前国内外处理厨余垃圾的方法

1.2 当前厨余垃圾处理方法

目前国内外对于厨余垃圾处理普遍重视，常用的处理技术（见表1）。

1.3 厨余垃圾处理过程中用户需求分析

当前厨余垃圾处理方式与处理方法，大部分局限在技术、材料、结构等具象的有限范围，忽视了人—机—环境的互动，在厨余垃圾处理过程中存在诸多不便，同时也导致大量资源的浪费。随着科技发展，人们越来越重视生活的品质，成功的产品设计已不再只是高科技内容的附庸，而是更多关注产品强大功能对于使用者的实际有效性。[1]年轻消费者认知产品的方式正在从关注技术、功能、结构、造型、材料等转向聚焦多次互动过程中全接触点的服务体验。[2]用户不仅需要购买和使用产品，而且还需要具备数字化、智能化、网络化的科技体验，最终满足用户最本质的需求。

2.基于IOT思维的家庭厨余堆肥桶设计方案

设计的本质在某种程度上就是重塑人与物之间的关系，而这里的关系是多维的。[3]因此我们需要将设计作为重要支撑，满足用户工作效率以及互动体验的需求同时尽可能地充分利用资源，改善人与环境的关系。当前城市中越来越多园艺爱好者倡导绿色生活，将阳台园艺作为一种崭新的家庭消费时尚，解决了食品安全担忧，同时享受健康、绿色的生活方式。基于IOT思维的家庭厨余堆肥桶是将厨余有机垃圾转化为资源，同时将传统厨余垃圾处理技术与物联网息通信技术结合，享受线上的轻松管理、线下真实体验亲自培育的乐趣。

2.1 设计目标

2.1.1 操作时空模糊性

物联网同许多新技术一样具有时间和空间属性，而物联网时代的产品自然而然地就在改变我们的时间和空间距离。[4]随着物联网技术发展，人与物被连接在一个相互交错的信息通讯网络之中，产品操作空间和时间距离变得模糊。在IOT思维中，厨余垃圾处理设计服务应达到以下操作目标：（1）人们可以随时监控厨余垃圾处理的状况不受时间的限制，（2）人们可以在工作、娱乐之余、同时操控厨余垃圾处理，不受空间的限制。不同时间和空间趋于重合，让产品的操作时空界限变得模糊。

2.1.2 行为过程交互性

在物联网时代，不再只是传统意义上考虑产品功能、造型、材质、色彩使用感受来提升产品的使用体验，而是从物联网时代的设计模式出发，基于人的行为，将厨余垃圾收集、处理、回收利用视为一个相互联系和相互依赖的动态系统，为用户提供良好的互动体验服务。

大量研究表明，协作是获得群体智慧的重要途径，但是目前关于产品创新设计领域的群体协作的相关研究还很少，也没有统一的结论。本文基于第一手实验数据研究了异步协作模式下的设计师创新行为特征以及团队创新产出结果，并结合对照组进行了对比分析，得出以下结论：

在IOT思维中，厨余垃圾处理设计服务应达到以下行为目标：（1）操作自由，根据人日常行为、动作、已具备能力进行，尽量避免刻意学习、训练，增加人们的操作负担。保证使用舒适性。（2）通过人的声音、动作来识别人们的行为意图，从而理解并作出正确的反馈。

2.1.3 垃圾处理可持续性

当前处理厨余垃圾方式大多是不可持续的，从而导致大量资源的浪费。垃圾处理可持续设计是基于可持续消费观而展开的，是将输入流（资源）与输出流（废弃物）相连接形成一个封闭的环形系统，最有效利用资源，实现资源的自循环运转。[5]在IOT思维中，设计服务应达到以下社会目标：（1）垃圾收集器设计应考虑环境需求，尽量节省空间、节省材料使用，做到一切均可回收利用。（2）收集的有机垃圾应得到资源化最大化处理，最终服务于人。

2.2 设计流程

设计与人、自然和社会有着相当的关联性。[6]笔者通过当前厨余垃圾处理现状及用户需求出发，重新设计厨余垃圾处理方式。在满足传统形式、功能、操作流程上使用感受的同时，结合物联网技术，将用户体验从以用户为中心的设计向用户参与式智能设计转化。具体设计流程（如图1）。

图1 有机厨余垃圾处理流程

2.3 设计实例（如图2）

图2 整体效果图

2.3.1 厨余垃圾收集

图3 有机厨余垃圾收集篮设计

在进行烹饪活动过程中，厨余垃圾产生主要集中在选拣、洗涤、餐后处理、餐后清洁四个阶段。厨余有机垃圾包括菜叶、米面残渣、骨头、瓜果皮、动物内脏、油脂废料等。通过对用户行为进行分析，发现在洗涤和餐后清洁两个阶段都需在清洗区完成。因此，厨余有机垃圾收集装置可以进行伸缩，并放置在水槽上方。为了提高发酵质量，收集篮设计成网状，有利于沥干厨余有机垃圾中的水分、油脂等，从而提高堆肥的效果（如图3）。

2.3.2 厨余垃圾处理

传统厨余垃圾处理大部分采用垃圾袋收集，并定时与生活垃圾混合处理，这不仅给用户生活带来不便，同时还造成大量资源的浪费。此次设计对厨余垃圾处理方式进行重新整合，主要分为堆肥处理和智能监控两部分（如图4、图5）。

图4 堆肥桶堆肥处理结构图

2.3.2.1 堆肥处理

a、碾碎装置：有机厨余垃圾中的菜叶、果皮体积较大，骨头、海鲜贝壳质地坚硬，作为堆肥需要很长的时间才能分解，因此，此次设计中堆肥桶的碾碎装置，可将烹饪活动中产生的各种可回收垃圾快速碾碎，用户投放厨余垃圾时无需手动切碎，只需按下操作面台上按钮，即可将厨余垃圾碾碎，易于用户使用，同时提高发酵的速度。

b、厌氧发酵：在垃圾处理器下方设计肥料盒，粉碎后的有机物质进入肥料盒中进行厌氧发酵。肥料盒（300*500*300）容积为30L可容纳普通家庭15天的厨余垃圾，用户无需每天定时处理。肥料盒设计采用模块化组合方式，当肥料盒盛满后需要再经过15天发酵期，用户只需更换肥料盒，并在肥料盒外面套上外盒放置一旁静待发酵即可，无需购买两个相同堆肥桶轮流使用。从而达到节省成本和保护环境的目的。

c、液态肥收集：厨余垃圾厌氧发酵会产生液态肥，因此在肥料盒底部设计内支撑滤网，厨余垃圾中的液态肥通过过滤网进入堆肥桶底部液态肥收集区域，方便用户收集液态肥。

2.3.2.2 智能监控

a、智能感应:堆肥桶具有智能监控厨余垃圾容量及液态水位的功能，避免了用户开盖查看过程中空气进入影响厨余垃圾分解的速度。同时堆肥桶温度监控功能可以保证厨余垃圾在恒温下分解，提高厨余发酵的质量。

b、云服务系统：将手机与堆肥桶设计相关联，通过云计算、大数据、模式识别为用户提供随时、随地、随需的了解厨余垃圾处理情况。同时云服务系统可以对用户特性进行搜集、整理与深度数据挖掘，形成清晰、明确、直观的用户需求数据。通过线上线下紧密协作与联合，从而更好地管理、监控厨余垃圾堆肥的过程。

图5 物联网智能监控系统

2.3.3厨余垃圾回收利用

堆肥桶中的厨余垃圾经过4到6周的发酵，转化为有机肥和液态肥。有机肥用于自家培植各种瓜果蔬菜。液态肥可用于清洗厨房或厕所水管、水道的污垢，也可作为植物根肥、叶面肥。从厨余垃圾收集到回收利用，形成一个自循环的系统，实现厨余废弃物资源化利用的目的。

3.结语

家庭厨余堆肥桶设计是基于物联网思维的可持续设计，将“互联”“互动”“创新”源源不断地输入到传统厨余垃圾处理过程中，并通过物联网特性与厨余垃圾处理流程的有机融合，将这种技术特性持续不断地转换为优势产能，形成推动传统厨余垃圾处理技术全面而持久转型、升级、发展的动力引挚。以创造和平衡使用功能与生态价值为目标，通过用户与厨余堆肥桶互动驱动生态系统的自循环，最终实现厨余垃圾的的回收和再利用。这种设计不仅塑造人的生活品质观和可持续消费观，同时也为物联网技术与厨余垃圾处理的运用提供全新的视角。

注释：

[1]刘永翔.基于产品可用性的人机界面交互设计研究[J].包装工程 ,2008（4）:81-82

[2]吴志军，那成爱.“互联网+”背景下厨房系统的设计服务模式[J].包装工程, 2016（8）:12-15

[3]郑源.“近在天边，远在眼前——网络全球化背景下实体间距离变化的研究”[J].科学与财富，2011（7）:51

[4]陈炬,梁跃荣.基于互联网下产品设计中人与产品距离的探讨[J].装饰，2015（1）:126-128

[5]谢卓夫.设计反思:可持续设计策略与实践[M].刘新,覃京燕译.北京:清华大学出版社, 2011

[6]范凯熹.互联网时代的跨界设计[J].创意设计源，2014（6）：12-19