面向突发事件的应急救援装备设计方法研究

李付星

面向突发事件的应急救援装备设计方法研究

李付星

（1.齐鲁工业大学（山东省科学院），济南 250353；2.山东省机械设计研究院，济南 250031）

通过对应急救援装备各构成要素设计方法的整合，构建系统性的产品设计流程体系，提高应急救援装备的人性化水平。突发事件可能造成大量的人员伤亡和经济损失，应急救援装备作为防灾减灾工作的终端环节，也是处置突发事件的必要手段，其设计的人性化水平将直接影响应急救援的效果。通过对国内外相关文献的分析研究，梳理了应急救援装备功能、形态、结构等的典型设计方法，着重强调了心理诉求与行为特征在设计过程中的重要作用。针对应急救援装备各构成要素设计方法存在的局限性，提出了基于情景构建与态势推演策略的产品协同设计模式，为建立系统性的设计流程体系，以及对应急救援装备设计方法的深入研究提供了参考，同时对提高其设计的人性化水平也具有重要意义。

突发事件；应急救援装备；设计方法；人文关怀；心理诉求；行为特征；设计决策

近年来，自然灾害、公共卫生事件、社会安全事件和事故灾难等突发事件频繁发生，已造成大量的人员伤亡和经济损失。据统计，2020年全国各种自然灾害共造成1.38亿人次受灾，591人死亡失踪，533.6多万人次紧急转移安置，10万间房屋倒塌，176万间房屋不同程度损坏，直接经济损失3 701.5亿元。从某种程度来看，应急救援是与人类社会发展共存的永恒主题，为此，我国先后颁布、实施了《中华人民共和国突发事件应对法》《突发公共卫生事件应急条例》等法律法规，从而有效应对各种突发事件。然而，由应急管理部门所制定的各种措施，仍需借助应急救援装备来实现，应急救援装备是减少灾难损失、挽救人民生命的重要工具，其设计研发已受到相关层面的高度重视。中共中央、国务院发布的《关于推进防灾减灾救灾体制机制改革的意见》中明确提出：坚持以人为本的理念，积极研发重大自然灾害等应急救援装备，以提高应急救援的保障水平。此外，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中提出：需要科学调整应急物资储备的品类、规模和结构，以提高防灾减灾抗灾救灾能力。上述意见、规划的实施为应急救援装备的设计研发提供了强有力的支持。对此，相关学者已从不同视角对应急救援装备的设计研发进行了研究，并取得了重要成果。文章通过对应急救援装备各构成要素的典型设计方法进行梳理和总结，以期为后续深入研究提供参考，同时对构建系统性的产品设计流程体系，以及提高应急救援装备的人性化水平也具有重要的意义。

1 应急救援装备宏观层面的研究

应急救援装备是应急管理、应急救援工具、设备和技术力量等的总称，其主要作用是减少灾难环境中人员的伤亡，提高危急环境中的安全性和自救效率，避免人在灾难前、后的心理创伤等。另外，突发事件从爆发到结束的演变过程，始终是一个能量释放与应急决策之间的博弈过程[1]，有效的应急救援能够减少人员伤亡和经济损失，应急救援装备是实施有效救援的必要手段，见图1—2。

对于应急救援装备的设计开发，相关学者从不同视角进行了研究，如Wex等[2]、Lin等[3]从产品功能属性、灾难类型和救援过程等方面展开了研究，从宏观层面提出了产品功能附加、学科间交叉融合和心理关怀等的设计策略，为应急救援装备的设计研发指明了方向；吴翔等[4]研究了应急救援装备的设计现状及设计趋势，提出了基于Web of Science数据库和Hist Cite软件来定位近年来的热度文献，提炼了应急救援装备的重要研究方向，为应急救援装备的研究和设计实践提供了方法依据；薛生健[5]介绍了日本将“灾害文化”融入家用应急救援产品的设计理念，通过应急救援产品的便携性、易用性和高效性等设计特征，可使人们在灾害面前能够从容应对，从而增强了人们的安全感。由此表明，对于文化意识形态的运用，需将灾难应对措施提升到社会生活的高度，让“灾害文化”在社会中沉淀，并形成一种理念、价值观与行为方式；Sutton等[6]针对地震灾难的救援，提出了采用系统设计思维进行应对的方法，从地震应急系统中产品内部要素与结构之间的关系、产品与外部环境间的相互作用等方面展开了研究，为应急救援装备的设计提供了新的思路。

图1 交通事故架桥车

图2 高楼火灾救援车

在复杂的救援环境中，智能化应急救援装备的使用将极大地提高救援效率。对此，董炳艳等[7]通过对目前智能化应急救援装备及其关键技术的研究，发现其存在性能可靠性不佳、人机交互性较差和缺乏稳定的结构设计等问题，导致智能化应急救援装备在灾难环境中救援效率不高，由此，提出了需将结构设计、可靠性能与人机交互等作为研究方向的观点。由此可见，虽然智能应急救援装备自动化程度很高，但结构设计、运动性能与人机交互等作为制约智能化的重要因素，将影响着智能化水平的发挥；张田田等[8]针对重大公共卫生事件中防疫装备设计水平影响救灾效率的情况，根据疫情态势演变的过程，对不同阶段应急防疫装备的设计现状进行了梳理，并总结了其中的优缺点，为防疫装备的深入研究提供了参考；罗艺鑫等[9]从公共安全的角度出发，对救援力量的调集与应急装备的配置进行了研究，为应急方案的科学制定提供了参考。

上述相关研究主要从宏观层面为应急救援装备的设计研发指明了方向，并提供了相应的方法参考，对应急救援装备的设计实践与趋势把握具有重要的参考价值。

2 应急救援装备具体设计方法

对于灾难紧急环境中使用的应急救援装备，复杂的作业环境决定了其特殊的设计特征与流程。对此，将从应急救援装备的功能、形态和结构等方面进行研究，分析各主要构成要素的典型设计方法，以期为构建系统性的产品设计流程体系奠定基础。

2.1 功能设计方法

功能是指产品所具备的用途、效用，实现功能是产品设计的最终目的。对应急救援装备而言，其功能的实现指在突发事件发生时，可以有效保护人们免遭伤害、避免经济损失，并在灾难后起到心理抚慰的作用。因此，在应急救援装备的设计过程中，应将功能的实现放在更加突出的位置，应急救援产品功能分解见图3。

图3 应急救援产品功能分解

2.1.1 集成创新法

产品生命周期的缩短以及应急需求的不断增加，需要人们在短时间内设计出满足救援需求的产品。为此，需不断挖掘应急救援的潜在需求，并将其转化为产品的设计实践，其中创新方法在整个过程中发挥着重要的作用。相关学者对此进行了研究，如Wu等[10]、刘江南等[11]为使校园内的资源能够更好地提供应急避难功能，提出基于“技术冲突解决原理”对应急避难产品进行设计的方法，从而为校园应急避难产品的设计提供理论依据与方法参考；Delgado等[12]提出利用“功能裁减法”对自平衡式担架进行设计的思路，通过分析现有技术组件之间的功能关系，并重新分配有利功能，以进行产品的创新设计；Azammi等[13]提出基于“U-TRIZ创新理论”进行家庭应急产品设计的方法，并构建了“平震结合”理念下家庭应急产品的设计框架，从而为家庭应急产品设计的深入研究奠定理论基础；Wu等[14]为使感性诉求转化为设计元素的定性描述，将定量数据作为质量特性的重要依据，提出了将感性意象与QFD相结合的设计方法，从而使应急救援装备的设计过程更具合理性；李军等[15]通过分析各种创新方法在实践应用过程中存在的约束性，建立了基于QFD/TRIZ/AD的集成创新设计模型，并以应急救援车的创新设计为例进行了验证，表明了该创新模型的可行性。

利用创新方法进行产品的设计实践，需构建各方法间的协同设计模式，使设计过程中各环节能够更好地耦合衔接。此外，基于TRIZ创新理论进行产品的设计实践，需以广泛、全面的知识积累作为创新基础。

2.1.2 功能分析法

功能分析作为产品创新的重要方法，能够在内容上分析各个构成要素间的相互作用和影响，并通过产品功能的分解与组合，实现最佳的产品设计方案，见图4。

图4 基于功能分析法的流程

对于功能分析法，相关学者从不同角度对其进行了研究，如李洋等[16]提出了利用功能分析法进行消防救援车的设计思路，主要通过对消防救援车总体功能的分解与原理解的组合，得到功能元形态学矩阵，并通过模糊综合评价法对方案进行优选，从而得到最佳的设计方案；Ocampo等[17]、Zhou等[18]针对消防救援车使用功能需求更加细分，以及呈现出不同功能形态和使用需求的情况，提出了将各种资源要素优化整合进行创新的方法，从而提高应急救援装备的设计实效；刘航[19]、Holland等[20]针对矿用安全防护装备、疫情个人防护装备数量多、对人员保护性能差的情况，提出了对相关防护与救援装备进行优化整合的方法，以提高产品的防护和救援性能。此外，相关学者从模块化设计的角度对产品功能进行研究，并将通用性模块与其他产品构成要素进行组合，以产生不同功能的系列化产品。Fan等[21]针对轨道救援车辆作业环境复杂多变的情况，提出利用模块化进行创新设计的方法，通过拆分并重构轨道救援车辆的各个功能模块，进而增强救援作业的能力；Bhosekar等[22]、Shabestari等[23]通过对灾难性质、救援情景及救援装备的映射分析，提出了基于FAST法的应急救援装备模块化设计准则，为应急救援装备的设计研发提供了新的思路；于魁龙等[24]为减少专用救援装备的配置数量，提高其实际利用效率，提出了基于模糊聚类的应急救援装备模块化设计方法，从而更好地实现产品功能的优化组合。

对于产品功能的划分与组合，应以实际救援的需求为依据，并应随灾情态势的演变进行动态调整。另外，在进行应急救援装备模块化的设计过程中，需处理好模块接口匹配与模块管理等关键环节，见图5。

2.1.3 情景构建法

产品设计过程是指设计知识与用户知识的“耦合过程”，由于设计者与用户的“心智模式”存在差异，在复杂的灾难环境中将无法有效传递产品设计信息。为了增强人与产品间交互的高效协同性，设计者需在研发过程中具备“同理心”，以感受用户在灾难环境中的真实需求，情景构建法应运而生。基于情景构建与态势推演的设计策略，可以对产品在原有情景中的相关要素进行解构，然后根据产品的实际作业情景来重新构建，并在该情景范围中深入研究产品与所处情景、情景要素之间的复杂关系，以作为产品设计开发时的依据。

对此，王亮等[25]提出了基于典型灾难情景分析的应急救援装备设计方法，通过将特定空间与对应时间段相结合建立概念化的平面直角坐标系，在坐标系中确定最典型的突发事件情景，再对各个典型情景进行系统分析，从中挖掘出应急救援装备的潜在设计机会。由于灾情态势演变是动态连续的过程，且各灾种不断进行耦合，所以仅选取典型代表性情景进行分析，对于全面的客观性结果存在局限性。于峰等[26]、Liu等[27]通过对构成人、家具、地震环境交互系统的相关要素进行解构与整合，构建了灾难发生后的避难情景、逃生情景和救援情景，阐述了各要素间相互影响的过程，并总结出不同防震家具的设计原则和方法。将情景构建法引入防震家具的设计研究中，对复杂环境中的产品设计提供了方法参考。康凯等[28]针对公共卫生事件、地震灾难等突发事件，提出了从服务设计的视角出发，研究用户在突发事件中的动态需求，并通过应急救援装备的人性化设计，确保应急救援过程的安全性。陈述等[29]提出了面向灾难的应急救援装备系统性设计方法，以时间、空间为轴线引出灾难救援的典型情景，并以灾前—灾中—灾后的时序性为线索，对不同类型受灾人群的心理诉求与典型行为特征进行综合分析，从而为潜在设计机会的挖掘奠定理论依据。

朱华桂[30]认为在灾难发生后，准确把握受灾者的应急需求是灾难救援工作的关键。对此，从需求层次理论和动态演化的视角，对受灾者应急需求的动态演化进行了研究，分析了灾后不同阶段受灾者应急需求的结构，建立了受灾者应急需求结构演化评价因子集，并根据计算结果得到灾后应急救援在不同时期需重点关注的内容。该研究能够为灾难应急救援装备需求点的挖掘提供理论依据和方法参考，在理论分析层面具有其合理性。然而，采用层次分析法进行灾难不同阶段重要应急需求的确定，具有较强的主观性，至于能否客观反映实际救援环境中的应急需求，仍需进一步研究，见图6。

基于情景构建与态势推演的策略，能够深入研究灾难演变不同阶段的特殊情景，分析人在灾难环境中的心理诉求与行为特征，总结出人—产品—环境各个要素间的联系和规律，剖析出人在不同灾难阶段对应急救援装备需求层次的变化，从中挖掘出应急救援的潜在需求。此外，针对灾难环境的复杂性和危害的多样性，相关学者在产品设计研究时，忽略了灾难演变过程中的耦合性因素，应急救援装备的功能仅针对单一的灾害种类，对于多种灾害耦合时的综合性影响缺少系统性考虑，导致应急救援装备的功能与实际灾难环境不匹配，难以对应急救援发挥有效的作用。另外，产品功能的实现涉及结构设计、技术支撑等相关内容，除了重点关注技术层面的内容外，还需着重考虑灾难环境中人的相关因素。

图5 应急救援发电装备

图6 灾难救援紧急通道铺设车

2.2 形态设计方法

产品形态作为传递设计信息的重要载体，能够使产品的结构、色彩、材质等本质因素，上升为外在的情感和神态等感性意象，并通过视觉的方式使人产生心理与生理的变化。

2.2.1 色彩方案确定方法

色彩作为视觉审美的核心，能够深刻影响着人们的视觉感受与情感表达。复杂灾难环境中应急救援装备的色彩设计，对应急救援与减轻人们的负面情绪发挥着重要作用，见图7。因此，应急救援装备的色彩方案需与作业环境、产品功能等相匹配，通过色彩设计实现与应急救援需求的协调。对此，相关学者从不同视角进行了研究，如Zhang等[31]采用遗传和蚁群算法相结合的方式，确定了产品配色方案。该研究注重色彩方案确定过程中的量化计算，并强调理论层面的逻辑性，但忽略了特殊环境中人生理和心理方面的因素。丁满等[32]针对色彩确定过程中由于主观性因素导致不确定的情况，提出了产品色彩设计方案的模糊优化方法。通过建立产品色彩的模糊优化模型，并利用粒子群算法进行求解，从而得到产品色彩方案的生成与评价结果。该研究利用色度学的色彩区域，并结合人机工程学相关知识进行色彩方案的确定，提供了一种量化的决策依据，改变了仅凭主观感受对色彩方案进行确定的主观形式。Li等[33]提出了利用邓氏关联度数学模型对色彩方案进行确定的方法，将用户对产品色彩意象的主观模糊表达转化为具体的色彩意象评价值，从而准确地求出整个色彩体系的意象评价值，试图得到更加符合用户真实意象的色彩方案。在整个过程中有效数据的客观获得是该研究成功的关键，将直接影响最终色彩方案的客观确定。Xu等[34]对灾难环境中人的心理诉求与行为特征进行了分析研究，并将其作为应急救援设施色彩设计的依据。该研究强调特殊环境中人的生理与心理等方面的因素，但色彩方案的确定过程仍具有较强的主观性，缺少对客观反映灾难环境中色彩需求的评价研究。

上述相关研究主要通过建立数学模型进行色彩方案的确定，仍处于理论和原型系统的构建阶段。在理论分析层面具有其合理性。然而，整个计算过程比较复杂，对于设计实践是否具有参考价值还需要进一步研究。此外，色彩的应用在很大程度上是设计者的感性问题，对产品色彩方案的确定进行量化处理，对产品最终效果的表现具有一定的约束性。因此，需要在充分考虑应急救援装备作业环境和功能等因素的前提下，将定性与定量设计方法相结合，以构建系统性的产品色彩设计体系。

图7 陆空两用救援装备

2.2.2 产品造型设计方法

产品造型设计是指应用工程技术和艺术手段塑造产品形象的创造性活动，能够通过产品的尺度、形状及层次关系等，对人的生理、心理体验产生影响，从而实现人与产品间的交互耦合[35]。从广义上讲，产品造型设计常用的方法包括：仿生设计法、产品语义学、设计几何学、形状文法、DNA设计法等。在众多的产品造型设计方法中，仿生设计作为灵感来源的重要途径和创新的重要手段，可以提炼自然界生物系统中的形态、功能、色彩、结构等典型特征[36]，并应用于产品的设计实践过程中。如：Van等[37]针对山地消防车的主要功能需求和特征，采用仿生设计法对蝼蛄的典型形态特征进行了提炼，并应用于山地消防车的造型设计中。仿生设计能够为产品的造型提供设计载体，在丰富产品形态、增加趣味性的同时，使产品在功能和结构上更加合理。此外，对应急救援装备而言，由于其复杂的灾难作业环境，需使其造型设计体现出指示性、安全性等特征，从而能够暗示该产品的操作方式，带给人心理上的安全感，满足使用者心理层面的需要。为此，Classen等[38]、Ge等[39]针对应急救援装备在使用过程中存在的操作困难、不能满足高效救援等情况，提出利用产品语义学进行应急救援装备设计的方法，并对其外延语义、内涵语义和指示性语义等进行分析，以增强其使用过程中的指示性、引导性和安全性，见图8。

此外，为增强应急救援装备的视觉识别性，推动应急产业的快速发展，相关学者对应急救援装备的品牌形象进行了研究，如胡伟峰等[40]提出了基于差异化战略理念进行应急救援装备设计的方法。主要对其品牌基因的生成方法进行了研究，并从隐性基因和显性基因2个层面，对应急救援装备的视觉识别要素进行了构建，以指导应急救援装备的迭代与更新，从而增强其品牌识别性。由于受应急救援装备机构特点与技术约束等因素的影响，该品牌基因的生成方法仅针对色彩、涂装进行研究。对此，需深入研究应急救援装备的具体差异化，以及设计语言在造型特征、材质等方面的体现方式，以建立全面的产品差异化设计模式。Oh等[41]在分析产品识别内涵以及“认知—行为—情感”交互融合方式的基础上，研究了产品设计DNA的生成与衍化规律，揭示了用户对产品设计DNA的认知机制，实现了产品设计DNA推理与生产环节的耦合衔接。Kambampati等[42]为丰富应急救援装备的形态造型、增强产品的品牌竞争力，提出了将设计几何学融入应急救援装备造型设计中的方法。该方法可为无序的产品造型设计提供方法思路，但忽略了人的心理诉求与行为特征等方面的因素，导致产品的设计方案缺少人性化。对此，Hu等[43]、Zhou等[44]为使应急救援装备造型特征在衍生过程中兼顾操作性，提出了基于形状文法多因素驱动的产品造型设计方法，有效解决了审美功能与实用功能不匹配的问题。产品造型设计过程中存在模糊性与不确定性等因素，在设计意图映射到产品造型的过程中，该研究能够将数学模型的推理作为设计过程的支撑，使产品造型设计形成切实可行的风格导向，对产品造型设计具有重要的参考价值。此外，结合多因素约束机制实现产品造型风格演化的智能化设计，将是下一步研究的重点。

2.2.3 器材布局设计方法

为充分利用应急救援装备有限的空间资源，并对各功能区域进行科学的划分，使救援器材的布局更加合理，从而达到便捷、安全的操作效果，相关学者对救援器材的布局方法进行了研究。如Alppay等[45]为解决应急救援车辆器材布局设计效率低、无法满足复杂救援需求等问题，提出通过矩阵的形式对产品谱系中器材的所有结构和功能进行表示，并根据救援需求进行器材布局的设计。Lai等[46]针对救援车辆器材布局存在主观性较强的情况，提出了一种基于启发式算法的器材快速布局与优化方法。该布局方法在理论分析层面具有其合理性，但对于使用性体验及心理感受等影响因素，则缺少系统性考虑。De等[47]提出了基于人机工程学对救援车辆内部器材布局量化的设计方法，以此来提高器材布局的人性化水平。由于整个研究过程只侧重于救援器材的量化计算，忽略了人的相关因素，导致该布局方法存在片面局限性，所以需系统分析后对该方法进行优化。Pourvaziri等[48]为提高应急救援车辆器材布局的效率，提出了基于JACK软件平台，结合人机工程学理论，构建应急救援车辆器材布局与优化的方法。该研究的重点在于将所建立的人体模型与器材之间的关系作为布局的依据，并基于JACK软件平台进行器材布局方案的优化。由于软件平台可进行舒适度、可操作性等方面的模拟仿真，相较于数学模型的方式，该方法具有较强的实践指导性。Parque等[49]提出了将系统分析与相关表法相结合，并应用于特种车辆器材布局的方法。通过在概念设计阶段对各要素间的关联度进行确定，并构建系统性的关系矩阵和关系网，进而根据各要素的关联度和重要度进行器材的布局，见图9—10。

图8 海面溢油清理装备

图9 高空救援无人机

图10 平衡式救援担架

上述研究表明，通过数学模型对器材的布局设计进行研究，在理论分析层面符合逻辑性，但对于实际操作的便捷性、安全性等，应根据器材的重要性和使用频率，以及用户的使用性体验和眼动追踪试验等进行综合分析研究，从而使器材的布局更加符合实际的救援环境。

2.3 结构设计方法

在突发事件的应急救援过程中，由于灾难环境具有复杂性，所以对应急救援装备的功能性、安全性等方面提出了更高的要求，需要通过结构设计进行技术上的支撑。

2.3.1 结构创新设计

在应急救援装备的设计过程中，需通过结构设计保障系统的稳定性与可靠性，使应急救援装备能够适应复杂的救援环境。对此，相关研究者从不同角度出发进行了应急救援装备的结构设计，如Kim等[50]为使救援担架能够适应各种地形的转移，采用“可拔式插销结构”的设计方法，实现了担架倾斜角度的自由调节，在防止被救人员二次损伤的同时，可以极大地提高应急救援的效率。Hulldin等[51]从减少救援人员数量的角度出发，利用“偏置曲柄滑块”和“对心曲柄滑块”组成棘轮等机构，实现了救援担架不同状态的调整，更好地满足了多种场合高效救援的需要。田宏亮等[52]利用双盘式棘轮、曲柄滑块和定滑轮等机构，提出了采用缠绕方式对坠井者进行救援的方法，从而避免了救援过程中刚性损伤的发生，提高了应急救援的成功率。郑学召等[53]根据矿井突发事件救援的特点，提出采用轮式起重机作为应急救援装备的载体，并整合升降结构、液压回路等系统进行矿井应急救援装备设计研发的方法，以提高应急救援的效率和安全性。丛岩[54]为使应急救援装备适应沿海砂石路、沼泽泥地等复杂地形，提出采用蟒式全地形车底盘进行两栖救援装备设计的方法，使其更加满足复杂救援环境的需要。曹传剑等[55]为提升井下事故救援的效率，设计了一款多杆联动救援机器人，可实现轮足组合式驱动及独立模式切换。通过对越障驱动机构的设计，建立了多杆并联模型，利用动力学分析得出其运动轨迹范围以及不平整路面条件下的接触力变化特性，从而提高应急救援的效率。

综上，优化应急救援装备结构已成为提高应急救援水平的重要途径。然而，相关研究者仅针对产品的结构进行了设计分析，缺少对人—机—环境要素的系统性研究，从而导致片面地追求技术特性，忽略了人的相关因素。此外，对灾情态势演变过程中多种灾害耦合时的因素缺少系统性的考虑，对灾难不同阶段应急救援的潜在需求挖掘不足，难以对应急救援发挥积极的作用，相关应急救援装备见图11。

图11 应急救援通道

2.3.2 基于软件平台的验证优化

基于软件平台对产品设计方案的合理性进行验证优化，对应急救援装备的设计开发具有重要意义。Zhong等[56]为设计出满足实际救援需求的应急救援装备，提出了采用DFSS工具对抛沙灭火车进料系统进行设计的方法，并通过实例验证了该方法能够精确控制产品的研发质量。另外，矿用可移动式救生舱是井下紧急避险系统中重要的救援装备之一，热防护性能是影响其救援效果的重要因素。对此，李松梅等[57]基于ANSYS软件平台对救生舱内部的温度变化进行了研究，并将模拟结果作为救生舱设计开发的依据。Wang等[58]为分析应急救援装备在灾难环境中的适应性，提出了结合寿命周期理论、最不利法则和Fluent仿真软件等进行研究的方法。在有效提高应急救援装备开发效率的同时，增强了其在复杂环境中的适应性。李付星[59]针对海洋滩涂环境比较复杂，导致常规工程装备作业受限的情况，通过对滩涂作业装备进行创新设计，增强了其适应复杂作业环境的能力。基于ADAMS软件对虚拟样机的位移、加速度等进行了运动分析，验证了其运动范围、峰值载荷的合理性，并基于ANSYS软件对样机模型的应变、应力等进行了静力学分析，使其满足刚度和强度的要求，见图12。王勇等[60]为增强救援机器人在复杂非结构化环境中的适应性，提出了一种可变形行走机构的设计方法，并基于ADAMS软件平台对其进行了运动仿真，验证了该设计的可行性和越障原理的合理性，为消防侦察救援机器人的设计研发提供了方法参考。

综上所述，基于软件平台可以完成对产品性能的验证与优化，但对于人的心理诉求与行为特征却无法度量。此外，应急救援装备在设计开发过程中，过于强调技术方面的内容而忽略了人的因素。从著名心理学家唐纳德・A・诺曼的行为层次划分理论可知，人的心理诉求与行为特征将随着灾情态势的递延不断变化。因此，在产品设计开发过程中，除了要重视技术层面的因素外，还需根据不同层次的人的心理需求与行为特征，有针对性地进行应急救援装备的设计开发，从而更好地满足实际救援的需要。

图12 两栖应急救援装备

3 基于心理诉求与行为特征的设计

突发事件具有破坏性、不确定性等特点，会导致人们产生不同程度的情绪变化、生理反应等。因此，通过对灾难环境中人的心理诉求与行为特征的研究，可以为应急救援装备提供设计依据，并能借助相关产品对人的消极情绪进行抚慰，从而激发人们产生积极的情感。

3.1 心理诉求与行为特征的研究

人的行为是内心情感的外在表现。突发事件除了给人带来生理上的影响外，还将导致心理方面的“创伤后应激障碍”，并产生不同程度的自残、恐慌、攻击性等消极情绪，以及认知障碍等异常行为，将直接影响逃生方式的选择与应急救援装备的使用等。对此，国内外相关学者对“创伤后应激障碍”进行了研究，如美国学者提出了“心理干预法”，主要针对灾后人群采用言语上的安慰、药物上的硬性治疗等手段进行干预[61]；英国、澳大利亚等国都建立了国家级的灾难心理援助中心，主要对各年龄段受害者的心理状况进行研究，并对灾难所导致的“创伤后应激障碍”进行干预援助；Feng等[62]、Gartner等[63]基于突发事件环境中个体行为发生的心理机制，以风险认知过程为主线，提炼了行为选择的主要维度和内在的逻辑框架，分析了灾民恐慌行为的影响因素，并构建了相应的概念模型，为“以用户为中心”的设计过程提供了理论依据和方法支撑；卢立红等[64]对突发事件中遇难者亲属的心理危机进行了研究，并提出了相应的抚慰策略，从而避免产生连锁反应加重原有的危害。相关应急救援装备见图13。

上述研究能够关注年龄、遇难者亲属等影响心理诉求与行为特征的因素，对于构建心理与行为的系统性研究体系，具有重要的参考意义。另外，关于心理与行为方面的研究主要为理论性描述，更加侧重于灾民心理与生理的变化表征，能够为应急救援装备的设计开发提供强有力的理论支撑。

3.2 心理诉求与行为特征的设计实践

灾难环境中人的心理诉求与行为特征，将直接影响应急救援装备的设计开发，相关研究者通过对人的心理诉求与行为特征等的研究，并将人的行为特征、生理结构、心理诉求等作为产品设计时的依据，能够在满足人的生理、心理需求的同时，更好地实现对人精神追求的尊重。

3.2.1 将心理诉求与行为特征作为设计依据

灾难环境中人的心理诉求与行为特征具有鲜明的特征，将直接影响产品的人性化设计水平，在产品设计开发过程中应被重点强调。Xiong等[65]通过深入研究被困人员的体验感受以及矿难救援的特殊环境，提出了基于“以用户为中心”的矿难应急救援装备设计方法，通过不断迭代衍生出更加符合用户需求的应急救援装备，从而为矿难相关救援装备的人性化设计提供思路；Gutierrez等[66]通过分析洪灾环境中受众的生理、心理因素，并以受众的心理诉求为出发点，将“以用户为中心”的理念融入洪灾应急救援包的设计中，从而为灾难应急救援产品的人性化设计提供切入点；Bitan等[67]研究了如何将人机工程学应用于新型救援包的设计方法，主要对人体尺寸、使用方式、色彩与造型的认知等相关内容进行了应用，但对于心理方面的因素缺少研究；Guo等[68]基于感性工程的相关理论，通过对矿用救生舱的外部形态与内部环境进行设计研究，构建了应急救援装备人文关怀设计的流程体系。另外，应用感性工程学进行产品设计实践时，对于用户认知数据的有效获得，将是产品客观性设计的关键。对此，构建的调查指标体系应具有典型的代表性，目标群体的结构层次应具有合理性；Ma等[69]利用KANO模型对不同用户的需求进行了细分，并与专家确定的基础重要度进行了合成，能够客观反映用户的真实需求。KANO模型作为用户需求分类与优先排序的重要工具，以分析用户需求对满意度的影响为基础，体现了产品性能与用户满意度之间的非线性关系。该方法能够以用户的需求为驱动进行产品的设计实践，从而设计出满足用户心理诉求与行为特征的产品。相关应急救援装备设计，见图14。

图13 防疫应急装备

Fig.13 Emergency equipment for epidemic prevention

Baser等[70]基于设计心理学的相关理论，通过对灾难环境中人的心理诉求与行为特征的分析，归纳了应急救援装备的功能特点，为应急救援装备的设计实践提供了方法参考；Du等[71]探讨了人的因素在救护车等产品设计中的方法，并建议将其作为救护车设计的重要依据；Cash等[72]考虑了不同灾难类型发生时的特殊环境，根据人的心理诉求与行为特征进行了产品功能的附加，总结了应急救援装备的设计特征和原则；Jia[73]通过调研透水事故矿难环境中的状况，分析了被困人员的生理、心理特征，并根据特征提出了自救类产品的设计策略，满足了被困人员的生理和心理需求，减少了矿难造成的人员伤亡，见图15；Krzyzaniak等[74]以人在地震环境中的生理和心理需求为基础，通过分析桌类家具在地震中所能发挥的安全保护作用，提出了基于避难者生理和心理需求的具有防震功能的家具设计方法，能在保护受困者的同时，激发其产生积极的情感；李秀芹等[75]基于灾难情景态势推演的策略，以人机系统为研究思路，通过对应急现场救援侦检侦察箱相关因素的研究，系统分析了人在灾难环境中的生理和心理需求，从而为挖掘应急救援的潜在需求奠定了基础；Wang等[76]从抚慰灾民的心理诉求、激发积极情感的角度出发，对应急救援临时安置设施的设计方法进行了研究，从而确保应急救援和灾后重建的有效完成。

综上，各研究者均以灾难环境中人的心理诉求与行为特征为研究对象，充分体现了“以人为中心”的设计理念。通过全面分析人在灾难复杂环境中的各种需求，并设计出高效、实用的应急救援装备，可以更好地解决高层次的需求。另外，将心理诉求与行为特征作为设计依据时，相关数据的有效性获取存在一定的难度，会直接影响产品设计方案的客观性。

图14 海面拉网式救生船

Fig.14 Sea-going trawl lifeboat

图15 矿难救援千斤顶

Fig.15 Air jack for mine accident

3.2.2 针对心理诉求的抚慰方法

针对灾难环境中人的心理诉求与行为特征，若不采取有效的应对措施，将会产生严重的后果，并影响后续救援活动的开展。为此，相关学者开展了大量研究，如Karma等[77]为提升应急救援指挥车的作业舒适度，提出了将用户行为过程作为设计依据的方法，并基于相关软件平台对应急救援指挥车的易用性和舒适度进行了仿真评价，得到了各功能空间的最佳布局以及车内设备的最佳设计区间，从而为应急救援装备的设计提供了方法依据；Abdullah等[78]、Seike等[79]从自然灾害发生后的生活层面、心理层面与管理层面的需求出发，进行了应急救援临时安置设施及其外延服务的设计，可以更好地帮助人们适应灾后的生活；Viscuso等[80]基于系统化设计原理，通过对地震应急救援装备进行功能分析与求解，提出了整合产品语义学与人机工程学进行设计的方法，提高了应急救援装备的人性化水平。

突发事件给人们带来更多的是心理层面的伤害，在经历灾难后人的心理会受到创伤，并在相当长的时间内会产生消极的影响。对此，梁丰等[81]对灾难带来的消极情感及其导致的心理问题进行了研究，阐述了应急救援装备情感化设计的必要性，提出了基于情感化理论进行应急救援装备设计的方法，提高了应急救援的效率。此外，灾难环境中包括老年人、残疾人、孕妇等弱势群体，不同群体的心理诉求与行为特征存在较大的差异。对此，相关学者已对弱势群体的情感诉求抚慰策略进行了研究，如Brooks等[82]为引导儿童群体释放出内心的负面情绪，使其尽早摆脱灾难环境带来的消极影响，提出了针对灾区儿童的心理抚慰产品的设计策略，提炼出了具体的设计原则，为弱势群体心理抚慰产品的设计提供了相应的理论依据和方法支撑。此外，突发灾难态势的演变呈动态变化趋势，不同灾难阶段人的心理诉求与行为特征存在差异，如何通过应急救援装备设计对弱势群体的心理诉求进行抚慰，需进一步展开研究。相关应急救援装备设计，见图16。

图16 城市内涝救援车

Fig.16 Rescue truck for city waterlogging

根据“马斯洛需求层次理论”，人的需要包括生理需要、安全需要、社交需要、尊重需要和自我实现需要。在突发事件的不同发展阶段，当受灾人群的生理需求得到满足后，会面临着缺乏安全、社交等需求的问题，心理方面的消极影响就会逐渐显现，导致人的心理诉求与行为特征随灾情态势的演变呈动态变化趋势，并将直接影响应急救援装备设计开发时的人机交互关系。对此，通过研究灾情态势演变过程中人的心理诉求与行为特征的变化规律，将该规律作为应急救援装备人性化设计依据，并对人的消极情感进行抚慰，以达到宣泄负面情绪、激发正面情感的目的，进而构建应急救援装备的人性化设计模式。

4 基于情景构建与态势推演的人性化设计模式

在应急救援装备设计过程中，由于设计者与灾难环境中人员的心智模式存在差异，将导致设计知识与用户认知无法完全耦合，会影响产品设计信息的有效传递。此外，突发事件产生的次生衍生灾害，将导致不同群体的生理与心理产生动态变化，除了会影响“人—机”交互的有效性外，还降低了应急救援的效率。因此，通过揭示灾难环境中心理与行为的变化规律、提炼产品人性化设计的影响因素、挖掘应急救援的潜在需求等，可以实现对生理与心理需求的满足。

人的心理诉求与行为特征在语言、文化等方面存在差异性，会直接影响“人—机”交互的有效性。此外，突发事件将导致老年人、残疾人、救援人员等不同群体在生理与心理上产生创伤，并将直接影响逃生方式的选择和救援装备的使用。对此，为客观掌握灾情态势演变过程中不同群体的心理诉求与行为特征的变化规律，根据建立的典型突发事件情景模型，通过实地调研、问卷调查等方式进行研究：在不同地区选取突发事件的发生地点，在每个地点建立不同结构层次的目标群体，利用模糊综合评价法建立因素集、确定权重集，基于SPSS统计软件进行调研数据的处理，根据处理结果揭示不同群体心理诉求与行为特征的变化规律。另外，由于应急救援装备特殊的使用环境，导致其人性化设计的影响因素众多。对此，为提炼具体的人性化设计影响因素，将根据应急救援装备的人性化设计现状，围绕人、机、环境三要素开展系统性研究：不同灾难阶段人的需求层次与行为水平对应急救援装备人性化设计的影响；功能、形态和人机交互界面等对产品人性化设计的影响；突发事件耦合过程中自然环境、社会环境对人性化设计的影响。

通过整合应急救援装备人性化设计的影响因素、应急救援潜在需求的挖掘方式以及不同群体心理诉求与行为特征的变化规律等内容，构建应急救援装备的人性化设计模式。此外，针对所确定的典型突发事件，进行应急救援装备的人性化设计实践，通过积极参与突发事件的处置过程，并结合RAMSIS人因工程分析软件等，验证人性化设计模式的可行性，从而增强应急救援装备在复杂灾难环境中的适应性，见图17。

图17 人性化设计模式

5 结论与展望

在“以人为本”的社会背景下，人的生命价值更加受到重视，使应急救援装备的作用显得更加突出。通过对应急救援装备设计方法的研究，构建系统性的设计流程体系，在增强“人—机”交互性的同时，利用产品对人的消极情绪进行抚慰，从而达到激发积极情感、提高救援效率的目的。

1）针对应急救援装备的设计，可基于突发事件的情景构建与态势推演策略，将设计过程中各阶段涉及的方法、措施进行有机整合，如需求分析阶段（调研分析、头脑风暴法、SPSS软件等）、外观设计阶段（仿生设计、设计几何学、产品语义学、DNA设计法、色彩工学等）、功能设计阶段（QFD法、模块化设计、TRIZ创新理论、人机工程学等）、界面设计阶段（人机工程学、眼动追踪实验、认知心理学、感性工学等）、方案评价验证阶段（ADAMS、ANSYS、JACK等软件；眼动追踪实验、用户体验、模糊综合评价等方法），从而使产品设计过程中各关键环节更好地耦合衔接，并构建出应急救援装备的协同设计模式。

2）突发事件具有紧急性、不确定性等特点，对应急救援装备的实地调研、实时资料获取造成了很大的难度。为此，可通过积极参与突发事件的处置过程，并通过对官方发布的统计公报、影像等进行分析研究，从而提炼出有价值的设计信息。此外，在根据构建的突发事件情景模型挖掘潜在的应急救援需求时，由于外部环境和人的主观意识等众多因素的影响，将导致不能客观反映实际应急需求的情况，从而影响后续救援装备设计活动的开展。对此，将采用影像资料、实地调研等方式，利用KANO模型、模糊综合评价法等，通过合理构建评价指标体系、不同结构层次的目标群体，以及有效处理现场调研数据等，以客观挖掘应急救援的潜在需求。

3）随着科学技术的飞速发展，新的设计方法也在不断出现，智能化应急救援装备将是未来设计的趋势，也是提高应急救援的有效途径。为此，通过对神经网络控制、人工免疫系统、公共安全科学、设计学、心理学等相关学科领域进行交叉融合，实现应急救援装备的技术突破，从而增强其智能化、人性化水平。

6 结语

英国哲学家弗朗西斯·培根说过：“没有一个正确的方法，就如同在黑暗中摸索行走”。通过对应急救援装备设计方法的研究，能够为其设计开发提供重要的方法和理论依据。此外，“中国制造2025”制造强国战略的实施，必将为应急救援装备的设计开发提供强有力的技术支撑，从而推动应急救援产业的快速发展。

[1] 何人可. 工业设计史[M]. 北京: 高等教育出版社, 2010.

HE Ren-ke. History of industrial design[M]. Beijing: HIGHER EDUCATION PRESS, 2010.

[2] WEX F, SCHRYEN G, FEUERRIEGEL S, et al. Emergency Response in Natural Disaster Management: Allocation and Scheduling of Rescue Units[J]. European Journal of Operational Research, 2014, 235(3): 697-708.

[3] LIN An-qi, WU Hao, LIANG Guang-hua, et al. A Big Data-Driven Dynamic Estimation Model of Relief Supplies Demand in Urban Flood Disaster[J]. International Journal of Disaster Risk Reduction, 2020, 49: 101682.

[4] 吴翔, 许桂苹, 夏雅琴. 突发事件应急产品现状及趋势研究[J]. 包装工程, 2020, 41(8): 63-79.

WU Xiang, XU Gui-ping, XIA Ya-qin. Current Situation and Trend of Emergency Products in Emergencies[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(8): 63-79.

[5] 薛生健. 日本“灾害文化”理念倡导及家用应急避险产品设计应用[J]. 装饰, 2014(6): 104-106.

XUE Sheng-jian. "Disaster Culture" Advocacy and House Hold Emergency Product Design Application in Japan[J]. Art & Design, 2014(6): 104-106.

[6] SUTTON J, FISCHER L, JAMES L E, et al. Earthquake Early Warning Message Testing: Visual Attention, Behavioral Responses, and Message Perceptions[J]. International Journal of Disaster Risk Reduction, 2020, 49: 101664.

[7] 董炳艳, 张自强, 徐兰军, 等. 智能应急救援装备研究现状与发展趋势[J]. 机械工程学报, 2020, 56(11): 1-25.

DONG Bing-yan, ZHANG Zi-qiang, XU Lan-jun, et al. Research Status and Development Trend of Intelligent Emergency Rescue Equipment[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2020, 56(11): 1-25.

[8] 张田田, 皮永生. 疫情背景下的个人防疫产品设计[J]. 工业工程设计, 2020, 2(2): 21-27.

ZHANG Tian-tian, PI Yong-sheng. Personal Epidemic Prevention Design Based under the Epidemic Background[J]. Industrial & Engineering Design, 2020, 2(2): 21-27.

[9] 罗艺鑫, 杨黎仁, 姜连瑞. 地震灾害救援队人员调派和装备配置研究[J]. 安全与环境学报, 2020, 20(4): 1427-1432.

LUO Yi-xin, YANG Li-ren, JIANG Lian-rui. On the Personnel Deployment and Equipment/Facility Allocation for the Earthquake Urgency Rescue Teams[J]. Journal of Safety and Environment, 2020, 20(4): 1427- 1432.

[10] WU Yan-ling, ZHOU Fei, KONG Ji-zhou. Innovative Design Approach for Product Design Based on TRIZ, AD, Fuzzy and Grey Relational Analysis[J]. Computers & Industrial Engineering, 2020, 140: 106276.

[11] 刘江南, 赵世雄, 刘秋平. 基于TRIZ的救援抢险车树木打冰除雪装置研究[J]. 中国机械工程, 2011, 22(18): 2167-2170.

LIU Jiang-nan, ZHAO Shi-xiong, LIU Qiu-ping. Research on Vehicle-Mounted Snow-Remover & Deicer for Trees Based on TRIZ[J]. China Mechanical Engineering, 2011, 22(18): 2167-2170.

[12] DELGADO-MACIEL J, CORTÉS-ROBLES G, SÁNCHEZ- RAMÍREZ C, et al. The Evaluation of Conceptual Design through Dynamic Simulation: A Proposal Based on TRIZ and System Dynamics[J]. Computers & Industrial Engineering, 2020, 149: 106785.

[13] AZAMMI A M N, SAPUAN S M, ISHAK M R, et al. Conceptual Design of Automobile Engine Rubber Mounting Composite Using TRIZ-Morphological Chart- Analytic Network Process Technique[J]. Defence Technology, 2018, 14(4): 268-277.

[14] WU Xiao-li, HONG Zhuang, LI Ya-jun, et al. A Function Combined Baby Stroller Design Method Developed by Fusing Kano, QFD and FAST Methodologies[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2020, 75: 102867.

[15] 李军, 张勇, 刘玉川. 应急救援车概念创新设计中的QFDTRIZAD集成方法[J]. 中国工程机械学报, 2018, 16(1): 35-41.

LI Jun, ZHANG Yong, LIU Yu-chuan. QFDTRIZAD Integration Method in Concept Design of Emergency Rescue Vehicle[J]. Chinese Journal of Construction Ma­chinery, 2018, 16(1): 35-41.

[16] 李洋, 程志威. 基于功能分析法的小型消防车设计[J]. 制造业自动化, 2018, 40(2): 88-91.

LI Yang, CHENG Zhi-wei. Design of a Minitype Firefighting Truck Based on Function Analysis[J]. Manufacturing Automation, 2018, 40(2): 88-91.

[17] OCAMPO L A, LABRADOR J J T, JUMAO-AS A M B, et al. Integrated Multiphase Sustainable Product Design with a Hybrid Quality Function Deployment-Multi- Attribute Decision-Making (QFD-MADM) Framework [J]. Sustainable Production and Consumption, 2020, 24: 62-78.

[18] ZHOU Chen, LIU Xin-hui, XU Fei-xiang. Intervention Criterion and Control Strategy of Active Front Steering System for Emergency Rescue Vehicle[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2021, 148: 107160.

[19] 刘航. 考虑不确定性的地震灾害应急救援设备并行优化设计[J]. 地震工程学报, 2018, 40(5): 1118-1123.

LIU Hang. Parallel Optimization Design, Incorporating Uncertainty, of Emergency Rescue Equipment for Ear­thquake Disasters[J]. China Earthquake Engineering Journal, 2018, 40(5): 1118-1123.

[20] HOLLAND M, ZALOGA D J, FRIDERICI C S. COVID-19 Personal Protective Equipment (PPE) for the Emergency Physician[J]. Visual Journal of Emergency Medicine, 2020, 19: 100740.

[21] FAN Chuan-gang, BU Rong-wei, XIE Xiao-qing, et al. Full-Scale Experimental Study on Water Mist Fire Suppression in a Railway Tunnel Rescue Station: Temperature Distribution Characteristics[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2021, 146: 396-411.

[22] BHOSEKAR A, IERAPETRITOU M. Modular Design Optimization Using Machine Learning-Based Flexibility Analysis[J]. Journal of Process Control, 2020, 90: 18-34.

[23] SHABESTARI S S, BENDER B, NEUMANN M, et al. Decision Support for Design Conflicts: A Model-Based Method to Analyze the Interactions between Technical Requirements and Product Characteristics[J]. Procedia Manufacturing, 2020, 52: 203-208.

[24] 于魁龙, 李军, 张宇, 等. 基于模糊聚类的保障装备模块化设计[J]. 装甲兵工程学院学报, 2015, 29(1): 18-24.

YU Kui-long, LI Jun, ZHANG Yu, et al. Modularization Design of Support Equipment Based on Fuzzy Clustering[J]. Journal of Academy of Armored Force Engineering, 2015, 29(1): 18-24.

[25] 王亮, 王应明, 胡勃兴. 基于前景理论的应急方案动态调整方法[J]. 控制与决策, 2016, 31(1): 99-104.

WANG Liang, WANG Ying-ming, HU Bo-xing. Dynamic Adjusting Method of Emergency Alternatives Based on Prospect Theory[J]. Control and Decision, 2016, 31(1): 99-104.

[26] 于峰, 李向阳, 孙钦莹. 突发事件情景应对案例库族谱设计[J]. 系统工程理论与实践, 2015, 35(10): 2596- 2605.

YU Feng, LI Xiang-yang, SUN Qin-ying. Design of the Emergency Case Pedigree for Scenario Response[J]. Systems Engineering-Theory & Practice, 2015, 35(10): 2596-2605.

[27] LIU Yang, FAN Zhi-ping, ZHANG Yao. Risk Decision Analysis in Emergency Response: A Method Based on Cumulative Prospect Theory[J]. Computers & Operations Research, 2014, 42: 75-82.

[28] 康凯, 陈涛, 袁宏永. 多层级应急救援协同调度模型[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016, 56(8): 830- 835, 843.

KANG Kai, CHEN Tao, YUAN Hong-yong. Cooperative Scheduling Model for Multi-Level Emergency Response Teams[J]. Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2016, 56(8): 830-835, 843.

[29] 陈述, 余迪, 郑霞忠, 等. 重大突发事件的动态协同应急决策[J]. 中国安全科学学报, 2015, 25(3): 171- 176.

CHEN Shu, YU Di, ZHENG Xia-zhong, et al. Dynamic Synergistic Emergency Decision on Major Events[J]. China Safety Science Journal, 2015, 25(3): 171-176.

[30] 朱华桂. 突发灾害情境下应急需求动态演化研究[J]. 学海, 2015(1): 164-168.

ZHU Hua-gui. Research on the dynamic evolution of emergency demand under the sudden disaster situation[J]. Academia Bimestrie, 2015(1): 164-168.

[31] ZHANG Xiao-lin, QIN Hao-kuan, ZHOU Xiao-li, et al. Comparative Evaluation of Color Reproduction Ability and Energy Efficiency between Different Wide-Color- Gamut LED Display Approaches[J]. Optik, 2021, 225: 165894.

[32] 丁满, 孙伟, 徐江, 等. 考虑色彩意象不明确的产品色彩模糊优化设计[J]. 机械工程学报, 2011, 47(12): 185-190.

DING Man, SUN Wei, XU Jiang, et al. Product Color Fuzzy Optimum Design Considering Color Image Uncertainty[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2011, 47(12): 185-190.

[33] LI Meng-shan, LIAN Su-yun, WANG Fan, et al. A Decision Support System Using Hybrid AI Based on Multi-Image Quality Model and Its Application in Color Design[J]. Future Generation Computer Systems, 2020, 113: 70-77.

[34] XU Cheng-long, HUANG Chong-xing, HUANG Hao-he. Recent Advances in Structural Color Display of Cellulose Nanocrystal Materials[J]. Applied Materials Today, 2021, 22: 100912.

[35] LIN Zhao-dong, DI Chan-gan, CHEN Xiong. Bionic Optimization of MFCC Features Based on Speaker Fast Recognition[J]. Applied Acoustics, 2021, 173: 107682.

[36] POHL G, NACHTIGALL W. Biomimetics for Architecture & Design: Nature-Analogies-Technology[M]. London: Springer, 2015.

[37] VAN HOUTEN F, WERTHEIM R, AYALI A, et al. Bio-Based Design Methodologies for Products, Processes, Machine Tools and Production Systems[J]. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2021, 32: 46-60.

[38] CLASSEN A, CORDY M, HEYMANS P, et al. Formal Semantics, Modular Specification, and Symbolic Verification of Product-Line Behaviour[J]. Science of Computer Programming, 2014, 80: 416-439.

[39] GE Xiao-bo, SHAO Xiao-dong, LI Shen, et al. A Descriptive Semantics of Modelling Process Catering for Whole Product Parametric[J]. Advanced Engineering Informatics, 2017, 32: 299-311.

[40] 胡伟峰, 殷万通. 应急交通工程装备产品品牌基因生成方法[J]. 机械设计与研究, 2019, 35(4): 160-162.

HU Wei-feng, YIN Wan-tong. Product Brand Gene Generating Method of Emergency Transportation Engineering Equipment[J]. Machine Design & Research, 2019, 35(4): 160-162.

[41] OH G, HONG Y S. Managing Market Risk Caused by Customer Preference Uncertainty in Product Family Design with Launch Flexibility: Product Option Strategy[J]. Computers & Industrial Engineering, 2021, 151: 106975.

[42] KAMBAMPATI S, JAUREGUI C, MUSETH K, et al. Geometry Design Using Function Representation on a Sparse Hierarchical Data Structure[J]. Computer-Aided Design, 2021, 133: 102989.

[43] HU Tao, XIE Qing-sheng, YUAN Qing-ni, et al. Design of Ethnic Patterns Based on Shape Grammar and Artificial Neural Network[J]. Alexandria Engineering Journal, 2021, 60(1): 1601-1625.

[44] ZHOU Jing, XIAHOU Tang-fan, LIU Yu. Multi-Objective Optimization-Based TOPSIS Method for Sustain­able Product Design under Epistemic Uncertainty[J]. Applied Soft Computing, 2021, 98: 106850.

[45] ALPPAY C, BAYAZIT N. An Ergonomics Based Design Research Method for the Arrangement of Helicopter Flight Instrument Panels[J]. Applied Ergonomics, 2015, 51: 85-101.

[46] LAI KING L, CHEEMA B, VAN HOVING D J. A Cross Sectional Study of the Availability of Paediatric Emergency Equipment in South African Emergency Units[J]. African Journal of Emergency Medicine, 2020, 10(4): 197-202.

[47] DE LIRA-FLORES J A, LÓPEZ-MOLINA A, GUTIÉRREZ-ANTONIO C, et al. Optimal Plant Layout Considering the Safety Instrumented System Design for Hazardous Equipment[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2019, 124: 97-120.

[48] POURVAZIRI H, PIERREVAL H, MARIAN H. Integrating Facility Layout Design and Aisle Structure in Manufacturing Systems: Formulation and Exact Solution[J]. European Journal of Operational Research, 2021, 290(2): 499-513.

[49] PARQUE V, MIYASHITA T. A Method to Learn High- Performing and Novel Product Layouts and Its Application to Vehicle Design[J]. Neurocomputing, 2017, 248: 41-56.

[50] KIM T H, HONG K J, DO S S, et al. Quality between Mechanical Compression on Reducible Stretcher Versus Manual Compression on Standard Stretcher in Small Elevator[J]. The American Journal of Emergency Medicine, 2016, 34(8): 1604-1609.

[51] HULLDIN M, KÄNGSTRÖM J, ANDERSSON HAGI­WARA M, et al. Perceived Exertion Using Two Different EMS Stretcher Systems, Report from a Swedish Study[J]. The American Journal of Emergency Medicine, 2018, 36(6): 1040-1044.

[52] 田宏亮, 张阳, 郝世俊, 等. 矿山灾害应急救援通道快速安全构建技术与装备[J]. 煤炭科学技术, 2019, 47(5): 29-33.

TIAN Hong-liang, ZHANG Yang, HAO Shi-jun, et al. Technology and Equipment for Rapid Safety Construction of Emergency Rescue Channel after Mine Disaster[J]. Coal Science and Technology, 2019, 47(5): 29-33.

[53] 郑学召, 李诚康, 文虎, 等. 矿井灾害救援生命信息探测技术及装备综述[J]. 煤矿安全, 2017, 48(12): 116-119.

ZHENG Xue-zhao, LI Cheng-kang, WEN Hu, et al. Summary of Mine Disaster Rescue Life Information Detection Technology and Equipment[J]. Safety in Coal Mines, 2017, 48(12): 116-119.

[54] 丛岩. 两栖应急抢险装备在滩海油田应急救助领域的应用[J]. 船舶工程, 2020, 42(S1): 495-500.

CONG Yan. Application of Amphibious Emergency Rescue Equipment in the Field of Emergency Rescue in Shoal Oil Field[J]. Ship Engineering, 2020, 42(S1): 495-500.

[55] 曹传剑, 王永刚. 矿用多杆联动救援机器人的越障及抓取性能研究[J]. 煤矿机械, 2021, 42(2): 37-40.

CAO Chuan-jian, WANG Yong-gang. Research on Obstacle Crossing and Grasping Performance of Mine Multi Rod Linkage Rescue Robot[J]. Coal Mine Machinery, 2021, 42(2): 37-40.

[56] ZHONG Shao-peng, CHENG Rong, JIANG Yu, et al. Risk-Averse Optimization of Disaster Relief Facility Location and Vehicle Routing under Stochastic Demand[J]. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 2020, 141: 102015.

[57] 李松梅, 常德功, 杜敏敏. 新型矿用可移动救生舱热防护性能研究[J]. 青岛科技大学学报(自然科学版), 2014, 35(1): 58-62.

LI Song-mei, CHANG De-gong, DU Min-min. Research of Thermal Protective Performance on the New Mine Removable Refuge Chamber[J]. Journal of Qingdao University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2014, 35(1): 58-62.

[58] WANG Tian, ZHANG Shan-shan, LIU Yi. Research on the Design of theMobile Disaster Emergency Unit in the Cold Area[J]. Energy Procedia, 2018, 153: 364-369.

[59] 李付星. 滩涂作业自移动平台的结构设计与仿真分析[J]. 机械设计, 2019, 36(9): 132-138.

LI Fu-xing. Structural Design and Simulation Analysis of Beach Operation Self-Mobile Platform[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(9): 132-138.

[60] 王勇, 刘菲菲, 傅建桥, 等. 消防侦察机器人的设计与实现[J]. 东华大学学报(自然科学版), 2018, 44(4): 630-634.

WANG Yong, LIU Fei-fei, FU Jian-qiao, et al. Design and Realization of Fire Scout Robot[J]. Journal of Donghua University (Natural Science), 2018, 44(4): 630-634.

[61] RENAUD J, HOUSSIN R, GARDONI M, et al. Product Manual Elaboration in Product Design Phases: Behavioral and Functional Analysis Based on User Experience[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2019, 71: 75-83.

[62] FENG Zhe-nan, GONZÁLEZ V A, AMOR R, et al. An Immersive Virtual Reality Serious Game to Enhance Earthquake Behavioral Responses and Post-Earthquake Evacuation Preparedness in Buildings[J]. Advanced Engineering Informatics, 2020, 45: 101118.

[63] GÄRTNER A, BEHNKE A, CONRAD D, et al. Emotion Regulation in Rescue Workers: Differential Relationship with Perceived Work-Related Stress and Stress-Related Symptoms[J]. Frontiers in Psychology, 2019, 9: 2744.

[64] 卢立红, 付丽秋, 吴豪华, 等. 特殊作业环境对消防员心理健康的影响研究[J]. 武警学院学报, 2021, 37(2): 10-15.

LU Li-hong, FU Li-qiu, WU Hao-hua, et al. Study on the Influence of Special Operating Environment on Firefighters' Mental Health[J]. Journal of the Armed Police Academy, 2021, 37(2): 10-15.

[65] XIONG Wei-tao, VAN G, YANG Ke-wei. A Decision Support Method for Design and Operationalization of Search and Rescue in Maritime Emergency[J]. Ocean Engineering, 2020, 207: 107399.

[66] GUTIERREZ M T E, PALISOC A A, LIRIO K, et al. Ergonomically Designed and Developed “Go-Bag” for School Children: A Survival Kit[J]. Procedia Engineering, 2018, 212: 651-658.

[67] BITAN Y, RAMEY S, MILGRAM P. Ergonomic Design of New Paramedic Response Bags[J]. Applied Ergonomics, 2019, 81: 102890.

[68] GUO Fu, QU Qing-xing, NAGAMACHI M, et al. A Proposal of the Event-Related Potential Method to Effectively Identify Kansei Words for Assessing Product Design Features in Kansei Engineering Research[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2020, 76: 102940.

[69] MA Min-yuan, CHEN Chun-wei, CHANG Yu-ming. Using Kano Model to Differentiate between Future Vehicle-Driving Services[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2019, 69: 142-152.

[70] BASER B, BEHNAM B. An Emergency Response Plan for Cascading Post-Earthquake Fires in Fuel Storage Facilities[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2020, 65: 104155.

[71] DU B, BOILEAU M, WIERTS K, et al. Exploring the Need for and Application of Human Factors and Ergonomics in Ambulance Design: Overcoming the Barriers with Technical Standards[J]. Applied Ergonomics, 2020, 88: 103144.

[72] CASH P J, HARTLEV C G, DURAZO C B. Behavioural Design: A Process for Integrating Behaviour Change and Design[J]. Design Studies, 2017, 48: 96-128.

[73] JIA Ru-cun. Design of a Simulation Platform for Intelligent Marine Search and Rescue Based on Wireless Sensors[J]. Microprocessors and Microsystems, 2021, 80: 103572.

[74] KRZYŻANIAK Ł, SMARDZEWSKI J. Strength and Stiffness of New Designed Externally Invisible and Demountable Joints for Furniture Cases[J]. Engineering Structures, 2019, 199: 109674.

[75] 李秀芹, 赵进沛, 蔡永伟, 等. 便携式核应急现场救援侦检侦察箱的研制[J]. 中国辐射卫生, 2019, 28(4): 386-387, 396.

LI Xiu-qin, ZHAO Jin-pei, CAI Yong-wei, et al. Development of a Portable Investigation and Detection Box for On-Site Nuclear Medical Emergency Rescue[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2019, 28(4): 386-387, 396.

[76] WANG Song, HU Yan-zhu. A Forest Fire Rescue Strategy Based on Variable Extinguishing Rate[J]. Alexandria Engineering Journal, 2021, 60(1): 1271-1289.

[77] KARMA S, ZORBA E, PALLIS G C, et al. Use of Unmanned Vehicles in Search and Rescue Operations in Forest Fires: Advantages and Limitations Observed in a Field Trial[J]. International Journal of Disaster Risk Reduction, 2015, 13: 307-312.

[78] ABDULLAH S, SIPON S, NAZLI N N N N, et al. The Relationship between Stress and Social Support among Flood Victims[J]. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 2015, 192: 59-64.

[79] SEIKE T, ISOBE T, HOSAKA Y, et al. Design and Supply System for Emergency Temporary Housing by Various Construction Methods from the Perspective of Environmental Impact Assessment: The Case for the Great East Japan Earthquake[J]. Energy and Buildings, 2019, 203: 109425.

[80] VISCUSO S, ZANELLI A. Insulated Membrane Kit for Emergency Shelters: Product Development and Evaluation of Three Different Concepts[J]. Procedia Engineering, 2016, 155: 342-351.

[81] 梁丰, 李盼盼, 彭虎军. 公众在重大灾害发生时心理危机干预分析[J]. 灾害学, 2020, 35(1): 179-183.

LIANG Feng, LI Pan-pan, PENG Hu-jun. Psychological Crisis Intervention Analysis of the Public in the Event of Major Disasters[J]. Journal of Catastrophology, 2020, 35(1): 179-183.

[82] BROOKS S, AMLÔT R, RUBIN G J, et al. Psychological Resilience and Post-Traumatic Growth in Disaster-Exposed Organisations: Overview of the Literature[J]. BMJ Military Health, 2020, 166(1): 52-56.

Design Method of Emergency Rescue Equipment for Emergencies

LI Fu-xing

(1.Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250353, China; 2.Shandong Mechanical Design & Research Institute, Jinan 250031, China)

Through the integration of the design methods for the components of emergency rescue equipment, a systematic product design process system is constructed to improve the humanization level of emergency rescue equipment. Emergencies may cause a large number of casualties and economic losses. As the terminal link of disaster prevention and mitigation, emergency rescue equipment is also a necessary means to deal with emergencies. Thus, the humanization level of its design will directly affect the effect of emergency rescue. Through the analysis and research of relevant literature at home and abroad, the typical design methods for such aspects of emergency rescue equipment as function, shape, structure, etc. are collated, and the important position of psychological demands and behavioral characteristics in the design process is emphasized.In view of the limitations of the design method for each component of emergency rescue equipment, a collaborative design model based on scenario construction and situation deduction is proposed, which provides a reference for the establishment of a systematic design process system and in-depth research on emergency rescue equipment design methods, and is also of great significance for improving the humanized design level of emergency rescue equipment.

emergency; emergency rescue equipment; design methods; humanistic care; psychological demands; behavioral characteristics; design decisions

TB472

A

1001-3563(2022)14-0066-16

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.14.008

2022–02–09

山东省艺术教育专项课题（2019YSZX-099）；齐鲁工业大学（山东省科学院）人文社科科研创新建设项目“基于知识元的设计认知创新团队”阶段性成果

李付星（1983—），男，硕士，讲师，主要研究方向为应急救援装备设计、设计评价、TRIZ创新理论等。

责任编辑：马梦遥