基于病毒防控背景下的自助加油站消毒设施设计_韩硕一.pdf

包 装 工 程 第 44 卷 第 14 期 100 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 7 月 收稿日期：20230216 作者简介：韩硕一（1997），男，硕士，主要研究方向为工业设计工程。基于病毒防控背景下的自助加油站消毒设施设计 韩硕一，金可言（米兰理工大学，米兰 20161，意大利）摘要：目的目的 在病毒防控的背景下，针对自助加油站的加油枪所设计开发的消毒设施，使每一位自助加油站的用户在不改变原有的使用流程前提下接触到清洁无毒的加油枪，从而在最大限度上阻止病毒在加油站公共区域的交叉传播。方法方法 利用紫外线消毒技术，将加油枪的外表面充分地消毒杀菌，并在每一次用户使用过后都重复该流程，使得加油枪时刻保持无毒无菌的状态，从而阻绝了病毒在用户之间的传播。结果结果 经过计算和推演，该设计可以有效的消除加油枪表面的病菌，有效阻隔了病毒的传播途径，与此同时新型设备的介入并没有影响到用户原有的自助加油使用流程，保留了原有的使用体验。结论结论 该设计在公共卫生领域起到了阻隔病毒传播的作用，对病毒的防御有着深刻而广泛的作用。关键词：自助加油；加油枪；消毒设施；人机交互 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)14-0100-07 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.14.010 Design of Disinfection Facilities for Self-service Gas Stations in the Context of Virus Prevention and Control HAN Shuo-yi,JIN Ke-yan(Politecnico di Milano,Milan 20161,Italy)ABSTRACT:The work aims to design and develop a disinfection facility for the nozzles of self-service gas stations in the context of virus prevention and control,so that every user of the station can have access to clean and non-toxic nozzles without changing the original use process,thus preventing the cross-transmission of viruses in the public area of the sta-tion to the greatest extent.The UV disinfection technology was used to fully disinfect and sterilize the external surface of the nozzles,and the process was repeated after the use of each user,so that the nozzles were kept in a non-toxic and sterile state at all times,thus preventing the spread of the virus among users.After calculation and deduction,the design could effectively eliminate the germs on the surface of the nozzles,effectively blocking the transmission of viruses,while the new equipment did not affect the original self-service refueling process of users,retaining the original use experience.The design plays a role in blocking the spread of viruses in the field of public health,and has a profound and extensive effect in the defense of viruses.KEY WORDS:self-service refueling;nozzle;disinfection facilities;human-computer interaction 劳动力成本的增加和人们对高效工作的追求，使自助加油成为人们越来越普遍的加油方式，与此同时，自助加油站缺乏工作人员连续执行清洁加油设备的工作，使加油站存在着严重的病菌寄存及环境污染的问题。其中主要有以下几点：意外泄漏和溢出、加油站污染违规、加油站污染物等。在自助加油站的众多设备中，加油枪是污染最严重的也是最关键的病毒传播媒介1。一方面由于司机都需要使用它来给汽车加油；另一方面加油作为一个例行过程2，司机每月大约会加油 56 次，加油后加油枪上的病原体会进入车内。根据金伯利克拉克专业实验室对气泵拭子的研究，气泵手柄平均包含2 011 970 个菌落形成单位，这个数量是马桶座圈细菌和病毒污染数量的 11 000 倍。因此，本文将消毒第 44 卷 第 14 期 韩硕一，等：基于病毒防控背景下的自助加油站消毒设施设计 101 清洁的目标放在自助加油站的加油枪上，希望通过限制这个重要的病毒传播媒介，最大限度地阻止用户之间及加油站与汽车之间的病毒和细菌传播3，从而在这个公共空间中保障使用者的卫生安全。1 加油枪的污染种类 1.1 生物污染 超过 70%的加油枪携带有高风险的细菌并可能发展为严重的疾病4。这些细菌中有 50%被称为“革兰氏阳性球菌”，它们会引发皮肤不良状况，甚至是中毒性休克。1.2 化学污染 苯占汽油成分的 1%，是人类癌症的公认原因5。国际癌症研究机构已将苯列为威胁人类的第一类致癌物。国际化学品安全计划发现苯通过吸入、皮肤和食入被人体吸收。但在加油的过程中用户需要握住被汽油残留物污染的加油枪手柄几分钟，其皮肤表面可能残留少量苯。2 自助加油站消毒设施的设计 2.1 设计目标 2.1.1 针对环境及病原体 该设备主要针对病毒防控领域，对自助加油站的加油枪表面的多种病原体的消毒与清洁。2.1.2 目标用户 本设计的目标用户是日常接触自助加油站的司机（如卡车司机、公交车司机、私家车司机等），其中日常使用自助加油站的司机每月平均给车加油56次6，而每次加油的过程中都会有病原体被司机从加油站带入车内。2.1.3 普遍适用性 全球有许多品牌和种类的加油站，不仅在公司之间存在差异，在品牌内部也存在差异。由于加油站的种类繁多，需要针对不同长度的加油站设备合理选择和调整产品的尺寸，使本设计可以普遍安装在不同的加油枪设备之上。2.1.4 保持原本的使用流程 为防止用户适应新的操作流程，产品安装到加油站后，应保持原有的自助加油流程不变，确保用户体验的顺畅。2.1.5 消毒原理 本设计采用紫外线灯照射的方式对加油枪的表面进行消毒处理。由于紫外线满足对杀灭有害病毒的要求7，因此这种方式既能满足产品摆脱人工操作的自动化需求，又能对加油枪设备的表面进行有效的消毒。具体的紫外线技术细节将在后文详细论述。2.1.6 安全性 虽然采用紫外线照射的方式能够对设备有效消毒，但其会对设备周边的使用者造成危害。因此该设备在消毒工作的过程中必须将紫外线与使用者相隔离8，以确保用户的安全。2.2 设备概述 如图 1 所示为模拟消毒设备在自助加油站环境下的安装效果。设备被安装在加油站的自助设施之上，并将加油枪“包裹”，设备内部配有红外感应装置和紫外线消毒装置，每次用户在使用并放还加油枪时，设备便会自动感应并关闭隔离罩，在保护周围人员安全的前提下，运用紫外线消毒技术对加油枪的表面进行全方位消毒处理，消毒完成后隔离罩重新打开并回归原始状态，以此循环往复。下文将对产品的使用流程及结构细节进行详述。图 1 设备在自助加油站中的安装及使用 Fig.1 Installation and use of the equipment in the self-service gas station 2.3 使用流程 1）加油站及设备生产方对具体的自助加油设备的尺寸进行测量，并根据数据选择合适规格的消毒设备提供给自助加油站。2）将消毒设备连接并安装在自助加油设备的主体上，使加油枪被消毒设备“包裹”。3）用户使用自助设备加油之前，消毒设备处于开放状态：紫外线隔离板升起，紫外线灯关闭，加油枪暴露在用户面前。4）用户拿起加油枪使用时，消毒设备由内部的红外感应装置控制检测到加油枪的位置运动。5）用户放还加油枪后，消毒设备将关闭隔离罩，在保护周围人员安全的前提下通过紫外线灯的照射对加油枪表面进行消毒处理。6）经后期计算，消毒时间将持续约 1 min，随后隔离罩重新打开使消毒设施回归原始状态，见图 2。102 包 装 工 程 2023 年 7 月 图 2 设备的使用流程 Fig.2 Use process of the equipment 2.4 产品规格 2.4.1 3 种规格 在设计概念的发展过程中，消毒产品需要适配不同规格的自助加油设备，根据比较的多种加油站设备的尺寸，笔者创建了 3 个不同大小的对象，以适应不同的设备。这些设备的水平宽度分别为 200 mm、400 mm 和 600 mm，见图 3。图 3 设备的 3 种基础尺寸 Fig.3 Three basic sizes of equipment 2.4.2 人机尺寸 如图 4 所示，通过对用户身高和使用方式的调研9，使设备尺寸和安装尺寸能够不影响用户的原有使用流程，在用户的普遍身高范围内（145 cm 187 cm）依然可以观察到加油枪的位置并顺利取用。2.5 产品细节 2.5.1 基本构造 设备的主体框架由折弯和挤压工艺制成的金属壳体构成，内部包含了 PCB 控制模块、电源模块、运动模块、消毒模块、感应模块等，见图 5。下文将对关键模块进行详细阐述。2.5.2 隔离罩运动机构 如图 6 所示，该设备的主要部件之一是用于打开和关闭隔离罩的运动机构。为了实现这种运动，笔者 图 4 设备的人机尺寸展示 Fig.4 Display of human-computer interface size of the equipment 第 44 卷 第 14 期 韩硕一，等：基于病毒防控背景下的自助加油站消毒设施设计 103 图 5 设备爆炸图 Fig.5 Exploded view of equipment 图 6 隔离罩运动机构的细节 Fig.6 Details of the kinematic mechanism of the isolation cover 分析了电机和铰链等多种选项，最终选择使用线性致动器。由于内部的旋转轴机构，隔离罩的运动可以顺 利进行，并且速度快无延迟。此外，为了确保平衡，将隔离罩的两侧安装了线性致动器。这种机构形成的运动方式可以使隔离罩以垂直于地面的方向运动，同时满足了人机工程学和操作的便利性。2.5.3 加油枪隔离装置 如图 7 所示，加油枪隔离装置设计安装在两个加油枪之间10。装置内部安装有紫外线灯以及红外感应器，为了获得最佳的消毒效果，笔者将紫外线灯的位置设计成可同时照射到左右方向的两个加油枪的形式。此外，加油枪隔离装置由螺丝固定在设备主体下方，并可根据加油枪的具体位置来调整隔离装置的安装位置。2.5.4 红外感应装置 红外传感器可用于检测加油枪的位置变化，以便相应地启动消毒过程，见图 8。设备包含发射型传感器和接受型传感器11，通过传感器之间的配合来探测加油枪的位置变化，进而控制设备的整体工作。对红外传感器的选