作品名稱：環衛工人保暖掃帚設計
學校名稱：廈門大學嘉庚學院
參賽隊伍：環衛工人取暖掃帚設計
參賽學生：蔡佳雨 蔡佳雨
指導老師：唐剛
環衛工人保暖掃帚設計說明
美好城市形象的維持離不開城市道路環衛工人的辛勤工作，無論嚴寒還是酷暑，環衛工人都堅守在自己的崗位上，然而，惡劣的天氣讓環衛工人的工作帶來了更多的安全隱患，對環衛工人的身體造成傷害，曾經有環衛工人在冬季凍死的案例令人唏噓，國家對于環衛工人等基層勞動者的生存問題一直高度關注，國家和地方關于環衛工人的薪資待遇和社會保障的制度也在不斷地完善和優化，在2022年5月，民政部等九部門聯合印發了《關于深入推進智慧社區建設的意見》的通知。鼓勵推進了智能設備在環衛清潔作業中的應用和普及。
人體的正常溫度一般是37攝氏度，當溫度過低將對人體造成傷害，長時間暴露于0到10度的低溫潮濕環境就會被凍傷，而我國北方城市在一月份時的日均最低氣溫都低于0攝氏度，甚至低于-10攝氏度，環衛工人的工作時間一般在凌晨4點左右就開始了，正是一天中最冷的時候。嚴寒的工作環境讓他們的雙手僵硬，布滿凍瘡，除此之外，低溫還容易使人疲勞，血液循環變差，基礎代謝率下降，道路清潔的工作本就充滿了交通安全隱患，低溫給環衛工人帶來的疲勞和意識的降低更是大大增加了這種安全隱患，因此，解決環衛工人在嚴寒的環境下保暖的問題能夠降低環衛工人的交通事故發生率，保護環衛工人的生命安全。
分析環衛工人的工作流程，環衛工人一般在早上四點就開始了工作，領完自己的掃帚和簸箕后，就到自己負責的轄區開始道路清掃作業，這時正是一天中最冷的時候，同時天還沒亮，因此這個時間段是環衛工人交通事故發生率很高的一個時間段，工作時通常帶上掃帚在道路上連續工作多個小時，累了就在路邊休息一會，沒有固定的休息點，直到下午五點才結束工作。環衛工人主要的工具就是掃帚，環衛工人的清掃作業，主要是通過掃帚的擺動將垃圾掃至簸箕再到入垃圾桶，掃帚是其中最重要的工具且在工作時一直握在環衛工人手中，且手部是人體中毛細血管集中的地方，手部獲取的溫度可以通過血液循環到達身體的各個部位，從而達到較好的保暖效果，如果能夠用掃帚作為載體，就能解決環衛工人在嚴寒的環境下保暖的問題。
傳統掃帚主要由三部分組成：握把、掃帚頭、掃帚毛，根據使用場景的不同，掃帚的形態和使用的材質也會有所不同，環衛工人使用的掃帚，用到的材料主要是：木棍、高粱穗、金絲草、竹梢、掃帚草，都是一體式固定結構，由于路面上垃圾的成分復雜，清掃面積大，因此傳統掃帚主要的特點是寬大結實，耐磨損，但是在使用時比較費力。
對改良產品的設計規劃是：根據工作的場景和需求，在形態的設計和材質的選擇上，盡量保留其寬大耐磨損的特征，結合人機工程學的知識解決傳統工具的痛點。掃帚頭的部分是掃帚工作的核心部位，用來產生發熱所需要的能源，握把是與人體直接接觸的部位，用來發熱并傳遞到人體。參考其他可以循環使用的保暖產品，它們的發熱方式一般是使用將電能轉換為熱能，或者使用熱水，通過熱水取暖的方式時效很短并且難以在傳統的掃帚上實現因此不加以考慮，而在環衛工人工作的過程中，是很難有固定的地方休息，更別說充電了，因此，最好是讓這種能夠提供熱能的資源能夠被環衛工人在工作的過程中“隨身攜帶”以達到最大的便攜性。
如何讓能量在人-機關系中形成一個閉環流動，通過對能源轉換地逆向思考，從熱能出發、熱能能夠通過電能轉換而來，電能是我們十分熟悉的能源，常見發電的方式有：火力發電、水力發電、核能發電、風力發電、地熱發電等，但其實電能也能通過人的運動產生，而且這種發電的方式不僅便捷并且十分健康環保。而環衛工人的工作能夠產生動能，環衛工人手臂的運動帶動掃帚的擺動，在設計中將掃帚的頭和握把分為兩個不同的部分并通過軸連接，握把掃帚頭頂部安裝發電機與軸連接，直流發電機是把機械能轉化為直流電能的設備，利用的是電磁感應原理。線圈經過兩個半圓的滑環與電刷接觸，再經過導線、蓄電池構成了一個閉合回路；線圈轉動，切割磁力線，這樣回路就產生了感應電動勢。握把的部分根據人機工程學將工人工作時握住握把的位置做了曲線的設計，使工人在握住握把時能夠減少長時間工作對人體肌肉帶來的損傷，并使用導熱材料。再通過儲存在電池里的電能與握把部位的電阻絲連接，用電阻絲加熱保溫棉等固體儲能材料使其升溫，用熱敏電阻控制溫度。當電流通過電阻絲時，電阻絲會發熱，當溫度達到一定值時，電阻絲的電阻會急劇增大。要關閉電路，停止供暖，依靠保溫棉驅散之前儲存的熱量來保暖。
掃帚最大長度100cm，掃帚頭寬度48cm，高度35cm，厚度6cm，掃帚毛長度25cm。在產品的配色上主要選擇了橙色作為它的主色調，橙色具有環衛工人職業的代表性，并在掃帚頭上裝有反光條，使產品更加鮮明醒目，在路面上更加容易讓其他交通參與者注意環衛工人的存在，小心行駛。軸的設計上運用球體，使轉動更加靈活，也讓產品整體的造型更加豐富，產品的功能針對性強，使用步驟十分簡單，不需要使用者復雜的操作，運用電池感應的原理讓能量在人-機之間內部循環，不僅省去了多余的使用步驟，還讓產品的使用更加綠色環保。
