淺析可拆卸竹材定向刨花板家具設計

朱珍珍，朱詩留，張婷婷，郭 勇，劉盛全，劉煥榮，陳玉霞

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學林學與園林學院，安徽 合肥230036；2.國際竹藤中心，北京100102）

中國作為竹資源大國，產(chǎn)地眾多、種類豐富，素有“竹子王國”之美譽［1］。竹材具有一次成林、生長快、纖維長、方向性明顯和可再生等特點。相較于木材，竹材有著相似的化學組成，但竹子的生長力更加旺盛，3-5 a即可成熟使用，力學性能更佳。而木材的生長成型周期長，短期內(nèi)無法快速培育出數(shù)量可觀的木材資源以供使用。因此，面對人類對木質(zhì)材料日益上升的需求，以及木材資源嚴重短缺的現(xiàn)狀，利用竹材替代木材在建筑及家具領域的應用已成為必然趨勢［2］。如利用竹刨花制造的竹OSB板（BOSB，Bamboo Oriented Strand Board），憑借其優(yōu)異的物理力學性能取代木質(zhì)材料而廣泛應用于結(jié)構(gòu)材、建筑、室內(nèi)裝飾、包裝及集裝箱地板等領域。然而，由于竹OSB板具有硬度大，強度高的特性，在進行鉆孔、開榫及洗削加工過程中極易損傷刀具和板面，既增加了加工成本，又導致竹OSB板無法像傳統(tǒng)木質(zhì)人造板一樣進行五金件連接，進而限制了其在家具設計與制造領域的應用。為此，筆者從家具結(jié)構(gòu)設計與構(gòu)件連接角度出發(fā)，將可拆卸設計理念引入竹OSB板家具設計，試圖通過采用更易安裝的插接式結(jié)構(gòu)或新型連接件完成竹OSB板家具的構(gòu)件設計與安裝。這不僅有利于簡化竹OSB板的加工流程，降低加工成本，還有助于簡化竹OSB構(gòu)件的安裝方式，提高板材使用頻率。由此，筆者對可拆卸竹OSB板家具的設計優(yōu)勢以及設計要求展開了充分的討論與探究，以期推動竹OSB板在家具制造方面的應用進程，提升其產(chǎn)品附加值。

1 可拆卸家具及其特性

1.1 可拆卸家具概述

可拆卸家具將可拆卸性設計理念融入到家具設計之中，要求家具具備零部件可以連續(xù)拆卸并自由組合的能力。在設計過程中，不單單強調(diào)制造與裝配的設計，家具零部件設計的標準化，還增加了對于拆卸性的考慮，要求可以運用不同的連接形式，更快速便捷的進行家具的制造與組裝［3-4］。

目前，可拆卸家具的連接形式主要可分為有介質(zhì)以及無介質(zhì)連接2種，有介質(zhì)連接包括連接件接合、五金件接合與榫接合，無介質(zhì)連接指的是零部件相互之間運用插接與卡接等接合形式［5］。如圖1展現(xiàn)的美國設計師大衛(wèi)·奎克（Davod Kawecki）的作品——“迷題”扶手椅，作為可拆卸家具早期的探索作品之一，完美的詮釋了無介質(zhì)連接的特點?？蓪⒃撟尾鸱譃?個零部件，在無連接件的條件下即可通過準確的插接組裝形成最終的座椅成品。

圖1 “謎題”扶手椅Fig.1 The＂riddle＂armchair

1.2 可拆卸家具特征優(yōu)勢

1.2.1 可裝配與可拆卸性 無論是家用家具、辦公家具還是展示家具等各種類型的家具，使用壽命受多種因素影響，但通常情況下，家具受到損壞無法使用的原因多是某個部件的損壞，尤以連接件居多，但并不排除板材本身損壞的可能性，因為家具的某一小范圍部件的損傷導致家具的功能性、美觀性受到影響并最終被丟棄，增加了用戶購買家具的成本，不利于可持續(xù)性的發(fā)展，同時造成了資源的浪費現(xiàn)象。家具的可裝配與可拆卸性彌補了家具使用過程中的不足，通過對零部件的及時更換可以提高家具的使用時限，提高資源的利用效率，加大了環(huán)境的保護力度。

1.2.2 可組合性 21世紀的快節(jié)奏使得人們渴望打破一成不變的周圍環(huán)境，追求創(chuàng)新、繽紛的生活氛圍。家具作為人類居住環(huán)境的重要組成部分，也在不斷的更新與發(fā)展，以滿足人的需求?？刹鹦兜脑O計理念為家具的重組設計和自由組合提供了思路，可依據(jù)其可拆卸與可裝配性實時調(diào)整家具結(jié)構(gòu)。如面對室內(nèi)環(huán)境變化時，可依據(jù)家具外部尺寸的可調(diào)節(jié)范圍，利用家具便攜的拆裝組裝能力對原有家具部件進行2次組裝，通過改變板材位置，調(diào)動板材數(shù)量達到對家具的外部尺寸、內(nèi)部構(gòu)造的轉(zhuǎn)變，從而適應新的使用環(huán)境。這一過程不僅節(jié)約了使用者購買新的家具的資金成本，而且可以在家具設計中有效融入個性化需求，提高使用者對家具組裝的參與體驗度。

2 竹OSB板在可拆卸家具中的應用特性分析

竹OSB板是以竹材刨花為原料制備的結(jié)構(gòu)類似于木OSB板的一種新型人造板，其制備過程主要包括竹材刨花的選?。ù_定刨花尺寸）、干燥、施膠、定向鋪裝及熱壓成型［6］。與纖維板、膠合板、細木工板等傳統(tǒng)木質(zhì)人造板相比較，竹OSB板在原材料來源上更具優(yōu)勢。竹材的再生能力強、生長周期短，且竹材纖維長度遠大于木纖維，最長可達木纖維的幾百倍，而纖維素含量卻相對較低，賦予竹材更優(yōu)良的韌性，可以長期穩(wěn)定的為竹OSB板的制備提供優(yōu)質(zhì)高強刨花［7］。而與竹膠合板、竹集成材以及重組竹等竹材人造板相比，竹OSB板又具有竹材利用率高、制備過程簡便高效、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢。如竹集成材與重組竹的制備過程中，需要對竹材進行表面處理，去除竹青竹黃后再加工成規(guī)格竹片，而竹青竹黃的去除會造成原材料的丟失以及竹材橫向細胞的破壞，導致竹材的性能優(yōu)勢在這一過程中受到損耗。竹OSB板在加工過程中則不存在去除竹青竹黃的步驟，可直接利用竹材的縱向徑面制備竹片刨花，竹青竹黃位于刨花的兩側(cè)，不會影響板材的膠合性能，更利于保持竹材的固有的理化性能［8］。使竹OSB板材具有強度大，韌性好，內(nèi)結(jié)合力強，握釘力大，線性膨脹系數(shù)小等優(yōu)良特性，實際使用中的變形量小，可承載極大的壓力，在建筑承重性結(jié)構(gòu)用板領域可發(fā)揮較好的作用。同時，由于竹青竹黃的存在較為完整的展現(xiàn)了竹材的天然色澤。大小、排列形式不一的竹材刨花經(jīng)壓縮成板后形成的獨特粗獷肌理給人以自然樸實的視覺觀感，即便經(jīng)過清漆涂飾后也依然能較好的展現(xiàn)原色素板鮮明質(zhì)樸的獨特風格。鑒于此，一些設計師和家具公司已逐漸開始采用竹OSB板替代部分木質(zhì)人造板作為家具部件的基材或結(jié)構(gòu)材應用于家具的設計與制造中。同時，將竹OSB板與玻璃、金屬等不同材料進行有機組合搭配（如圖2所示），打造出了更為多元化的家具造型效果，賦予家具自然、生動的本性［9］。

圖2 BOSB板在家具領域中的應用Fig.2 Application of BOSB in furniture

然而，也正因為竹OSB板的高強特性，在機械加工過程中易造成刀具及板面發(fā)生嚴重磨損（如圖3所示），無形中引起加工成本上升，且竹OSB板上進行精確的榫槽和孔眼加工困難，無法像傳統(tǒng)板式家具一樣采用偏心連接件、圓棒榫、鉸鏈等五金連接件進行有效連接，進而限制了竹OSB板在家具制造領域的廣泛應用。因此，亟需設計一種更適用于竹OSB板連接和裝配的方式，實現(xiàn)竹OSB板構(gòu)件的高效連接。而可拆卸設計的理念為此提供了良好借鑒，可利用可拆卸裝置中的插接式結(jié)構(gòu)或開發(fā)一種新型連接件實現(xiàn)竹OSB構(gòu)件的簡單組裝，制造成可拆卸的竹OSB家具，這對推動其在家具制造領域的工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應用具有重要意義。

3 竹OSB板在可拆卸家具中的設計要求與運用

3.1 竹OSB板家具總體結(jié)構(gòu)設計要求

面向可拆卸的竹OSB板家具，在設計時要充分考慮到家具的裝配與拆卸性，控制好裝卸的難易程度。家具的連接部位作為設計要點，需要考慮連接的穩(wěn)固性與便捷性，避免繁瑣的連接形式。進行家具的整體裝卸時，組裝方向的不定性變動會加大家具的裝卸難度，合理設計家具組裝的角度轉(zhuǎn)換，避免家具組裝的多方向同時進行，不僅可以提高裝卸效率，也能增加調(diào)節(jié)組裝人員的心情愉悅度，節(jié)約裝卸時間［10］。

圖3 竹OSB板加工過程中對板面及刀具造成的損傷Fig.3 Damage to the board surface and tools during the processing of BOSB

3.2 竹OSB家具連接方式的設計與選擇

由于榫卯結(jié)構(gòu)拆裝復雜，不利于大批量的加工生產(chǎn)；而竹OSB板強度大，鉆孔困難，又不利于五金連接件的使用。因此，在竹OSB板連接方式的設計與選擇中，優(yōu)先考慮連接件接合、插接與卡接這3種連接形式。如圖4a所示為插接式連接方式，通過對傳統(tǒng)的榫卯結(jié)構(gòu)進行再設計，發(fā)展成為簡化、便捷的插接式結(jié)構(gòu)，使家具具備零部件可以連續(xù)拆卸并自由組合的能力。竹OSB板采用連接件的接合方式如圖4b所示，不需要破壞竹OSB板板材結(jié)構(gòu)，連接件可以對2塊板材或3塊板材直接進行連接，通過調(diào)節(jié)螺釘?shù)男肷疃瓤蛇m應不同厚度的板材，便于隨時進行拆卸更新，提高家具使用效率。

圖4 BOSB板家具的連接方式（a：插接式；b：連接件接合）Fig.4 Component connection mode of BOSB furniture（a：plug-in type；b：connector joint）

3.3 竹OSB板家具的零部件設計

家具由單個零部件組合而成，一個家具的零部件數(shù)量過于繁雜，在實際安裝與拆卸的過程中不僅操作復雜，安裝難度也會相應提高。因此，在進行竹OSB板家具設計時，應當遵循零部件設計的標準化、通用化原則，有條理的對家具部件進行總結(jié)與歸類，合理控制部件數(shù)量，將具有相似或相同功能的部件進行合并，去除具有重復功能的部件［11］。

如圖5a所示，通過連接件連接2種規(guī)格尺寸的竹OSB板，可以組裝出坐凳、書架2種家具，在設計時需要考慮零部件的尺寸、數(shù)量，并做到零部件規(guī)格的簡化，降低生產(chǎn)加工難度，提高組裝速率。在采用插接與卡接時則需要考慮竹OSB板的卡口與卡槽的尺寸與位置，同時由于板材的鉆孔困難，在設計時應降低卡口與卡槽的數(shù)量，做到結(jié)構(gòu)合理性的同時提高接合處的美觀性。

3.4 竹OSB板家具的模塊化設計

模塊化設計理念早在20世紀60年代就已經(jīng)被提出并廣泛運用，這一理念的提出為我們打開了以標準化為基礎，以產(chǎn)品構(gòu)架的共通性為設計要求的大門。對于可拆卸家具而言，模塊化設計至關重要，模塊是指產(chǎn)品中具有同一使用功能但規(guī)格或結(jié)構(gòu)不同卻能互換的單元［12］。一個產(chǎn)品由多個要素組合在一起，需將多個要素進行歸納統(tǒng)一，分離出有相似點或相通點的要素，構(gòu)成一個產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)框架，同時提煉出具有特殊作用的不同要素，作為該產(chǎn)品的功能單元。

模塊化要求竹OSB板家具零部件設計的標準化與通用化，如圖5b所示，書桌的兩塊桌面板以及左右兩側(cè)的旁板均可以進行通用，在安裝的過程中不用考慮板件安裝的先后順序，桌面板1可以選擇不同的安裝位置，也可以撤去桌面板1，保留桌面板2，滿足不同身高的人群包括老人、兒童的使用需求。模塊的通用性得到了很好的體現(xiàn)，可根據(jù)個人的使用需求以及家具的使用功能進行定義并設計模塊［13］，更加有利于工廠的生產(chǎn)與加工，高效推進竹OSB板在家具領域的應用。

圖5 BOSB板家具的設計方式（a：連接件接合；b：插接式）Fig.5 Component connection mode of BOSB furniture（a：connector joint；b：plug-in type）

4 結(jié)語

竹OSB板作為一種生物質(zhì)板材，具有良好的機械性能、環(huán)?？沙掷m(xù)性和獨特的美學表現(xiàn)力，在家具的設計與制造具有很好的發(fā)展?jié)摿?。將可拆卸設計理念融入竹OSB板家具設計中，實現(xiàn)竹OSB板家具的結(jié)構(gòu)設計，可有效解決竹OSB板榫槽孔眼加工困難、成本高等問題，有效提高產(chǎn)品加工生產(chǎn)、運輸與安裝等各個方面的經(jīng)濟效益。且通過可拆卸設計，實現(xiàn)了竹OSB家具零部件的高效維修、更換與回收，增加了家具的使用年限，不僅提高了材料的利用率，還有助于打造綠色、環(huán)保、可持續(xù)的竹OSB板家具產(chǎn)品，改善居住環(huán)境。