仿生設(shè)計(jì)在兒童家具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

■張 煒，韓 笑，張曉梅，王明惠

(山東建筑大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南 250101）

隨著我國二孩政策的提出，我國的經(jīng)濟(jì)水平得到顯著提升，兒童作為現(xiàn)代家庭生活重心，是家庭內(nèi)部物質(zhì)和精神消費(fèi)的主導(dǎo)群體，獨(dú)特的文化群體。住房面積的逐漸增加也意味著兒童家具產(chǎn)品在未來的市場中，具有較大的發(fā)展前景，而如今市場上的兒童家具產(chǎn)品使用功能單一固定，設(shè)計(jì)師缺乏對兒童生理心理、情感需求進(jìn)行分析了解，基于仿生設(shè)計(jì)的兒童家具產(chǎn)品不再是單一功能的日用品，而是滿足兒童生理心理需求，集合學(xué)習(xí)生活?yuàn)蕵返榷喾N功能為一體的家具產(chǎn)品，并推動(dòng)兒童家具從低廉的價(jià)格競爭趨向于創(chuàng)新競爭設(shè)計(jì)。

1 仿生兒童家具設(shè)計(jì)的概述

1.1 仿生學(xué)的誕生

1960年俄亥俄州空軍基地戴通召開學(xué)術(shù)會(huì)議，斯蒂爾為仿生學(xué)這個(gè)新興學(xué)科命名。仿生學(xué)為數(shù)學(xué)、工程技術(shù)學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科交叉滲透形成的邊緣學(xué)科，主要構(gòu)建優(yōu)化技術(shù)設(shè)備，通過對生物系統(tǒng)的研究分析其具有的突出能力，再進(jìn)一步將其進(jìn)行模式化[1]，并提升工程設(shè)備的技術(shù)含量，創(chuàng)建一個(gè)全面科學(xué)化的系統(tǒng)。仿生學(xué)是對自然界生物優(yōu)異特征的模仿，探索新興領(lǐng)域與技術(shù)，通過對生物體的擬態(tài)研究，促進(jìn)生物學(xué)的極大發(fā)展。仿生學(xué)在人類生活應(yīng)用中取得較大經(jīng)濟(jì)效益，提升人們適應(yīng)改造自然的能力，現(xiàn)代仿生學(xué)已不局限在幾門學(xué)科，而是延伸到材料學(xué)、航空學(xué)、航天學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域當(dāng)中。

1.2 仿生設(shè)計(jì)的發(fā)展

仿生設(shè)計(jì)是為實(shí)現(xiàn)或滿足人們的某種需求而產(chǎn)生的一種思想方法行為，20世紀(jì)80年代仿生設(shè)計(jì)基于學(xué)科基礎(chǔ)上得到發(fā)展[2]，以自然生物作為研究的目標(biāo)和對象。藝術(shù)領(lǐng)域的仿生設(shè)計(jì)不僅具備自然科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)邏輯性，而且具備藝術(shù)科學(xué)的特點(diǎn)屬性，在拓寬符號(hào)語言學(xué)發(fā)展道路的同時(shí)延伸環(huán)境生態(tài)學(xué)在藝術(shù)領(lǐng)域的范圍。在不同時(shí)期仿生設(shè)計(jì)的理念目的意義不同，從過去到現(xiàn)代，從早期為了生存的自然生命崇拜仿生設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯罘绞皆O(shè)計(jì)[3]，仿生設(shè)計(jì)具有了更為豐富的內(nèi)涵屬性，立足于人類自然科學(xué)體系與人工系統(tǒng)仿生設(shè)計(jì)。

1.3 仿生兒童家具概念

兒童家具不僅要滿足直接用戶兒童玩?；锇榈男枨螅瑢和揖哔x予象征游戲意義，推動(dòng)兒童身心智力成長發(fā)育；而且要達(dá)到間接用戶使用家具的需求[4]。在仿生設(shè)計(jì)中要求能考慮到家具使用的具體場合，尋求共同的特征形態(tài)，在滿足兒童家具設(shè)計(jì)原則的同時(shí)，使得家具產(chǎn)品作為媒介幫助兒童認(rèn)識(shí)了解世界，創(chuàng)造出具有實(shí)用功能與教育意義的兒童家具產(chǎn)品，提高產(chǎn)品附加價(jià)值，增強(qiáng)市場競爭力。

2 仿生兒童家具設(shè)計(jì)中的問題現(xiàn)狀分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約有47%的家庭有購買兒童家具的需求，兒童家具設(shè)計(jì)與制造的市場需求與日俱增，但就目前市場銷售的兒童家具用品來說，一些問題仍然比較突出，較多兒童仿生家具產(chǎn)品缺乏全面化設(shè)計(jì)理念，主要體現(xiàn)在：

市面上家具產(chǎn)品較多以收納為主，探索玩樂游戲家具較少，色彩、形式結(jié)構(gòu)缺少豐富性，兒童家具產(chǎn)品形態(tài)固化，模塊化設(shè)計(jì)與延續(xù)性設(shè)計(jì)需要強(qiáng)化[5]，此外兒童家具產(chǎn)品雷同現(xiàn)象居多，大部分為成人家具的濃縮版本，兒童家具缺少產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)，同時(shí)為了降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)師沒有對兒童群體進(jìn)行深入全面的調(diào)研，并將兒童家具產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮減。由于兒童生理發(fā)展較快，經(jīng)常使用尺寸規(guī)格不合理的家具產(chǎn)品無法滿足兒童家具日常使用需求，更會(huì)引發(fā)駝背、脊椎彎曲、視力降低等身體問題。因此我們應(yīng)在積極學(xué)習(xí)先進(jìn)設(shè)計(jì)方法與制作技藝的基礎(chǔ)上構(gòu)建設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，根據(jù)不同年齡層面劃分生理心理需求，設(shè)計(jì)上力求健康環(huán)保富有益智趣味性，運(yùn)用科學(xué)合理化的色彩搭配為孩子營造舒適氛圍。

3 兒童家具仿生設(shè)計(jì)的分類與原則

3.1 常見仿生設(shè)計(jì)的分類

3.1.1 形態(tài)仿生

形態(tài)仿生對生物形態(tài)進(jìn)行認(rèn)知挖掘，對兒童家具進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思設(shè)計(jì)，結(jié)合美學(xué)進(jìn)行概括提煉，將自然物象內(nèi)化于兒童家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中?；谛螒B(tài)仿生的兒童家具產(chǎn)品呈現(xiàn)具象形態(tài)仿生和抽象形態(tài)仿生兩種設(shè)計(jì)方式。具象形態(tài)仿生設(shè)計(jì)遵循生物體本身物象，逼真再現(xiàn)生物形態(tài)，常運(yùn)用于玩具用品等裝飾性產(chǎn)品中，直觀明了，生動(dòng)活潑，富有自然情趣性。抽象形態(tài)仿生設(shè)計(jì)通過概括提煉手法表達(dá)家具內(nèi)在本質(zhì)特點(diǎn)，富有抽象簡潔性[6]。Avlia兒童家具（圖1）受到農(nóng)場風(fēng)格生活的影響，將農(nóng)場動(dòng)物形態(tài)與家具功能進(jìn)行結(jié)合，牛形書桌、貓狗凳子、小豬玩具箱、小雞鉛筆盒，家具玩具的簡單形態(tài)強(qiáng)調(diào)其純粹的本質(zhì)特征，為兒童想象力與創(chuàng)造力預(yù)留足夠空間，鼓勵(lì)兒童進(jìn)行自然創(chuàng)造性活動(dòng)，集合的每個(gè)家具對象作為玩具與功能項(xiàng)目的同時(shí)，為兒童游戲搭建場景。家具表面材質(zhì)選擇當(dāng)?shù)厮估蚰醽喯饦錇槟举|(zhì)裝飾，更好推廣當(dāng)?shù)氐赜蛭幕c特征。

■圖1 Avlia兒童家具示意圖

3.1.2 肌理仿生

肌理仿生將自然生物表面紋理圖案材質(zhì)運(yùn)用家具設(shè)計(jì)中，肌理材質(zhì)含有豐富情感色彩，光滑石材代表冰冷嚴(yán)謹(jǐn)，粗糙木材代表原始厚重，根據(jù)自然生物表皮特征，將家具產(chǎn)品表面質(zhì)感肌理進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，增強(qiáng)家具產(chǎn)品功能及表現(xiàn)力。其注重的是家具產(chǎn)品表面材料帶給人的感受，而不僅僅是產(chǎn)品表面材料結(jié)構(gòu)。這種經(jīng)過人類本能的積累，所帶來的感受早已超越人類低級(jí)觸感[7]，而逐漸上升到情感認(rèn)知層面，利用不同材質(zhì)肌理是豐富表達(dá)空間，滿足人類潛意識(shí)精神需要的體現(xiàn)。

3.1.3 結(jié)構(gòu)仿生

結(jié)構(gòu)仿生通過對自然生物體內(nèi)外結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，結(jié)合兒童家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念及目的，將結(jié)構(gòu)原理應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，使家具產(chǎn)品具備生命意義及自然美感[8]。結(jié)構(gòu)仿生常用設(shè)計(jì)方法分為兩種，前者運(yùn)用自然形體結(jié)構(gòu)作為空間結(jié)構(gòu)形體模仿對象，后者運(yùn)用晶體、索膜等結(jié)構(gòu)進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)，并強(qiáng)調(diào)造型美感，是美學(xué)與科學(xué)雙重兼?zhèn)涞姆律O(shè)計(jì)。

3.1.4 功能仿生

功能仿生是設(shè)計(jì)產(chǎn)品模仿自然生物體的產(chǎn)物，根據(jù)生物體特殊功能來捕捉設(shè)計(jì)靈感，通過技術(shù)上的模擬設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品更具有優(yōu)越性，以此達(dá)到人類自身的雙重需求。經(jīng)過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，自然界動(dòng)植物身上的某些功能遠(yuǎn)超人類在此方面進(jìn)行的科研成果。通過模仿動(dòng)植物功能以此建造或改進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)，促使人們對家具產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)研究，為人們學(xué)習(xí)運(yùn)用研究生物系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)提供方向[9]。

3.1.5 色彩仿生

色彩仿生有賴人眼感官的感知，基于人眼可見光譜范圍，家具產(chǎn)品表面色彩材質(zhì)因其對光的反射而被人眼感知，而究其本質(zhì)，色彩作為抽象符號(hào)進(jìn)入人類心理感知的潛意識(shí)層面；色彩仿生不僅具有情感層面，而且拓寬人造色彩的廣度深度。在生態(tài)環(huán)境惡化的當(dāng)今社會(huì)，人類對于自然生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)出深深眷戀之情，在此種情況下，設(shè)計(jì)師通過提取概括手法將生物色彩運(yùn)用到兒童家具產(chǎn)品中，既能實(shí)現(xiàn)家具功能使用感，又從生理心理角度與家具使用者達(dá)到情感上的一致，實(shí)現(xiàn)自然與生活環(huán)境的一致性，并帶給人豐富的視覺心理感受。

3.1.6 意象仿生

意象仿生利用自然生物體外觀形態(tài)在人類集體記憶中的觀念來達(dá)到趣味性效果，意象仿生不求精確模仿生物外形，而是利用記憶抽象化符號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)，激發(fā)人類對自然生物體的記憶聯(lián)系。日本柳宗理設(shè)計(jì)作品“蝴蝶凳”為意象仿生的典型代表，模壓而成的纖維板通過金屬構(gòu)件連接固定，整體造型使人聯(lián)想到蝴蝶翅膀，體現(xiàn)意象仿生的韻味。

3.2 常見仿生設(shè)計(jì)的原則

3.2.1 安全性原則

安全性為兒童家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一要義，因此在選材上，兒童家具產(chǎn)品所用材料要安全環(huán)保[10]，運(yùn)用編織材料時(shí)要注意對物體表面進(jìn)行光滑處理，避免因?yàn)槟敬坛霈F(xiàn)劃傷兒童皮膚。并應(yīng)仔細(xì)檢查產(chǎn)品表面涂料材質(zhì)是否含有危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)，盡量選水性涂料或不含有機(jī)溶劑涂料。結(jié)構(gòu)方面，兒童家具產(chǎn)品構(gòu)造要堅(jiān)固牢靠，力求達(dá)到較高的抗壓沖擊力。兒童家具產(chǎn)品要進(jìn)行無棱角化處理，加裝防撞裝置，家具設(shè)計(jì)盡量減少零配件的使用，避免孩子錯(cuò)誤吞食。家具產(chǎn)品硬度應(yīng)符合國家安全規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)，尺寸設(shè)計(jì)等要符合兒童人體工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 適用性原則

進(jìn)行兒童家具設(shè)計(jì)應(yīng)充分從用戶、家具、使用場合三方面進(jìn)行分析，思考兒童家具的使用用戶是誰？在哪些場合使用？對兒童的成長幫助體現(xiàn)在哪些方面？2012年國家教育部頒布《兒童學(xué)習(xí)發(fā)展指南》，將動(dòng)作發(fā)展列為兒童健康領(lǐng)域的重要位置之一，借助游戲兒童家具設(shè)計(jì)，促進(jìn)兒童游戲運(yùn)動(dòng)認(rèn)知的同步開展，達(dá)到兒童情感、個(gè)性化發(fā)展的目的，設(shè)計(jì)時(shí)考慮兒童社會(huì)性發(fā)展要求，做到既考慮到兒童自身又考慮到兒童共處對象。

3.2.3 延展性原則

隨著兒童成長，其對空間需求也在增長變化，兒童仿生家具設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)兒童各階段生長發(fā)育特點(diǎn)，研究可調(diào)節(jié)兒童家具產(chǎn)品，滿足消費(fèi)者不用頻繁更換購買適宜兒童年齡層的家具產(chǎn)品，利用榫卯插接、螺絲鉆孔等方式任意調(diào)節(jié)桌椅高度，通過延展性家具設(shè)計(jì)達(dá)到與孩子共成長的目的[11]，提升家具使用率。Torafu Architects工作室設(shè)計(jì)的Dice家具（圖2），由三合板制作而成，外圍用橡膠邊緣進(jìn)行設(shè)計(jì)，兒童可以將其設(shè)計(jì)成書架、工作桌、帶抽屜的桌子等多種功能家具，Dice不僅兒童可以使用，成年人同樣可以，既是一件多功能實(shí)用家具，又是一段美好回憶。

■圖2 Dice家具示意圖

3.2.4 益智性原則

趣味性的家具產(chǎn)品能激發(fā)兒童好奇心與探索欲，兒童通過變換拼接、調(diào)節(jié)伸縮使一個(gè)個(gè)單體家具組合成為一個(gè)整體，例如兒童紙板材料家具結(jié)構(gòu)緊湊、體量矮小，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上運(yùn)用穿插折疊方式，培養(yǎng)兒童動(dòng)手操作能力。蒙臺(tái)梭利通過實(shí)例研究證明，自然體系賦予兒童內(nèi)在秩序敏感性，通過兒童內(nèi)在秩序敏感性進(jìn)行家具設(shè)計(jì)，家具產(chǎn)品的積極性能潛移默化培養(yǎng)孩子在玩樂同時(shí)完成對物品的收納，培養(yǎng)孩子的責(zé)任管理意識(shí)[12]。在選取家具產(chǎn)品模擬對象中，Omega家具（圖3）采用彩色層壓板涂層膠合板制作而成，配有不同類型配件與繩索作為手柄，通過設(shè)計(jì)師的配件切割，為線條帶來較為強(qiáng)烈的個(gè)性。家具產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)富有活潑表現(xiàn)力，產(chǎn)品形態(tài)造型新穎，鮮艷的色彩更能滿足孩子的好奇與熱愛。

■圖3 Omega家具示意圖

4 未來仿生設(shè)計(jì)在兒童家具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用發(fā)展

4.1 模塊化設(shè)計(jì)打造多功能兒童家具

模塊化設(shè)計(jì)將家具產(chǎn)品的研發(fā)周期進(jìn)行縮短，標(biāo)準(zhǔn)化流程提升工作效率，家具零部件的即時(shí)拆卸確保運(yùn)輸?shù)谋憬菪?，?biāo)準(zhǔn)化零部件接口簡化家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，標(biāo)準(zhǔn)化接口、自由組合方式確保家具產(chǎn)品使用易操作性。系列化隨著兒童在家具功能形態(tài)上的需求變化進(jìn)行更迭改善，延長家具產(chǎn)品的使用壽命，體現(xiàn)拼合拆卸、功能間調(diào)節(jié)拓展等特點(diǎn)。用戶根據(jù)兒童身高增減模塊進(jìn)行尺寸調(diào)整或改變模塊搭配組合方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能轉(zhuǎn)換，兒童家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模塊化功能部件確保家具維護(hù)的便利性，通過模塊的組合搭建，兒童家具產(chǎn)品零部件間實(shí)現(xiàn)區(qū)域功能的模塊化劃分，拆卸組合又達(dá)到家具功能上的延伸拓展，促進(jìn)不同模塊間的功能銜接與轉(zhuǎn)換。兒童家具的模塊化設(shè)計(jì)更能滿足不同用戶的實(shí)際使用需求，提升企業(yè)生產(chǎn)效率，解決資源浪費(fèi)問題，方便產(chǎn)品更新?lián)Q代，延長兒童家具使用壽命周期，為更多家庭提供學(xué)習(xí)工作生活上的便利。

蘇聯(lián)阿奇舒勒對專利文件進(jìn)行研究提煉，建立系統(tǒng)化發(fā)明問題解決理論的TRIZ理論，TRIZ理論引入兒童家具設(shè)計(jì)制造中，具有普適性[13]。不同或同一物體內(nèi)部部分之間建立聯(lián)系共同產(chǎn)生唯一結(jié)果，一方面可以在空間上把相同近似物體進(jìn)行組合，例如，百變魔方兒童凳中相同單體可以任意組合；另一方面時(shí)間上將相同類似操作進(jìn)行聯(lián)合，比如BOOM兒童抽屜坐便器，側(cè)面為紙巾儲(chǔ)存空間設(shè)計(jì)，抽屜坐便設(shè)計(jì)便于清掃；通過兩種功能的組合設(shè)計(jì)，兒童排便方便清潔。

4.2 系統(tǒng)化理論研究與智能科技實(shí)踐應(yīng)用

仿生設(shè)計(jì)理論的宏觀化研究與智能科技實(shí)踐研究，不僅依靠人機(jī)到感性、技術(shù)到藝術(shù)哲學(xué)的宏觀學(xué)術(shù)理論上的跨越，運(yùn)用現(xiàn)代仿生創(chuàng)新思維設(shè)計(jì)為兒童家具產(chǎn)品發(fā)展前景提供更多研究思維方向，而且依靠現(xiàn)代仿生學(xué)理論及與之相關(guān)的圖形信息微觀技術(shù)與科學(xué)系統(tǒng)化的理論技術(shù)。系統(tǒng)理論與智能科技并舉的應(yīng)用研究，將會(huì)構(gòu)成由目標(biāo)理念、內(nèi)容方法組成的仿生設(shè)計(jì)系統(tǒng)?，F(xiàn)代兒童仿生家具設(shè)計(jì)更具靈活多樣化，通過傳感器、功能芯片的家具植入，能自動(dòng)調(diào)節(jié)符合人體工程學(xué)尺寸的家具，憑借多種功能芯片能滿足兒童學(xué)習(xí)生活中的實(shí)際需求[14]，智能書桌能自動(dòng)化調(diào)整與兒童匹配桌椅的高度尺寸、燈光亮度，運(yùn)用數(shù)字信息化技術(shù)矯正兒童學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤問題[15]。

4.3 人工與自然和諧共存發(fā)展的應(yīng)用

現(xiàn)代仿生系統(tǒng)化理論的確立與發(fā)展，提升人類文明長河中古樸的系統(tǒng)思想理念體系，使之成為系統(tǒng)科學(xué)化的理論體系，從而指導(dǎo)人類深層思考自然生態(tài)內(nèi)部系統(tǒng)間的平衡關(guān)系與價(jià)值意義，為探索人與自然間的和諧發(fā)展，將自然生物體優(yōu)異特征與人群實(shí)際生活需求進(jìn)行聯(lián)系。運(yùn)用復(fù)合替代法在兒童家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，復(fù)合材料取代均值材料，例如復(fù)合玻璃纖維；若干廉價(jià)材料替換昂貴材料，降低或放棄對品質(zhì)性能的雙重要求，例如紙質(zhì)兒童家具坐具。以呈現(xiàn)自然界真實(shí)圖像作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，用自身好奇心探索世界，將人群實(shí)際需求與系統(tǒng)需求進(jìn)行對比衡量，用生態(tài)學(xué)來指導(dǎo)實(shí)踐，達(dá)到人、自然、生態(tài)環(huán)境整個(gè)有機(jī)系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一[16-17]。

5 結(jié)語

仿生設(shè)計(jì)系統(tǒng)由一定結(jié)構(gòu)形式、具有某種功能的微觀要素組合而成，同時(shí)仿生設(shè)計(jì)作為系統(tǒng)個(gè)體部分從屬于更龐大的宏觀系統(tǒng)。兒童家具仿生設(shè)計(jì)由以人為本轉(zhuǎn)化為以自然為本，力圖構(gòu)建開放互融、交流溝通的系統(tǒng)，探究人工與自然和諧發(fā)展的方法途徑。兒童家具的仿生設(shè)計(jì)應(yīng)更為關(guān)注與宏觀系統(tǒng)間的整體性關(guān)系，以系統(tǒng)科學(xué)化的思想作為基礎(chǔ)，注重仿生設(shè)計(jì)個(gè)體要素與相關(guān)因素的整體聯(lián)系性，而不是只關(guān)注其中某一要素。