燕尾榫在現(xiàn)代家具設(shè)計中的應(yīng)用研究

徐偉 陳于書

摘要：本文從國家政策大方向出發(fā)，引出現(xiàn)代家具設(shè)計中應(yīng)用燕尾榫結(jié)構(gòu)的可行性，再對現(xiàn)有的關(guān)于燕尾榫結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)行闡述和探究，其中包括傳統(tǒng)家具中燕尾榫使用、燕尾榫的力學(xué)性能以及燕尾榫的創(chuàng)新應(yīng)用，并對其進(jìn)行一定的歸納和總結(jié)，最后提出燕尾榫未來的研究方向，即新型燕尾榫的創(chuàng)新、新材質(zhì)燕尾榫的應(yīng)用與燕尾榫在模塊化設(shè)計中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：燕尾榫;榫卯;力學(xué)性能;現(xiàn)代家具

中圖分類號：TS664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）10-0-02

燕尾榫是傳統(tǒng)家具中不可或缺的榫卯連接方式，它結(jié)構(gòu)巧妙、外觀精美，大木作房屋或小木作家具中都會使用到這種連接結(jié)構(gòu)，它甚至常常在箱柜抽屜中的明扣或暗扣結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)。目前，燕尾榫已經(jīng)被用于建筑設(shè)計、家具設(shè)計、兒童玩具設(shè)計、裝飾等方面。根據(jù)燕尾榫的相關(guān)研究可以看到政治、學(xué)術(shù)等多方面的因素都在推動燕尾榫在家具設(shè)計中的應(yīng)用。

近年來，我國領(lǐng)導(dǎo)人多次在重要會議上指出，我國正處于百年未有之大變局，并且逐漸開始形成以國內(nèi)大循環(huán)為主國內(nèi)國際雙循環(huán)為輔的新發(fā)展格局。2019年引發(fā)的《制造業(yè)設(shè)計能力提升專項(xiàng)行動計劃（2019-2022年）》中提出，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)設(shè)計升級，在消費(fèi)品領(lǐng)域支持玩具家電、家具等設(shè)計創(chuàng)新。家具行業(yè)有與其他行業(yè)的相似之處，同時也有完全不同于其他行業(yè)的獨(dú)特屬性。這就表明任何盲目模仿或照搬其他行業(yè)的做法都是不可取的，也是無法成功的[1]。許柏鳴教授在搜狐焦點(diǎn)家居中提出在經(jīng)濟(jì)全球化背景下，中國的家具產(chǎn)業(yè)要想登上世界舞臺，擁有屬于自己的一席之地，就必須兼顧以下四點(diǎn)：一是設(shè)計水平達(dá)到國際化水準(zhǔn)且具有時尚性;二是蘊(yùn)含獨(dú)特的東方韻味;三是細(xì)節(jié)與功能要呈現(xiàn)智能化趨勢;四是知名中國品牌的創(chuàng)立。

燕尾榫的相關(guān)工藝主要包括三類：一是木材的簡單拼接，二是修復(fù)或修補(bǔ)裂紋，三是板端連接?；诖?，人們開始在前人的基礎(chǔ)上對于燕尾榫等榫卯結(jié)構(gòu)展開一系列的學(xué)術(shù)研究，包括最佳角度、加工方式等，還包括如何將燕尾榫等結(jié)構(gòu)運(yùn)用與現(xiàn)代家具設(shè)計中。許柏鳴教授提出，在現(xiàn)代家具的設(shè)計中要繼承發(fā)展中國的傳統(tǒng)文化，將人體工學(xué)、現(xiàn)代工程力學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的知識融會貫通，并與傳統(tǒng)家具的設(shè)計思想與方法相結(jié)合，在現(xiàn)在的家具設(shè)計體系的基礎(chǔ)上提出傳統(tǒng)家具現(xiàn)代化改造的方法。一是品種擴(kuò)充;二是工業(yè)化設(shè)計改造;三是提煉明式家具中的有型元素進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)計;四是不拘泥于傳統(tǒng)家具外在形式并進(jìn)行創(chuàng)新[2]。但目前相關(guān)學(xué)術(shù)研究關(guān)于燕尾榫的諸多設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新的許多領(lǐng)域仍處于空白狀態(tài)。因此，如何將傳統(tǒng)燕尾榫結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、如何將燕尾榫結(jié)構(gòu)合理融入現(xiàn)代家具設(shè)計、如何開發(fā)燕尾榫結(jié)構(gòu)新的表現(xiàn)形式等仍需進(jìn)一步探索。

1 研究內(nèi)容綜述

1.1 研究內(nèi)容

本文主要探究燕尾榫在現(xiàn)代家具設(shè)計中的應(yīng)用以及新型家具材料制成燕尾榫的可行性，并對相關(guān)的以燕尾榫為主要連接方式的創(chuàng)新設(shè)計進(jìn)行探究。

1.2 榫卯結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)文化探究

在榫卯結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)文化的深入探究與文化傳承方面，《木趣居：家具中的嘉具》中，伍嘉恩先生特意拆解了部分珍稀的明式家具，并對這些傳統(tǒng)家具內(nèi)部的榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了講解，還將其拍攝下來供人們觀賞和解密[3]。還有一本明式家具的著作《畫案·榫卯》，其作者陸林先生專注于明式家具的修繕研究，他將一件樣式珍稀的明式畫案進(jìn)行了拆解，揭秘一件畫案背后不為大眾所知的極其神秘的榫卯結(jié)構(gòu)。

1.3 燕尾榫的力學(xué)性能探究

目前，我國相關(guān)學(xué)者對燕尾榫等榫卯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及一些參數(shù)的探究主要集中于古代建筑的連接加固中的燕尾榫形式、傳統(tǒng)家具中的燕尾榫連接結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)代建筑和現(xiàn)代家具設(shè)計中對于榫卯結(jié)構(gòu)的應(yīng)用幾個方面，研究方法大致有理論分析與文獻(xiàn)法、試驗(yàn)法、數(shù)學(xué)模型模擬分析法三種。

燕尾榫等的力學(xué)性能探究的理論分析類的文獻(xiàn)相對較少，其中大部分是現(xiàn)代家具設(shè)計中榫卯結(jié)構(gòu)的抗彎彎矩、抗剪強(qiáng)度參數(shù)與榫頭處應(yīng)力等的計算與驗(yàn)證分析，并探究影響因素。它們具有一定的局限性，理論計算分析中的對象往往是簡化過的數(shù)學(xué)模型，研究對象也大多是較為常見的簡單的榫卯結(jié)構(gòu)。唐開軍對現(xiàn)代家具中幾種常用且易受損壞的榫卯連接方式在受載荷下的情況與受力分析進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上建立了量化計算的數(shù)學(xué)模型，同時還對方材與榫頭的厚度取值關(guān)系進(jìn)行了定義[4]。

燕尾榫等榫卯結(jié)構(gòu)涉及的力學(xué)性能試驗(yàn)方面的文獻(xiàn)相對較多，通過試驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)也更有說服力。燕尾榫結(jié)構(gòu)的接合強(qiáng)度的影響因素很多也很復(fù)雜[5]。節(jié)點(diǎn)處特性除了與材料密度、自身強(qiáng)度、尺寸、含水率、粘接強(qiáng)度等有關(guān)外，還和榫卯節(jié)點(diǎn)處的榫頭長度、寬度、整體規(guī)格等有很大的關(guān)系，甚至榫眼的位置與大小都會對其產(chǎn)生一定影響。相關(guān)學(xué)者通常采用單因素試驗(yàn)法，這樣可以在保證其他因素不變的情況下單獨(dú)研究某一影響因素對燕尾榫結(jié)構(gòu)的接合特性的影響。燕尾榫結(jié)構(gòu)接合強(qiáng)度試驗(yàn)主要包括對極限抗拔力強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度三者的試驗(yàn)。楊建福對不同參數(shù)燕尾榫的連接性能進(jìn)行了研究以探究達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的，他通過對榫卯節(jié)點(diǎn)的參數(shù)的設(shè)計提升燕尾榫連接的木結(jié)構(gòu)的整體性能[6]。坦納特通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燕尾榫部分尺寸增大，用自攻螺釘、用黏合層以及二者組合加固均能顯著提高RDJs的關(guān)節(jié)剛度[7]。

燕尾榫等榫卯結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型模擬分析大多是在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)下展開的研究，相較于試驗(yàn)法與理論分析法，數(shù)學(xué)模型分析法有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如模型參數(shù)調(diào)整方便、結(jié)論迅速且明確、計算精準(zhǔn)、可操作性強(qiáng)、效果直觀等。關(guān)于燕尾榫在家具與建筑應(yīng)用中的承載能力測試與損壞強(qiáng)度測試，國內(nèi)外對此也有一些相應(yīng)的研究。楊娜等采用分式析因設(shè)計與有限元模型測試得出了32組不同工況下的燕尾榫節(jié)點(diǎn)的極限彎矩承載力與初始轉(zhuǎn)動剛度的樣本值[8]。李義柱等使用ABAQUS軟件的有限元模型對拔榫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模分析，得出燕尾榫節(jié)點(diǎn)的彎矩與轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線圖和應(yīng)力分布情況[9]。胡文剛等對有限元模型方法的應(yīng)用情況進(jìn)行了總結(jié)，基于應(yīng)用現(xiàn)狀表達(dá)了對其在板式家具應(yīng)用的未來發(fā)展趨勢的展望[10]。陳春超等對燕尾榫連接在木材結(jié)構(gòu)中的彎曲性能進(jìn)行了全面研究，并且進(jìn)行了數(shù)值模擬根據(jù)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值數(shù)據(jù)，提出了一種簡化的力學(xué)模型來分析力矩與旋轉(zhuǎn)的關(guān)系[11]。從這些研究中可以看到，研究人員主要是在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)值模擬分析，主要采用的是有限元法。

1.4 燕尾榫等榫卯結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代家具設(shè)計中的優(yōu)化

隨著現(xiàn)代家具設(shè)計的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)建筑與家具中的榫卯結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法再滿足家具生產(chǎn)的需求，人們開始研究如何將燕尾榫等傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)改良等方法合理地融入現(xiàn)代家具。但總體來說，這一方面的相關(guān)研究仍然處于初步探索階段。王潔提出在傳承榫卯結(jié)構(gòu)形式的過程中需要克服其不符合現(xiàn)代家具設(shè)計要求的困難，深層次理解榫卯結(jié)構(gòu)的巧妙之處與內(nèi)涵，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行改變與創(chuàng)新，將其與現(xiàn)代家具有機(jī)結(jié)合。同時，應(yīng)用新技術(shù)、新材料與新生產(chǎn)工藝，遵循現(xiàn)代化家具的審美觀念，將傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、創(chuàng)新與再設(shè)計[12]。伍冰等基于俄國構(gòu)成主義設(shè)計理論提出結(jié)構(gòu)為主裝飾為輔的設(shè)計方法，為榫卯結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代家具設(shè)計的結(jié)合提供了新方向[13]。董華君等對傳統(tǒng)銀錠榫進(jìn)行了現(xiàn)代化的改良，并將其用于家具設(shè)計之中，完成了“縫紉”箱柜的設(shè)計[14]。如今，中國家具產(chǎn)業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，以及技術(shù)改革推陳出新、產(chǎn)品需求不斷提高、市場競爭日益尖銳的大環(huán)境[15]。傳統(tǒng)家具正處在瀕臨淘汰的困境，燕尾榫等榫卯結(jié)構(gòu)作為傳統(tǒng)家具中的主要連接方式之一，也面臨著這種困境。因此，將新技術(shù)、新材料等用于傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)中勢在必行。

2 研究評述

目前，國內(nèi)外有關(guān)燕尾榫在現(xiàn)代家具設(shè)計中的研究不是很多，也并不全面。力學(xué)性能方面的文獻(xiàn)研究主要集中在燕尾榫不同節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能研究、各種燕尾榫結(jié)構(gòu)抗拉與抗彎力學(xué)性能分析、新型燕尾榫的力學(xué)性能探究等方面。關(guān)于燕尾榫在現(xiàn)代家具中的創(chuàng)新應(yīng)用與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的探究主要包括燕尾榫加固方式的探究、燕尾榫為主要連接方式的家具設(shè)計方案以及對傳統(tǒng)燕尾榫形式與造型進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化。

綜上所述，國內(nèi)外關(guān)于燕尾榫在現(xiàn)代家具設(shè)計中的探究還存在很多不完善的地方。第一，缺少對不同材質(zhì)燕尾榫的各項(xiàng)性能參數(shù)探究，包括一些新材料的探究，因?yàn)槟壳艾F(xiàn)代家具已不再局限于木結(jié)構(gòu)，所以考慮應(yīng)該更加全面。第二，研究多為物理屬性的變量研究，比如密度、含水率、尺寸等，很少涉及一些化學(xué)變化的探究，比如木材使用后的腐蝕程度等。第三，現(xiàn)在的研究大多是針對榫卯結(jié)構(gòu)這個大范圍進(jìn)行的，但榫卯結(jié)構(gòu)種類繁多，因此研究缺乏針對性。

3 結(jié)語

目前，燕尾榫結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代家具設(shè)計中的運(yùn)用較少，但它無疑是一種極為巧妙的連接結(jié)構(gòu)，豐富其應(yīng)用形式不僅是對優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承，更是一種現(xiàn)代化的創(chuàng)新?；诖?，筆者認(rèn)為以下幾個方面會成為未來研究重點(diǎn)。

第一，新型燕尾榫連接形式的創(chuàng)新與應(yīng)用?，F(xiàn)有的研究大多都是針對傳統(tǒng)燕尾榫結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能與模型進(jìn)行的探究，很少涉及將燕尾榫基于現(xiàn)代化的思維進(jìn)行再設(shè)計。因此，要想進(jìn)一步延伸燕尾榫的研究，就要深入剖析傳統(tǒng)燕尾榫的連接特點(diǎn)與原理，從結(jié)構(gòu)出發(fā)，以傳統(tǒng)燕尾榫為基礎(chǔ)進(jìn)行重構(gòu)與設(shè)計，將其以新的形式呈現(xiàn)在現(xiàn)代家具上。但最重要的是對所做出的設(shè)計進(jìn)行驗(yàn)證，對連接節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析或者數(shù)值模型實(shí)證等，以探究它的合理性。

第二，探究新材質(zhì)燕尾榫的可行性。隨著重組竹、木塑復(fù)合材料、定向刨花板、天然纖維復(fù)合材料、3D彎曲木等新材質(zhì)逐漸被用于家具行業(yè)中，再加上一些3D打印材料的出現(xiàn)，現(xiàn)代家具也逐漸趨于多樣化與個性化。因此，燕尾榫的也不應(yīng)該只局限于傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)中，我們要探究新材質(zhì)燕尾榫的可行性。

第三，燕尾榫結(jié)構(gòu)在模塊化設(shè)計中的體現(xiàn)。模塊化設(shè)計屬于綠色設(shè)計方法的一個分支，如今它已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌虮挥糜谠O(shè)計中的方法，而榫卯結(jié)構(gòu)本身體現(xiàn)的就是產(chǎn)品拆裝的可逆性，這與現(xiàn)代家具中的模塊化設(shè)計思維不謀而合?，F(xiàn)有的模塊化設(shè)計考慮的多是簡約性，忽略產(chǎn)品的外在表現(xiàn)形式，而燕尾榫作為榫卯結(jié)構(gòu)中頗具代表性的一類，將其用于模塊化家具設(shè)計中，可以兼顧外在的裝飾性和結(jié)構(gòu)的巧妙性。因此，設(shè)計師可以對傳統(tǒng)燕尾榫結(jié)構(gòu)經(jīng)典案例進(jìn)行提煉與創(chuàng)新，將榫卯的巧妙結(jié)構(gòu)與模塊化設(shè)計的極簡風(fēng)格加以融合并應(yīng)用。

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作者簡介：徐偉（1997—），男，江蘇蘇州人，碩士在讀，研究方向：家具設(shè)計與工程。

陳于書（1972—），女，江蘇南京人，博士，教授，研究方向：家具設(shè)計與工程。