吳 為, 徐 偉,2*
(1.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院,江蘇 南京 210037;2.南京林業(yè)大學(xué)智庫(kù)林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心,江蘇 南京 210037)
榫卯結(jié)構(gòu)傳承至今,一直被國(guó)人乃至世界所鐘愛。當(dāng)下大批量工業(yè)化生產(chǎn)是各行業(yè)都比較推崇的生產(chǎn)方式,因此對(duì)于榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)代化設(shè)計(jì)是當(dāng)代設(shè)計(jì)師必須要做的事情。近年來,人類的生態(tài)文化觀念開始轉(zhuǎn)變,意識(shí)到無節(jié)制地使用自然資源,無限制地追求物質(zhì)享受,焚林而田,竭澤而漁的思想觀念已不合時(shí)宜,最終人類反受其害,陷入嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)和環(huán)境危機(jī)[1]。在綠色設(shè)計(jì)新要求下,對(duì)于現(xiàn)代榫卯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)趨向于減少五金零部件,簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),而且木材本身作為一種天然的材料,還應(yīng)盡可能使用純木材。隨著社會(huì)的發(fā)展人們生活質(zhì)量的提高,人們更加追求家居裝飾簡(jiǎn)約性、實(shí)用性和舒適性的完美結(jié)合,特別是與人們?nèi)粘I钕⑾⑾嚓P(guān)的座椅,目前大多數(shù)的家具使用螺釘?shù)裙潭?,不但不易運(yùn)輸和拆裝,而且容易損壞,因此需要提出一種用于座椅上的椅腿與橫棖、座面連接的榫卯結(jié)構(gòu),通過椅腿、橫棖和座面間的榫頭、榫槽相互配合,實(shí)現(xiàn)椅腿與橫棖、座面的穩(wěn)定連接,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可拆裝,方便平板化包裝及運(yùn)輸,實(shí)現(xiàn)流水線加工,提高工業(yè)化生產(chǎn)效率[2]。
人們很早就意識(shí)到在設(shè)計(jì)中加入綠色理念的重要性,20世紀(jì)60年代,美國(guó)設(shè)計(jì)理論家維克多·帕帕奈克的專著《為真實(shí)世界而設(shè)計(jì)》[3]中就強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)要與生態(tài)保護(hù)聯(lián)系起來。
綠色設(shè)計(jì)(green design)也稱生態(tài)設(shè)計(jì)(ecological design)、環(huán)境設(shè)計(jì)(design for environment)、環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì)(environment conscious design)[4],簡(jiǎn)化為“4R原則”,即減量化(reduce)、再利用(reuse)、再循環(huán)(recycle)、再生(regenerate)。強(qiáng)調(diào)的是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的“從搖籃到再生”,在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期里重點(diǎn)關(guān)注可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性等環(huán)境屬性[5],在不放棄產(chǎn)品的性能、壽命、質(zhì)量等要求的前提下,實(shí)現(xiàn)材料、能源消耗和有害物質(zhì)排放的最小化。
減量化原則是綠色設(shè)計(jì)的核心,指導(dǎo)思想是保護(hù)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,核心思想是物盡其用,是目前實(shí)現(xiàn)全生命周期綠色設(shè)計(jì)最有效的方法之一。其通過減少物料的重量、面積和數(shù)量,減少原材料和能源投入,以實(shí)現(xiàn)既定的生產(chǎn)目標(biāo)或消費(fèi)目標(biāo),使生產(chǎn)、流通、消費(fèi)和使用過程節(jié)能化,從源頭減少進(jìn)入生產(chǎn)和消費(fèi)環(huán)節(jié)的物質(zhì)和能量流,從而節(jié)約資源,減少污染,使造型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約化的同時(shí),仍要保證產(chǎn)品和功能的合理性、結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性,盡可能延長(zhǎng)使用壽命[6]。
在產(chǎn)品的全生命周期中,減量化原則的應(yīng)用主要從簡(jiǎn)化產(chǎn)品、縮短時(shí)間、包裝運(yùn)輸優(yōu)化和簡(jiǎn)化組裝步驟4個(gè)方面入手。
如今在常見的家居產(chǎn)品中很難見到一些結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的榫卯,一方面是部分榫卯結(jié)構(gòu)的裝飾性強(qiáng)于功能性,在兩種結(jié)構(gòu)具有同等接合強(qiáng)度的情況下,裝飾性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)自然需要拋棄;另一方面,在當(dāng)下追逐利益而尋求快速的工業(yè)生產(chǎn)背景下,不適合機(jī)械化批量生產(chǎn)的榫卯結(jié)構(gòu),自然應(yīng)該被減少使用甚至淘汰。抱肩榫如圖1所示,粽角榫如圖2所示,粽角榫的5個(gè)部件之間互相穿插需要7個(gè)卯眼,這7個(gè)卯眼大小、深度和造型均不同,這就需要7個(gè)與卯眼對(duì)應(yīng)的榫頭[7-8],結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,制作過程繁復(fù)。因此,像此類榫卯結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行簡(jiǎn)約化改進(jìn),以縮短設(shè)計(jì)周期,簡(jiǎn)化工藝流程,實(shí)現(xiàn)加工、包裝、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的節(jié)能。
圖1 抱肩榫
圖2 粽角榫
傳統(tǒng)榫卯由純手工制作,非常耗時(shí),且在現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)水平下,仍有許多榫卯結(jié)構(gòu)的制作時(shí)間較長(zhǎng),這就增加了能源的消耗和碳足跡的產(chǎn)生。如圖2所示粽角榫的外形,榫頭相接面為45°的傾角,內(nèi)部細(xì)節(jié)復(fù)雜、繁瑣[9]。此類榫卯一般用于中式古典家具,而現(xiàn)代中式家具除非外形需要,家居企業(yè)一般很少會(huì)使用或?qū)⒄w式榫卯制作成分體式榫卯,現(xiàn)代機(jī)械在1~2次加工程序內(nèi)也很難完成此類復(fù)雜的榫卯結(jié)構(gòu),加工周期必然會(huì)延長(zhǎng),從而導(dǎo)致成本大幅增加,手工制作的成本就更高了[10]。而且此類榫卯結(jié)構(gòu)一般使用CNC數(shù)控機(jī)床,設(shè)備昂貴,國(guó)內(nèi)很多家具廠家無法承擔(dān)。因此在保證美觀和功能的同時(shí),應(yīng)優(yōu)化零部件的數(shù)量與尺度,縮小或省去不承重或作用小的零部件,縮短原材料制備工序,減少產(chǎn)品加工工序,節(jié)約產(chǎn)品加工和拼裝時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。
部分榫卯不適于當(dāng)下產(chǎn)品的原因是不具有可拆裝性,只能采用整體組裝運(yùn)輸,并且異形件和大件家具運(yùn)輸所占的空間和擺放都存在問題,運(yùn)輸成本高??刹鹧b的榫卯結(jié)構(gòu)更適合當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì),其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)理念,不僅可以實(shí)現(xiàn)零部件的可替換性,節(jié)約加工過程中的勞動(dòng)力消耗,提高生產(chǎn)效率,最大程度節(jié)約資源,而且可采用平板包裝,降低物流成本,節(jié)省家具產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)空間,方便運(yùn)輸與儲(chǔ)存[11-13]。
降低家居產(chǎn)品的組裝難度,使產(chǎn)品更易安裝不僅是減量化的要求,通過此方法可以有效減少碳足跡,而且使用戶參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中來,增加體驗(yàn)感,也是以人為本設(shè)計(jì)的要求。以往的家居產(chǎn)品都需要專業(yè)人士制作、安裝,對(duì)于消費(fèi)者和賣家將會(huì)是另一種麻煩。而且市面上大部分DIY家居產(chǎn)品五金零部件多,雖可由用戶自行組裝,但極其耗時(shí),而且缺少專業(yè)安裝知識(shí)和熟練操作技能的用戶在組裝復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)也并非是件易事。因此,家居產(chǎn)品進(jìn)行可拆裝設(shè)計(jì)時(shí),還需考慮產(chǎn)品組裝簡(jiǎn)易化,使用盡可能少的零部件,組裝過程需要盡可能少的安裝步驟,使得拆裝形式簡(jiǎn)潔明了以提高安裝速度和安裝效率,節(jié)約人員的使用[14-15]。
宜家的LISABO系列產(chǎn)品把減量化原則應(yīng)用到了極致,受楔形榫釘啟發(fā),桌腿整體就是一個(gè)楔釘,裝配速度可提高80%,縮短裝配時(shí)間,且無需鐵釘和膠,可以手動(dòng)安裝且無需借助工具,其可拆裝的特點(diǎn)不僅便于運(yùn)輸,而且可以為用戶增加裝配的樂趣,這正是對(duì)榫卯結(jié)構(gòu)拆裝便捷性的體現(xiàn)[16-17]。宜家的LISABO系列產(chǎn)品如圖3所示。
圖3 LISABO系列產(chǎn)品
在綠色設(shè)計(jì)的減量化要求下,為實(shí)現(xiàn)流水線加工,設(shè)計(jì)了一種用于椅腿、橫棖與座面連接的榫卯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[18]。通過優(yōu)化榫卯結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料,提高工業(yè)化生產(chǎn)效率,同時(shí)采用榫卯的自鎖保證榫卯具有足夠的結(jié)合強(qiáng)度和各方向上的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,重新設(shè)計(jì)一種自鎖的現(xiàn)代壓條榫結(jié)構(gòu)。
如圖4所示,包括椅腿A、橫棖一B、橫棖二C和座面D。椅腿A的橫截面、橫棖一B的縱截面和橫棖二C的縱截面均為40 mm × 40 mm方形。其中椅腿A的頂端設(shè)有橫截面為方形的榫頭一A-1和榫頭二A-2,兩榫頭位于椅腿A頂端的兩個(gè)對(duì)角位置,兩榫頭尺寸相同,長(zhǎng)度、寬度和高度分別為12 mm、12 mm和60 mm。
橫棖一B的一端開設(shè)有用于與榫頭一A-1匹配的榫槽一B-1以及橫截面為梯形的榫槽二B-2,榫槽二B-2深度為40 mm,梯形橫截面的上底邊長(zhǎng)I為12 mm,其中一個(gè)腰與下底之間的夾角為70°,與橫棖二C上的榫頭三C-1的形狀和尺寸相同。
橫棖二C的一端設(shè)有用于與榫槽二B-2匹配的榫頭三C-1,榫頭三C-1上開設(shè)有用于與榫頭二A-2匹配的榫槽三C-2,如圖4b所示。所述座面D上開設(shè)有用于分別與榫頭一A-1和榫頭二A-2匹配的榫槽四D-1和榫槽五D-2,兩榫頭尺寸相同,長(zhǎng)度、寬度和深度分別為12 mm、12 mm和20 mm。橫棖一B上的榫槽一B-1與橫棖二C上的榫槽三C-2尺寸相同,長(zhǎng)度、寬度和深度分別為12 mm、12 mm和40 mm。
橫棖一B的榫槽一B-1與椅腿A的榫頭一A-1插接,橫棖一B的榫槽二B-2與橫棖二C的榫頭三C-1插接,橫棖二C的榫槽三C-2與椅腿A的榫頭二A-2插接,橫棖一與橫棖二形成自鎖配合擠緊。座面D的榫槽四D-1與椅腿A的榫頭一A-1插接,座面D的榫槽五D-2與椅腿A的榫頭二A-2插接,橫棖一B、橫棖二C和椅腿A均位于座面D下方。
中國(guó)傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了豐富而深刻的設(shè)計(jì)思想,其和諧的設(shè)計(jì)思想使現(xiàn)代產(chǎn)品更具文化內(nèi)涵。伴隨著對(duì)綠色設(shè)計(jì)理念的重視,木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛,現(xiàn)代榫卯結(jié)構(gòu)的承載力也隨之提高,與傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)相比,在造型上也能更好地融合到現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)中。但現(xiàn)代榫卯結(jié)構(gòu)的綠色設(shè)計(jì)發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)亟待改進(jìn)和創(chuàng)新。為此,提出了一種用于椅腿、橫棖與座面連接自鎖型壓條榫結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于裝配、零部件加工簡(jiǎn)單,便于家具企業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和平板包裝,為可拆裝實(shí)木椅凳結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供參考。