移植法對(duì)設(shè)計(jì)的作用
——以熱力學(xué)熵定律為例

呂瀟然 冷先平*

設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造的過(guò)程，與人的思維邏輯密不可分，設(shè)計(jì)師的思維方式?jīng)Q定了設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程和最終的設(shè)計(jì)結(jié)果。移植設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)思維中的一種設(shè)計(jì)方式，通過(guò)學(xué)科縱向或橫向交叉，將不同手段和邏輯植入設(shè)計(jì)之中，目的在于突破固有思維模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而取得創(chuàng)新性成果。本文將分層次全面論述如何進(jìn)行移植設(shè)計(jì)。

1 移植的定義與范疇

移植一詞從最開(kāi)始的植物學(xué)范疇引申到生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)械制造以及自動(dòng)化工程領(lǐng)域等。科學(xué)范疇的移植包括植物學(xué)范疇的植物移栽、生命科學(xué)范疇的器官移植、計(jì)算機(jī)科學(xué)范疇的源代碼移植等。

2 移植與設(shè)計(jì)

當(dāng)移植概念從科學(xué)范疇引申到設(shè)計(jì)學(xué)范疇時(shí)，指將已有的成果或者思想運(yùn)用于新的設(shè)計(jì)對(duì)象，使用一種新的設(shè)計(jì)方法、方式、理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而取得創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)成果。經(jīng)過(guò)初期的項(xiàng)目調(diào)研和數(shù)據(jù)分析之后，便可以引入移植設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)項(xiàng)目的形態(tài)、色彩、結(jié)構(gòu)、材料、原理入手并采取不同的方法進(jìn)行移植設(shè)計(jì)，達(dá)到創(chuàng)新的目的。

2.1 移植設(shè)計(jì)的類(lèi)型

移植設(shè)計(jì)的類(lèi)型多種多樣，總體分為精神和物質(zhì)2 個(gè)層面。物質(zhì)層面包括形態(tài)移植、色彩移植、結(jié)構(gòu)移植及材料移植；精神層面主要為原理移植，或理解為思維、理念的移植，如改變?cè)O(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)理念等。在移植設(shè)計(jì)時(shí)，需選擇合適的類(lèi)型，以獲得較好的效果。

2.1.1 形態(tài)移植

形態(tài)移植是指將對(duì)象A 的外形應(yīng)用到對(duì)象B 的設(shè)計(jì)之中，通過(guò)再設(shè)計(jì)整合兩種形態(tài)，講求各個(gè)設(shè)計(jì)元素之間的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。站在使用對(duì)象的角度，所有移植設(shè)計(jì)的方式中，形態(tài)移植是最直觀的方式，可直接被使用者所感知。例如，在日常生活中，方糖因?yàn)槎慷ㄈ菔址奖?，相?duì)散裝砂糖更受消費(fèi)者喜愛(ài)，擁有更好的銷(xiāo)量。在日本東京“無(wú)印良品”第二屆設(shè)計(jì)大賽中，設(shè)計(jì)師利用該原理將方糖的形態(tài)植入鹽的生產(chǎn)過(guò)程中，將散裝鹽變成方形鹽塊，方便消費(fèi)者定量食用，且能帶來(lái)全新的感官體驗(yàn)。

2.1.2 色彩移植

色彩移植是指將其他事物具有鮮明特點(diǎn)的色彩移植到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，創(chuàng)造別出心裁的設(shè)計(jì)品，達(dá)到改善功能或吸引使用者的目的。例如，在產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)中，黑白奶牛斑紋本是牛奶產(chǎn)品的經(jīng)典包裝配色，而設(shè)計(jì)師為了凸顯產(chǎn)品的綠色無(wú)污染，使消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)時(shí)有“無(wú)污染”“安全”“放心”的直觀感受，將代表自然環(huán)保的“綠色”植入黑白奶牛斑紋中，形成綠色奶牛斑紋的包裝設(shè)計(jì)，給人煥然一新的感受。

從圖4可以看出，3種巖石單軸壓縮過(guò)程中應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)特征有所不同，在單軸壓縮過(guò)程中應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)可分為壓密、彈性、屈服和破壞4個(gè)階段。在加載初期曲線(xiàn)呈下凹，隨著載荷增加試樣內(nèi)部原始節(jié)理、裂隙不斷閉合曲線(xiàn)斜率不斷增加，稱(chēng)為壓密階段。當(dāng)載荷繼續(xù)增加時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)大致呈線(xiàn)性進(jìn)入彈性階段。當(dāng)繼續(xù)增加載荷達(dá)到試樣內(nèi)部強(qiáng)度較低材料強(qiáng)度時(shí)開(kāi)始屈服，此時(shí)曲線(xiàn)將偏離直線(xiàn)向下偏轉(zhuǎn)進(jìn)入屈服階段。一旦應(yīng)力達(dá)到試樣的承載極限時(shí)，試樣內(nèi)部出現(xiàn)宏觀滑移破壞，載荷隨壓縮變形增加而逐漸降低。

又如，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)設(shè)計(jì)非黑即白，給使用者刻板、沉悶的印象。德國(guó)鍵盤(pán)制造廠商CHERRY 推出多種鍵盤(pán)系列，這些系列的鍵帽顏色豐富多彩，深受消費(fèi)者青睞。其中最具有代表性的是“彩虹”鍵帽和“布丁”鍵帽系列，分別將自然元素和食物色彩植入鍵帽設(shè)計(jì)中，配以彩色鍵盤(pán)燈光，帶來(lái)奇特的視覺(jué)體驗(yàn)和新奇的使用感。

2.1.3 結(jié)構(gòu)移植

結(jié)構(gòu)移植是指在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)把對(duì)象A具有優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到對(duì)象B 中進(jìn)行重組，形成具有新結(jié)構(gòu)的對(duì)象C。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)移植時(shí)，需要注意以下2 點(diǎn)。

（1）以A 事物本身所存在的問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，尋找合理的結(jié)構(gòu)B 進(jìn)行移植。

（2）需要廣泛選取結(jié)構(gòu)移植對(duì)象，被移植對(duì)象的范圍除了同類(lèi)事物、同一學(xué)科門(mén)類(lèi)之間的縱向移植，還應(yīng)留意不同事物、不同學(xué)科專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域之間的橫向交叉。

談到結(jié)構(gòu)移植，不得不提到仿生學(xué)。仿生學(xué)與其說(shuō)是一門(mén)學(xué)科不如說(shuō)是一門(mén)方法，其通過(guò)移植自然結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，日本新干線(xiàn)列車(chē)將翠鳥(niǎo)喙部獨(dú)特的流線(xiàn)型結(jié)構(gòu)應(yīng)用于車(chē)頭設(shè)計(jì)，使列車(chē)高速行駛時(shí)的空氣阻力減少13%，從而整體提速10%，節(jié)能15%。由此可見(jiàn)，合理且適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)移植不僅可以修復(fù)現(xiàn)有對(duì)象存在的設(shè)計(jì)缺陷和問(wèn)題，還能夠在融合兩事物優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，克服自身缺陷，從而設(shè)計(jì)出具有新結(jié)構(gòu)的新事物。

2.1.4 材料移植

所謂材料移植，并不是憑空創(chuàng)造或生產(chǎn)一種新型材料，而是從更新產(chǎn)品、改良性能、節(jié)約資源、降低成本的角度出發(fā)將產(chǎn)品A 的材料移植到產(chǎn)品B 的結(jié)構(gòu)中，從而創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出產(chǎn)品C。然而，將現(xiàn)有設(shè)計(jì)品材料不經(jīng)任何加工直接應(yīng)用于新產(chǎn)品的方式，只能稱(chēng)為材料借用而并非材料移植，對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行加工且首應(yīng)用于該類(lèi)產(chǎn)品的過(guò)程才能稱(chēng)為材料移植。材料的差異可以用來(lái)塑造不同的產(chǎn)品形態(tài)和體驗(yàn)，使同類(lèi)產(chǎn)品產(chǎn)生差異化和創(chuàng)新性。

縱觀家具設(shè)計(jì)史，木材曾是家具最早且最普遍使用的材料。由于傳統(tǒng)家具過(guò)于笨重、龐大，功能單一，逐漸不能滿(mǎn)足使用者的需求，于是20 世紀(jì)出現(xiàn)了第一批設(shè)計(jì)大師，他們將新時(shí)代的工業(yè)技術(shù)和審美觀念相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了適應(yīng)新時(shí)代需求的家具產(chǎn)品。1925 年，馬歇爾·拉尤斯·布勞耶設(shè)計(jì)的瓦西里鋼管椅，是將彎曲的鋼管這種充滿(mǎn)新意的材料植入家具設(shè)計(jì)中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木材，該作品對(duì)新材料的移植應(yīng)用啟示了無(wú)數(shù)設(shè)計(jì)師。在現(xiàn)代社會(huì)，材料的移植設(shè)計(jì)也十分常見(jiàn)，如陶瓷編鐘、瓷勛、瓷笛就是陶瓷材料移植到樂(lè)器上的體現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)手法不僅豐富了樂(lè)器種類(lèi)，也創(chuàng)造出了獨(dú)特的樂(lè)器音色。

2.1.5 原理移植

原理移植也可以理解為思維、理念的移植。在所有移植設(shè)計(jì)的方式中，該方式難度最大，但往往呈現(xiàn)出乎意料的效果以及巨大的創(chuàng)新性。英國(guó)科學(xué)家貝弗里奇曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，移植思維是科學(xué)發(fā)展的重要方法，重大發(fā)現(xiàn)和科學(xué)成果往往來(lái)自于移植。該觀點(diǎn)不僅僅局限于科學(xué)領(lǐng)域，不同學(xué)科、領(lǐng)域之間的思想、原理也同樣適用，可通過(guò)聯(lián)想、類(lèi)比找到事物共同點(diǎn)并以此為切入點(diǎn)進(jìn)行理念上的移植設(shè)計(jì)[2]。

例如，著名建筑設(shè)計(jì)師扎哈·哈迪德在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常將數(shù)學(xué)的抽象幾何原理植入建筑設(shè)計(jì)中，將高等數(shù)學(xué)、抽象化以及曲面等高難度概念與解構(gòu)主義相結(jié)合，從而設(shè)計(jì)出驚為天人的作品。拓?fù)鋵W(xué)被稱(chēng)為橡皮膜的幾何學(xué)，封閉曲面的拓?fù)鋸?fù)雜程度由虧格決定，扎哈·哈迪德曾在作品設(shè)計(jì)過(guò)程中追求數(shù)學(xué)理念上的拓?fù)渫黄?，并在設(shè)計(jì)廣東省廣州歌劇院時(shí)引入了數(shù)學(xué)中“凸體幾何”的設(shè)計(jì)概念。該方案靈感來(lái)源于卵石在河谷中被侵蝕的過(guò)程，是一種對(duì)城市文脈的探索，同時(shí)也是不同學(xué)科、不同領(lǐng)域原理的創(chuàng)新性移植范例。

2.2 移植設(shè)計(jì)的方法

移植設(shè)計(jì)的方法包括技術(shù)移植、橫向移植、縱向移植、綜合移植等。技術(shù)移植是指將其他學(xué)科、領(lǐng)域內(nèi)的新科技與技術(shù)運(yùn)用到產(chǎn)品本身或制作過(guò)程中；橫向和縱向移植是指不同學(xué)科門(mén)類(lèi)、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域以及相同學(xué)科門(mén)類(lèi)、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域之間的移植；綜合移植是指綜合以上幾種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)移植，這就需要設(shè)計(jì)者具有一定的整合能力，運(yùn)用多種移植方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 熱力學(xué)熵定律在設(shè)計(jì)中的移植應(yīng)用

下面以熱力學(xué)熵定律為例，探討不同學(xué)科原理在設(shè)計(jì)中的移植。熵本是物理學(xué)中熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱現(xiàn)象不可逆的物理學(xué)概念，隨著其揭示的熱機(jī)原理被人們普遍接受，后來(lái)該概念又被移植到信息學(xué)、哲學(xué)、生命科學(xué)、社會(huì)學(xué)以及經(jīng)濟(jì)學(xué)等不同學(xué)科與領(lǐng)域。

3.1 熵的概念

熵是熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一，用符號(hào)S 表示，是體系混亂程度的度量。1850 年，德國(guó)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家魯?shù)婪颉た藙谛匏乖谄湔撐闹惺状蚊鞔_指出熱力學(xué)第二定律的基本概念，每當(dāng)能量從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化到另一種狀態(tài)，就會(huì)得到一定“懲罰”，這種懲罰就是損失了能在將來(lái)用于做某種功的一定能量。1865 年，魯?shù)婪颉た藙谛匏褂痔岢鲮氐母拍?，即熵是?duì)熱系統(tǒng)熱平衡程度的量度，或者說(shuō)是對(duì)非自由能狀態(tài)的量度，是不能再被轉(zhuǎn)化為做功的能量總和的測(cè)定單位。1923 年，我國(guó)物理學(xué)家胡剛復(fù)將entropie 譯為“熵”；阿爾伯特·愛(ài)因斯坦認(rèn)為熵是科學(xué)界第一理論法則。

一切真實(shí)發(fā)生的自然過(guò)程均為不可逆的熵增過(guò)程，在一個(gè)孤立的系統(tǒng)中，沒(méi)有外力及能量的作用下，整個(gè)系統(tǒng)最終走向穩(wěn)定、無(wú)差別、無(wú)變化。當(dāng)人們將整個(gè)宇宙看作一個(gè)孤立系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)最終會(huì)走向穩(wěn)定，向平衡狀態(tài)發(fā)展，一切不對(duì)稱(chēng)和不平衡分布的狀態(tài)終將消失，最終走向生命的終點(diǎn)— —回歸寂寥[3]。

克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)是通信領(lǐng)域的創(chuàng)始人，他將熵的概念移植到信息論中，用信息熵來(lái)描述信息源的不確定程度。在信息論中，獲取信息使系統(tǒng)趨向有序，系統(tǒng)吸收負(fù)熵；丟失信息使系統(tǒng)趨向無(wú)序，系統(tǒng)熵量增加。總體來(lái)看，負(fù)熵有利于系統(tǒng)趨向平衡與發(fā)展，生命作為個(gè)體生物系統(tǒng)從環(huán)境中吸取負(fù)熵得以存續(xù)。熵原理說(shuō)明，任何一個(gè)自然進(jìn)程中建立良好的負(fù)熵系統(tǒng)可以促使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，非物質(zhì)設(shè)計(jì)以及低熵化設(shè)計(jì)可以為設(shè)計(jì)進(jìn)程提供目標(biāo)與思路。

3.2 將熵的概念引入設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)研究的發(fā)展和認(rèn)識(shí)的不斷深入，作為物理學(xué)概念的熵早已滲透到社會(huì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，涉及信息論、控制論、哲學(xué)以及經(jīng)濟(jì)學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域[4]。將熵的物理學(xué)概念移植到設(shè)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的熵化現(xiàn)象反映了理性主義被逐步僵化的設(shè)計(jì)理念所限制，造成視覺(jué)心理不平衡，從而走向衰敗。

尼采說(shuō)，生命僵死之處，必有法則堆積。大部分事物的衰敗都是由于長(zhǎng)期故步自封以及迂腐的法則使得整個(gè)系統(tǒng)缺少外部刺激與活力，逐步走向平衡導(dǎo)致達(dá)到“最大熵”。若想使系統(tǒng)恢復(fù)活力，則整個(gè)系統(tǒng)要對(duì)抗熵增；若想對(duì)抗熵增，則需引入耗散結(jié)構(gòu)。由于耗散結(jié)構(gòu)具有不平衡性和開(kāi)放性，可使系統(tǒng)減熵，因此設(shè)計(jì)時(shí)可以將該結(jié)構(gòu)原理移植到設(shè)計(jì)作品中。

例如，理性主義難以克服自身程式化嚴(yán)重以及設(shè)計(jì)手法單一、枯燥、缺乏人情味的缺陷，從而日趨衰敗。如果經(jīng)常使用同樣的設(shè)計(jì)方式和手段去設(shè)計(jì)不同的作品，將導(dǎo)致設(shè)計(jì)內(nèi)容程式化、模塊化嚴(yán)重，設(shè)計(jì)作品大同小異，逐步走向熵增。通過(guò)植入耗散結(jié)構(gòu)原理，打開(kāi)理性主義設(shè)計(jì)封閉的“匣子”，引入非理性主義這種新的不平衡能量，為設(shè)計(jì)作品注入活力，使得理性主義得以重生[5]。

3.3 熵化設(shè)計(jì)案例

解構(gòu)主義構(gòu)建了非理性主義熵化秩序，是藝術(shù)熵化的體現(xiàn)。在藝術(shù)設(shè)計(jì)界，解構(gòu)主義發(fā)端于建筑，其重要代表人物為荷蘭著名的建筑設(shè)計(jì)師雷姆·庫(kù)哈斯。隨著當(dāng)代建筑和其他藝術(shù)的相互滲透、相互影響，解構(gòu)主義很快進(jìn)入服裝設(shè)計(jì)、平面設(shè)計(jì)以及工業(yè)設(shè)計(jì)等其他藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

美國(guó)著名平面設(shè)計(jì)師戴維·卡森被評(píng)選為“美國(guó)過(guò)去20 年最具有創(chuàng)造力的人物”之一，其平面作品展現(xiàn)出類(lèi)似自然界物質(zhì)衰敗所呈現(xiàn)的熵化過(guò)程。隨著現(xiàn)代主義、國(guó)際主義風(fēng)格在建筑界的流行，理性主義設(shè)計(jì)逐漸進(jìn)入平面設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及雕塑設(shè)計(jì)等各個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，簡(jiǎn)潔、理性、統(tǒng)一的設(shè)計(jì)成為千篇一律的設(shè)計(jì)模板。就在此時(shí)，卡森作品展示出超時(shí)代的先驅(qū)性，風(fēng)格激進(jìn)、手段獨(dú)特，打破常規(guī)對(duì)于理性設(shè)計(jì)的定義，以往設(shè)計(jì)中充滿(mǎn)平衡和精確性的構(gòu)成主義消失不見(jiàn)。卡森重新解構(gòu)圖片和文字，以顛倒的順序和殘破的形式取而代之，各種元素?zé)o規(guī)律、無(wú)邏輯、跳躍式的浮現(xiàn)于紙面，甚至在印刷過(guò)程中滴落的油墨也成為別具一格的設(shè)計(jì)特征，這在當(dāng)時(shí)是開(kāi)拓性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，取得了巨大的反響?？ㄉ瓱o(wú)疑是非理性主義的先驅(qū)，他的設(shè)計(jì)打破了理性主義僵化的思維模式并為其注入了新鮮血液，使得理性主義重獲新生。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)代設(shè)計(jì)師可通過(guò)學(xué)科縱向或橫向交叉將不同手段和邏輯植入設(shè)計(jì)中，突破固有模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而取得創(chuàng)新性成果。這其中包括不同產(chǎn)品形態(tài)、結(jié)構(gòu)、色彩、材料、原理各部分的移植，也包括不同研究領(lǐng)域理念的植入，應(yīng)努力探索多領(lǐng)域及交叉學(xué)科，接觸不同學(xué)科的先進(jìn)思維和理念，突破思維禁錮，使設(shè)計(jì)作品擁有更多可能性。