移植法對設(shè)計的作用
——以熱力學(xué)熵定律為例

呂瀟然 冷先平*

設(shè)計是一個創(chuàng)造的過程，與人的思維邏輯密不可分，設(shè)計師的思維方式?jīng)Q定了設(shè)計實踐過程和最終的設(shè)計結(jié)果。移植設(shè)計是設(shè)計思維中的一種設(shè)計方式，通過學(xué)科縱向或橫向交叉，將不同手段和邏輯植入設(shè)計之中，目的在于突破固有思維模式進(jìn)行設(shè)計，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。

1 移植的定義與范疇

移植一詞從最開始的植物學(xué)范疇引申到生命科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、機(jī)械制造以及自動化工程領(lǐng)域等?？茖W(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、計算機(jī)科學(xué)范疇的源代碼移植等。

2 移植與設(shè)計

當(dāng)移植概念從科學(xué)范疇引申到設(shè)計學(xué)范疇時，指將已有的成果或者思想運(yùn)用于新的設(shè)計對象，使用一種新的設(shè)計方法、方式、理念進(jìn)行設(shè)計，從而取得創(chuàng)新性的設(shè)計成果。經(jīng)過初期的項目調(diào)研和數(shù)據(jù)分析之后，便可以引入移植設(shè)計法進(jìn)行設(shè)計，從設(shè)計項目的形態(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，達(dá)到創(chuàng)新的目的。

2.1 移植設(shè)計的類型

移植設(shè)計的類型多種多樣，總體分為精神和物質(zhì)2 個層面。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，如改變設(shè)計方法、設(shè)計原理、設(shè)計理念等。在移植設(shè)計時，需選擇合適的類型，以獲得較好的效果。

2.1.1 形態(tài)移植

形態(tài)移植是指將對象A 的外形應(yīng)用到對象B 的設(shè)計之中，通過再設(shè)計整合兩種形態(tài)，講求各個設(shè)計元素之間的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。站在使用對象的角度，所有移植設(shè)計的方式中，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，方糖因為定量定容十分方便，相對散裝砂糖更受消費(fèi)者喜愛，擁有更好的銷量。在日本東京“無印良品”第二屆設(shè)計大賽中，設(shè)計師利用該原理將方糖的形態(tài)植入鹽的生產(chǎn)過程中，將散裝鹽變成方形鹽塊，方便消費(fèi)者定量食用，且能帶來全新的感官體驗。

2.1.2 色彩移植

色彩移植是指將其他事物具有鮮明特點的色彩移植到產(chǎn)品設(shè)計中，創(chuàng)造別出心裁的設(shè)計品，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)計師為了凸顯產(chǎn)品的綠色無污染，使消費(fèi)者在購買時有“無污染”“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，給人煥然一新的感受。

從圖4可以看出，3種巖石單軸壓縮過程中應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征有所不同，在單軸壓縮過程中應(yīng)力-應(yīng)變曲線可分為壓密、彈性、屈服和破壞4個階段。在加載初期曲線呈下凹，隨著載荷增加試樣內(nèi)部原始節(jié)理、裂隙不斷閉合曲線斜率不斷增加，稱為壓密階段。當(dāng)載荷繼續(xù)增加時應(yīng)力-應(yīng)變曲線大致呈線性進(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)度時開始屈服，此時曲線將偏離直線向下偏轉(zhuǎn)進(jìn)入屈服階段。一旦應(yīng)力達(dá)到試樣的承載極限時，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)計算機(jī)鍵盤設(shè)計非黑即白，給使用者刻板、沉悶的印象。德國鍵盤制造廠商CHERRY 推出多種鍵盤系列，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)計中，配以彩色鍵盤燈光，帶來奇特的視覺體驗和新奇的使用感。

2.1.3 結(jié)構(gòu)移植

結(jié)構(gòu)移植是指在進(jìn)行設(shè)計時把對象A具有優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到對象B 中進(jìn)行重組，形成具有新結(jié)構(gòu)的對象C。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)移植時，需要注意以下2 點。

（1）以A 事物本身所存在的問題為出發(fā)點，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)移植對象，被移植對象的范圍除了同類事物、同一學(xué)科門類之間的縱向移植，還應(yīng)留意不同事物、不同學(xué)科專業(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)與其說是一門學(xué)科不如說是一門方法，其通過移植自然結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。例如，日本新干線列車將翠鳥喙部獨特的流線型結(jié)構(gòu)應(yīng)用于車頭設(shè)計，使列車高速行駛時的空氣阻力減少13%，從而整體提速10%，節(jié)能15%。由此可見，合理且適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)移植不僅可以修復(fù)現(xiàn)有對象存在的設(shè)計缺陷和問題，還能夠在融合兩事物優(yōu)勢的同時，克服自身缺陷，從而設(shè)計出具有新結(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)計出產(chǎn)品C。然而，將現(xiàn)有設(shè)計品材料不經(jīng)任何加工直接應(yīng)用于新產(chǎn)品的方式，只能稱為材料借用而并非材料移植，對現(xiàn)有材料進(jìn)行加工且首應(yīng)用于該類產(chǎn)品的過程才能稱為材料移植。材料的差異可以用來塑造不同的產(chǎn)品形態(tài)和體驗，使同類產(chǎn)品產(chǎn)生差異化和創(chuàng)新性。

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

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。英國科學(xué)家貝弗里奇曾經(jīng)說過，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)成果往往來自于移植。該觀點不僅僅局限于科學(xué)領(lǐng)域，不同學(xué)科、領(lǐng)域之間的思想、原理也同樣適用，可通過聯(lián)想、類比找到事物共同點并以此為切入點進(jìn)行理念上的移植設(shè)計[2]。

例如，著名建筑設(shè)計師扎哈·哈迪德在設(shè)計時經(jīng)常將數(shù)學(xué)的抽象幾何原理植入建筑設(shè)計中，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)計出驚為天人的作品。拓?fù)鋵W(xué)被稱為橡皮膜的幾何學(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)計過程中追求數(shù)學(xué)理念上的拓?fù)渫黄疲⒃谠O(shè)計廣東省廣州歌劇院時引入了數(shù)學(xué)中“凸體幾何”的設(shè)計概念。該方案靈感來源于卵石在河谷中被侵蝕的過程，是一種對城市文脈的探索，同時也是不同學(xué)科、不同領(lǐng)域原理的創(chuàng)新性移植范例。

2.2 移植設(shè)計的方法

移植設(shè)計的方法包括技術(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)品本身或制作過程中；橫向和縱向移植是指不同學(xué)科門類、專業(yè)領(lǐng)域以及相同學(xué)科門類、專業(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)計移植，這就需要設(shè)計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。

3 熱力學(xué)熵定律在設(shè)計中的移植應(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，后來該概念又被移植到信息學(xué)、哲學(xué)、生命科學(xué)、社會學(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S 表示，是體系混亂程度的度量。1850 年，德國物理學(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)，就會得到一定“懲罰”，這種懲罰就是損失了能在將來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?，即熵是對熱系統(tǒng)熱平衡程度的量度，或者說是對非自由能狀態(tài)的量度，是不能再被轉(zhuǎn)化為做功的能量總和的測定單位。1923 年，我國物理學(xué)家胡剛復(fù)將entropie 譯為“熵”；阿爾伯特·愛因斯坦認(rèn)為熵是科學(xué)界第一理論法則。

一切真實發(fā)生的自然過程均為不可逆的熵增過程，在一個孤立的系統(tǒng)中，沒有外力及能量的作用下，整個系統(tǒng)最終走向穩(wěn)定、無差別、無變化。當(dāng)人們將整個宇宙看作一個孤立系統(tǒng)時，這個系統(tǒng)最終會走向穩(wěn)定，向平衡狀態(tài)發(fā)展，一切不對稱和不平衡分布的狀態(tài)終將消失，最終走向生命的終點— —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)趨向無序，系統(tǒng)熵量增加?？傮w來看，負(fù)熵有利于系統(tǒng)趨向平衡與發(fā)展，生命作為個體生物系統(tǒng)從環(huán)境中吸取負(fù)熵得以存續(xù)。熵原理說明，任何一個自然進(jìn)程中建立良好的負(fù)熵系統(tǒng)可以促使系統(tǒng)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，非物質(zhì)設(shè)計以及低熵化設(shè)計可以為設(shè)計進(jìn)程提供目標(biāo)與思路。

3.2 將熵的概念引入設(shè)計

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

尼采說，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期故步自封以及迂腐的法則使得整個系統(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，則整個系統(tǒng)要對抗熵增；若想對抗熵增，則需引入耗散結(jié)構(gòu)。由于耗散結(jié)構(gòu)具有不平衡性和開放性，可使系統(tǒng)減熵，因此設(shè)計時可以將該結(jié)構(gòu)原理移植到設(shè)計作品中。

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)計方式和手段去設(shè)計不同的作品，將導(dǎo)致設(shè)計內(nèi)容程式化、模塊化嚴(yán)重，設(shè)計作品大同小異，逐步走向熵增。通過植入耗散結(jié)構(gòu)原理，打開理性主義設(shè)計封閉的“匣子”，引入非理性主義這種新的不平衡能量，為設(shè)計作品注入活力，使得理性主義得以重生[5]。

3.3 熵化設(shè)計案例

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)計師雷姆·庫哈斯。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、平面設(shè)計以及工業(yè)設(shè)計等其他藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域。

美國著名平面設(shè)計師戴維·卡森被評選為“美國過去20 年最具有創(chuàng)造力的人物”之一，其平面作品展現(xiàn)出類似自然界物質(zhì)衰敗所呈現(xiàn)的熵化過程。隨著現(xiàn)代主義、國際主義風(fēng)格在建筑界的流行，理性主義設(shè)計逐漸進(jìn)入平面設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計以及雕塑設(shè)計等各個設(shè)計領(lǐng)域，簡潔、理性、統(tǒng)一的設(shè)計成為千篇一律的設(shè)計模板。就在此時，卡森作品展示出超時代的先驅(qū)性，風(fēng)格激進(jìn)、手段獨特，打破常規(guī)對于理性設(shè)計的定義，以往設(shè)計中充滿平衡和精確性的構(gòu)成主義消失不見?？ㄉ匦陆鈽?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、無邏輯、跳躍式的浮現(xiàn)于紙面，甚至在印刷過程中滴落的油墨也成為別具一格的設(shè)計特征，這在當(dāng)時是開拓性的設(shè)計實驗，取得了巨大的反響。卡森無疑是非理性主義的先驅(qū)，他的設(shè)計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

當(dāng)代設(shè)計師可通過學(xué)科縱向或橫向交叉將不同手段和邏輯植入設(shè)計中，突破固有模式進(jìn)行設(shè)計，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)計作品擁有更多可能性。