面向城市軌道列車外觀設計的地域文化因子影響

梁 哲 ，劉海男 ，向澤銳 ,3，支錦亦 ,3，卜柳茹 ，何天宇

（1.西南交通大學設計藝術學院，四川 成都 611756；2.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130000；3.西南交通大學人機環(huán)境系統(tǒng)設計研究所，四川 成都 611756）

城市軌道交通是指城市或都市圈范圍內以軌道結構進行導向的公共客運交通系統(tǒng)，包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)（跨座式和懸掛式）、有軌電車系統(tǒng)、磁浮系統(tǒng)、市域快軌和自動旅客捷運系統(tǒng)（automated people mover system, APM）等[1-2].“十四五”發(fā)展規(guī)劃期間，中國城市軌道交通運營里程有望新增5000 公里，總里程達1.3 萬公里[3].城市軌道列車作為基礎設施因其使用壽命長、更新迭代慢，能夠較為穩(wěn)定地展現(xiàn)和反映所在城市的形象.當前我國城市軌道列車外觀設計缺乏系統(tǒng)整體的形象設計策略、文化鮮明性不足/文化缺位、文化認同度普遍較低，在車輛外觀的藝術性和文化性等方面均有待提升[2].

目前，圍繞文化與城市軌道列車外觀設計的研究主要有：徐伯初等[4]提出了地域文化視域下的交通形象塑造理論；董石羽等[5]分析了城市公交系統(tǒng)形象與地域文化間的相互關系及影響機制；魏峰等[6]基于城市公共交通系統(tǒng)形象的設計要素和原則，構建了城市公共交通形象識別系統(tǒng)；唐珊[7]總結提出了體現(xiàn)地域物質文化和精神文化的地鐵造型設計方法；支錦亦等[8]對地域文化融入城市公共交通視覺形象的相關研究進行了綜述；向澤銳等[9]分析了地域文化的構成要素及其層次劃分，并從理念層面、行為層面和視覺層面3 個維度提出典型地域文化元素的提取與轉換方法.

地域文化內涵豐富、構成因子眾多、影響程度高低不齊，現(xiàn)有研究難以解決設計中典型地域文化元素的優(yōu)選問題.本文以城市軌道列車外觀設計方案為研究案例，基于地域文化因子的構成要素及其權重關系，運用層次分析法（AHP）構建地域文化因子影響層次評價模型，優(yōu)選出具有高影響度的地域文化因子，為在城市軌道列車外觀設計中表征與呈現(xiàn)典型地域文化特征提供了參考方法.

1 地域文化與城市軌道列車外觀設計

1.1 地域文化

文化是一個被廣泛使用而又暫時沒有統(tǒng)一定義的術語，具有多義性、不確定性和層次性特征[9-10].地域文化同樣是個模糊的概念：張鳳琦[11]認為地域文化是相應空間內特定人群思維模式和行為模式的總和；白欲曉[12]認為地域文化是具有地域特征和相應屬性的文化形態(tài)；徐伯初等[4]認為地域文化是指在一定的地域范圍內，經過長期發(fā)展而積累形成的歷史遺存、文化形態(tài)、社會習俗、生產生活方式等.

1.2 地域文化因子的構成要素

將地域文化劃分為3 個層級[9-10]（物質層、制度層、精神層），如圖1.

圖1 地域文化因子的要素劃分及關系Fig.1 Classification and interrelationship of regional cultural factors

從外觀設計視角將地域文化因子分為文化造型因子、文化色彩因子和文化內涵因子：文化造型因子是地域文化中的形態(tài)文化元素，主要用于提取列車型線，抽象概括（仿生/仿形）設計原型形態(tài)；文化色彩因子是地域文化中的色彩文化元素，用于提取和構建反映地域文化的色彩集；文化內涵因子是地域文化中的理念文化元素，用于提煉地域核心精神和文化主題.

1.3 城市軌道列車外觀設計

城市軌道列車通常運行于特定的目標城市和固定線路，是城市中一道流動的風景線，也是傳承和展現(xiàn)城市文化的重要載體.在城市軌道列車外觀設計中融入城市文化、運營線路文化有助于提升城市形象、打造城市名片[2,13-14].造型設計和外飾設計（特別是涂裝設計）是城市軌道列車外觀設計的兩大核心內容[2]，也是視覺表征的重要載體.設計實踐中，可在滿足技術要素、美學要素、人因要素的前提下，通過融入文化元素的外觀造型和涂裝設計來提升列車的文化精神內涵[15].因此，城市軌道列車外觀設計應基于技術和人因約束，結合不同城市的地域文化載體，選擇具有高影響度的地域文化因子，并通過造型設計和外飾設計將其與美學要素融合，從而實現(xiàn)與城市環(huán)境相融的高質量列車外觀方案，展現(xiàn)和提升城市的文化形象.

2 地域文化因子優(yōu)選方法研究

2.1 重要性評估方法

重要性評估方法可分為定性評估與定量評估兩類：定性評估方法主要是評價者通過觀察、分析、歸納與描述，根據自身經驗做出主觀判斷的評價方法；定量評估方法是借助數(shù)學工具，通過權重指數(shù)計算得到客觀、量化的結論，如層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評價法、熵權法、模糊數(shù)學、SWOT(strength-weakness-opportunity-threats)分析法、神經網絡評價法等[16].此外，聯(lián)合眼動和腦電[17]、基于PAM (partitioning around medoids)聚類算法[18]也被用于工業(yè)設計領域的評估研究.其中，層次分析法作為多指標、多方案的優(yōu)化決策方法，適用于處理定性和定量相結合的設計問題以及權重系數(shù)取值問題[19-20]，可用于研究設計前期概念元素的選擇[21].因此，本文采用層次分析法作為地域文化因子的優(yōu)選方法.

2.2 基于層次分析法的地域文化因子優(yōu)選流程

基于層次分析法的地域文化因子優(yōu)選流程主要分為5 個步驟：

步驟1文化辨識.首先確定地域范圍，然后進行文化調研，篩選出典型的地域文化載體.

步驟2因子提取.從篩選出的典型文化載體中分別提取文化造型因子、文化色彩因子、文化內涵因子以及其他影響因子.

步驟3問卷調查.確定調查對象，設計問卷，進行問卷調查，然后對調查結果進行數(shù)據統(tǒng)計與分析，得出具體評價指標及數(shù)值.

步驟4因子優(yōu)選.采用層次分析法進行地域文化因子優(yōu)選.具體包括：先建立層次結構模型，將其分解成目標層、準則層和指標層；然后引入測度理論，進行兩兩比較，構建判斷矩陣并計算各項權重；通過一次性檢驗后，進行綜合排序；最后得出地域文化因子優(yōu)選結果.

步驟5應用評估.根據優(yōu)選結果得到典型地域文化因子（文化造型因子、文化色彩因子和文化內涵因子）；然后通過設計流程分類轉化成列車外觀造型、外飾涂裝、文化內涵等，并在綜合考慮列車設計約束集[9]的前提下，提出具有高文化認同度的列車外觀設計方案；最后通過對潛在用戶的主觀測評來驗證方案的文化認同度及優(yōu)選結論的正確性.

3 基于層次分析法的地域文化因子優(yōu)選研究

3.1 問卷調查實驗

1） 調查對象

調查對象由設計專業(yè)人員（設計專業(yè)師生、專業(yè)設計師）和地鐵乘客構成，年齡在17～65 歲，均值為36.14 歲，標準差為14.24 歲，男女比例1∶2，對城市軌道列車較為熟悉.

2） 問卷設計

從文獻[9]中選擇具有地域文化的城市軌道列車方案樣本，重要度測評采用Likert 5 級量表（影響程度分為不重要1 分、較不重要2 分、一般3 分、較重要4 分和非常重要5 分，值越大表明越重要），結合調查對象特性，根據城市軌道列車外觀設計的影響因素和地域文化因子層級劃分來設計調查問卷的內容框架.部分城市軌道列車方案樣本和調查問卷示例見圖2，調查問卷涉及的地域文化因子影響程度測評內容框架詳見表1.

表1 地域文化因子影響程度測評的內容框架Tab.1 Content framework of influence degree of regional cultural factors

圖2 城市軌道列車方案樣本和調查問卷示例Fig.2 Samples of design scheme and questionnaire of urban rail vehicles

3） 調查程序

步驟1講解項目背景資料和研究目的；

步驟2向被試者分指標、分類別展示城市軌道列車方案樣本，簡要介紹其外觀設計中地域文化因子的選擇、應用與呈現(xiàn)方式；

步驟3發(fā)放調查問卷；

步驟4協(xié)助被試者填寫調查問卷；

步驟5回收調查問卷，調查結束.

4） 問卷調查

面向設計專業(yè)人員發(fā)放問卷76 份，回收有效問卷68 份，有效回收率為89.47%；面向經常搭乘地鐵的乘客隨機發(fā)放問卷207 份，回收有效問卷172 份，有效回收率為83.09%.

5） 信度分析

為了確保問卷內容設置的合理性與調查結果的可信度，采用SPSS (statistical product and service solutions)對調查問卷進行信度分析，通過計算Cronbach’s Alpha 值對問卷問題與選項之間的關聯(lián)性進行檢測分析.通過數(shù)據分析得出，問卷總量表的信度系數(shù)為0.94，其中：文化造型因子分量表的信度系數(shù)為0.89；文化色彩因子分量表的信度系數(shù)為0.84；文化內涵因子分量表的信度系數(shù)為0.88.

3.2 調查數(shù)據統(tǒng)計分析

根據問卷調查結果統(tǒng)計獲得了地域文化因子重要度分布情況，詳見圖3；通過SPSS 對調查數(shù)據進行描述性分析，結果見表2，該數(shù)據將作為后續(xù)層次分析法專家權重打分的判斷依據.

表2 樣本數(shù)據分析Tab.2 Analysis of sample data

圖3 地域文化因子重要度分布Fig.3 Distribution of importance evaluation of regional cultural factors

3.3 基于層次分析法的地域文化因子優(yōu)選方法

3.3.1 建立層次結構模型

運用層次分析法建立地域文化因子評價層次結構模型，如圖4.

圖4 地域文化因子評價層次結構模型Fig.4 Hierarchical structure evaluation model of regional cultural factors

3.3.2 構建判斷矩陣

結合表2，根據文化構成具體指標的得分數(shù)據，獲得準則層中3 類地域文化因子的得分，再通過均分除以總分得到得分率，詳見表3.

表3 準則層中3 類地域文化因子的得分情況Tab.3 Scores of different categories of regional cultural factors in criterion level

層次分析法的判斷尺度見表4.通過得分率的差值來判定兩個因子間的相對重要程度，如果差值不是0.05 的整數(shù)倍數(shù)，則計算差值距離哪個尺度更近，則判定為相應尺度.當差值為負時，使用與其絕對值對應判斷標度的倒數(shù).

設文化造型因子得分率為WB1，文化色彩因子得分率為WB2，文化內涵因子得分率為WB3，按照相對重要性權值的規(guī)定原則，帶入表4 數(shù)據，得出目標層A到準則層B的判斷矩陣為

根據判斷原則得出0.0221 接近0，判斷尺度為1；0.0406 接近0.05，判斷尺度是2；0.0185 更接近0，故判斷尺度為1.因此，可得判斷矩陣為

同理，可獲得指標層中C1～C12共計12 個不同地域文化因子的得分情況，詳見表5.

表5 指標層中不同地域文化因子的得分情況Tab.5 Scores of different regional cultural factors in indicator level

根據表5 構成的相關系數(shù)，得到不同類別文化因子的判斷矩陣.式（2）～（4）分別為指標層B1、B2、B3的判斷矩陣.

3.3.3 一致性檢驗

根據一致性指標CI，隨機一致性指標RI，檢驗系數(shù)CR，求得了表6 所示的一致性檢驗結果，其中：λmax為判斷矩陣最大特征值.檢驗系數(shù)＜0.1，該結果表明各文化因子影響評價的判斷矩陣均通過了一致性檢驗.

表6 一致性檢驗結果Tab.6 Results of consistency test

3.3.4 層次的排序

根據權重矩陣計算得分，得到層次總排序，排序結果詳見表7.

表7 計算層次總排序結果Tab.7 Hierarchical sorting results

3.3.5 優(yōu)選結果

通過層次分析法分別獲得了指標層中12 個不同地域文化因子的指標權重系數(shù)分布情況，總排序前六的分別是：生態(tài)文化C9（0.2473）、自然色彩C5（0.1188）、歷史遺存色彩C6（0.1068）、歷史遺存造型C2（0.0879）、歷史文化C10（0.0781）和自然生態(tài)造型C1（0.0748）.在分類別排序中，文化內涵因子（0.4126）整體權重最高，其次是文化色彩因子（0.3275），文化造型因子（0.2599）整體權重系數(shù)最低.

1） 文化造型因子

在文化造型因子中，歷史遺存造型C2的權重系數(shù)為0.0879，自然生態(tài)造型C1的權重系數(shù)為0.0748，兩者系數(shù)較為接近且遠大于其余2 項系數(shù)，這說明在列車外觀造型方面，歷史遺存造型和自然生態(tài)造型留給乘客的印象較為深刻.因此，在城市軌道列車外觀造型設計中應重點考慮歷史遺存造型和自然生態(tài)造型.

2） 文化色彩因子

在文化色彩因子中，自然色彩C5和歷史遺存色彩C6的權重系數(shù)分別達到0.1188 和0.1068，說明在城市軌道列車外飾設計方面應重點考慮自然色彩和歷史遺存色彩.

3） 文化內涵因子

在文化內涵因子中，自然生態(tài)文化C9的權重系數(shù)高達0.2473，說明生態(tài)環(huán)保概念在當前人們心中的認同度非常高；其次，歷史文化C10的權重系數(shù)為0.0781，說明該項也較為重要.因此，在城市軌道列車文化內涵方面宜重點考慮自然生態(tài)文化和歷史文化.

4 設計應用案例

基于上述研究發(fā)現(xiàn)，以成都9 號線地鐵列車外觀設計為例，進一步闡述了相關文化因子在設計中的優(yōu)選策略和具體應用.

4.1 優(yōu)選文化元素

在列車外觀造型設計方面：在充分考慮既能夠代表成都，同時又具有較高親和力和知名度等問題前提下，文化造型因子優(yōu)選自然生態(tài)造型C1下屬的動物形態(tài)造型X3，即以大熊貓作為成都地鐵列車的外觀造型文化元素.

在列車外飾設計方面：文化色彩因子優(yōu)選自然色彩C5下屬的動/植物外觀色彩X15，即大熊貓體色；以及歷史遺存色彩C6下屬的傳統(tǒng)建筑色彩X16，即成都9 號線地鐵專屬的橙色.

在列車文化內涵方面：文化內涵因子優(yōu)選自然生態(tài)文化C9下屬的生態(tài)環(huán)保概念X23，以人與動物（大熊貓）和諧相處作為文化內涵.

4.2 列車外觀設計方案

該列車設計方案的核心造型形態(tài)均源自大熊貓頭部輪廓和動作的意象形態(tài)：通過造型線和色彩對比將大熊貓的眼睛和耳朵形態(tài)分別抽象為車燈和車頂局部形態(tài)；外飾涂裝以大熊貓黑白配色為主色調，輔以橙色飾條來增強成都9 號線地鐵列車的識別性；此外，為了進一步展示大熊貓文化元素，還在各客室的側門融入了大熊貓的頭部抽象圖案，圖5 為設計方案效果圖及相關文化元素的應用圖示.該方案有助于彰顯以“大熊貓”為主題的成都地域文化.

圖5 成都9 號線地鐵列車外觀設計方案Fig.5 Exterior design scheme of metro train of Chengdu line 9

4.3 設計方案的文化評估

1） 設計方案網絡調查

為進一步評估所得地域文化因子優(yōu)選結果是否有助于9 號線地鐵列車外觀方案表征與呈現(xiàn)成都地域文化，基于問卷星TM開展了面向成都市民的網絡問卷調查，問卷及反饋結果見網址：https://tp.wjx.top/vm/YpPNkwq.aspx?code=051Tdj000kBisM1wYi100 NOUBq1Tdj0B&state=sojump.

2） 評估結果

本次網絡調查共計回收有效問卷309 份.針對“問題1，新方案是否體現(xiàn)了成都地域文化特色”，調查數(shù)據顯示，86.08% （266 票）的調研對象認為新方案體現(xiàn)了成都地域文化；針對“問題2，對比成都9 號線地鐵列車現(xiàn)有方案，新方案是否更有文化內涵”，調查數(shù)據顯示，有91.59% （283 票）的調研對象認為新方案更有文化內涵.該結果表明：新設計的成都9 號線地鐵列車外觀方案較為充分地表征與呈現(xiàn)了成都地域文化，且文化認同度較高，驗證了地域文化因子優(yōu)選結論的有效性和正確性.

5 結 論

本文以城市軌道列車外觀設計方案為研究案例，分析了地域文化因子的構成要素及關系，總結提出了基于層次分析法的地域文化因子優(yōu)選方法，明確了地域文化因子優(yōu)選流程.基于層次分析法構建了地域文化因子評價層次結構模型，設計實驗對地域文化因子進行優(yōu)選研究，測評出了高影響度的地域文化因子，并以設計案例進行了闡釋，為在城市軌道列車外觀設計中表征與呈現(xiàn)地域文化特征提供了參考.

研究發(fā)現(xiàn)：1） 在城市軌道列車外觀造型方面，歷史遺存造型和自然生態(tài)造型給乘客印象深刻，有助于最大程度地呈現(xiàn)地域文化特征；2） 在列車外飾設計方面，宜優(yōu)先考慮自然色彩和歷史遺存色彩；3） 在文化內涵方面，自然生態(tài)文化和歷史文化的認同度較高，宜作為優(yōu)選文化主題.

致謝：感謝伊正瑞、黃登俊、高鵬飛等提供了用于實驗的城市軌道列車方案樣本；感謝博士生何思俊、王金及參與問卷調查的所有人員.