混凝土產品設計開發方法探究

白銘玉　鄭剛強　王武峰

摘要：為探究混凝土產品開發的設計規律與方法，引導混凝土產品設計開發的發展方向。綜合運用文獻檢索、交叉研究、案例分析、經驗總結等方法。歸納了裝飾混凝土材料的物理與化學屬性、文化與美學屙l生以及商業屬性。提出了以混凝土材料屬性為基礎，從市場、美學、工藝三個維度共同設計推進，完成產品演化的混凝土產品的設計開發流程。闡明了質感設計法、形態推敲法、調色創新法、材料搭配法和工藝分析法五種混凝土產品的設計開發方法。

關鍵詞：混凝土 產品設計 產品開發

中圖分類號：J05 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）08-0022-03

引言

在產品設計中，材料起到承載者的作用，是產品的物質基礎，對產品的造型、結構、生產成本、生命周期、精神品味以及使用體驗等方面都有直接影響。超出傳統的產品設計選材范圍，合理運用新材料，可以實現產品設計的革命創新，是產品設計師的一大突破方向。

混凝土材料在土木建筑領域應用廣泛，近年來在產品設計中初有應用嘗試。但多數以景觀裝飾或創意藝術作品的形式，不具有產業化規模。目前，國內外針對混凝土產品設計研究較少，缺少系統地針對混凝土產品批量開發的設計方法研究。充分利用裝飾混凝土材料的諸多優勢，配合現有工藝技術基礎，融合藝術與創意思維，通過設計與營銷手段，完成面向市場的新產品?？梢源蠓嵘牧系母郊觾r值并開拓新的產品設計方向，從而帶動產業升級發展、促進學科交叉，具有重要的經濟及社會意義。

一、混凝土的材料屬性

混凝土是一種由骨料、凝膠材料（水泥）以及一定比例的水混合組成，通過攪拌生成流質物，澆灌于模具，經過水合作用在環境中保持穩定狀態形成的具有一定高耐壓、高耐力的固體?；炷敛牧暇哂辛己玫哪途眯孕?、抗裂性與沾染性等物質屬性;其質感、肌理、色彩以及成型方法賦予其獨特的美學價值與藝術變現力;多年來在土木建筑行業大量應用則使其具有特定的文化與商業屬性。以混凝土為主要材料進行產品開發，首先應對其材料屬性進行探索與分析并充分利用，從而進行功能設定選擇與藝術創意發散。

（一）物理與化學屬性

當混凝土處于拌合物階段，具有流動性、黏聚性及保水性，可一次性澆注成型且線條順暢，表面平整，利用其良好的可塑性可對多種造型進行嘗試;而當混凝土硬化后，則具有較好的力學性能、抗裂性能及耐磨性能，可應用于具有一定強度和耐久性功能需求的產品?；炷敛牧弦彩强裳h利用的低碳、環保材料，符合可持續設計要求。

（二）文化與美學屬性

1947-1952年間，經過工業革命及兩次世界大戰，由于大量的建筑重建需求，混凝土因價格低廉被西方國家開始廣泛應用于住宅建筑。隨著科技進步，混凝土技術得到長足發展，目前已成為國內外建筑行業最重要的工業材料之一。如今提及水泥混凝土，人們會條件反射聯想到土木建筑行業。因此，產品中混凝土材料的應用便無形中附屬了建筑文化與工業文明?；炷廉a品在其功能與造型的語義設計之前，僅憑借其材料本身，即可傳達出特有的精神語義——建筑與工業。

混凝土在建筑的應用中，往往被包裹于裝飾材料之下。而將混凝土直接暴露出來而舍去多余的裝飾，則非常符合“Less is More”的現代主義設計風格美學特點。其材料質感、肌理與色澤給人一種剛硬冷漠卻又樸實沉穩的視覺韻味，可賦予產品獨特的品味格調，有強大的藝術表現力。

（三）商業屬性

混凝土產品開發過程中，成本與銷量在一定程度上是可控的，這使其具有非常良好的商業屬性?；炷敛牧显谕聊窘ㄖ袠I中的重要作用決定了其具有完整的一套包括生產、銷售、使用甚至回收等環節及周邊產業的商業鏈。裝飾混凝土產品憑借其文化屬性以及其對混凝土產業結構的積極作用，對于此商業鏈中的每個企業都具有強大的吸引力。從而獲得相關技術支持與合作，并產生一定的訂單銷量。裝飾混凝土產品開發可以對合作企業的余料、廢料進行回收利用。通過設計加工形成系列產品作為企業的定制禮品被購買。這樣便形成了綠色可持續的順應混凝土產業發展趨勢的新興產業。

二、混凝土產品設計開發的流程與方法

（一）混凝土產品的設計流程

混凝土產品設計開發是通過藝術設計手段，提升混凝土附加值、增強其藝術感染力，形成商品的過程。可促進藝術設計與材料科學交叉融合、完成產業升級。由于目前裝飾混凝土產品大批量生產工藝還不成熟，已開拓的市場空間較小。且混凝土材料本身并不適于大規模取代傳統工業產品材料。所以其設計開發方法應區別于傳統的裝飾產品設計開發方法流程，如圖1。而是從材料本身的屬性出發，針對特定的目標用戶的市場需求，選擇具有可行性的生產方式。以設計手段充分發揮混凝土材料的特點，以較短的設計周期完成低市場風險的、小批量生產的、具有混凝土特色的裝飾產品設計開發。即以材料為基礎，從市場、美學、工藝三個維度共同設計推進，完成產品演化，如圖2。

（二）混凝土產品的設計定位

根據混凝土材料的屬性分析，對混凝土產品購買意愿最強的目標用戶可分為兩類：土木建筑行業者與現代主義美學喜愛者。前者購買意向源于行業情懷與商業背景。針對此類用戶，產品開發的設計意象來源應緊密圍繞建筑文化及工業文明。也可以根據特定的企業或產品定制文創紀念產品。后者購買意向源于混凝土材質的藝術美學表現力。針對此類用戶，產品的設計開發則應盡可能凸顯混凝土的質感。使用現代主義的造型語言，使產品可以傳達用戶的藝術品位。

（三）裝飾混凝土產品的設計技巧

1.質感設計法——以獨特的質感確立整體風格

從原料的角度，水泥混凝土是水泥、骨料、水及根據性能要求添加的外加劑等材料的混合物。通過對原材料的種類和配比的調整，可以控制產品的粗糙度、色澤、肌理等質感效果。從工藝的角度，水泥混凝土通過澆筑成型，且成型后容易進行雕刻處理。通過成型模具的造型及紋理設計和混凝土固化后的二次處理，也可以形成立體效果的圖案與紋理質感?；炷敛牧系氖褂?，由于對材料質感控制的方便、簡易與自由，提供了非常巨大的產品表面質感設計空間。而產品獨特的質感，可以最先向用戶傳達出與眾不同的視覺與觸覺感官信息，完成情感轉換。所以在裝飾混凝土產品的設計開發中，可首先對混凝土的材料質感進行設計，從而確立產品的整體風格。

不同的混凝土質感可以傳達出不同的風格特點，如圖3。如表面粗糙有毛刺的質感給人以粗獷狂野之感;骨料暴露的質感給人以純真質樸之感;磨光處理的質感給人素雅柔和之感;紋理規則的質感給人理性冷靜之感等。產品的質感就如同產品的性格，通過混凝土的質感設計可為產品奠定一個情感風格，讓產品與用戶建立第一步交流。

2.形態推敲法——以優雅的形態協調結構造型

裝飾混凝土產品的形態基礎是功能結構。如設計一個香皂碟，首先要求其可以完成盛放一個香皂的功能。所以在結構上要有一個合適大小的盛放物，且有瀝水的出口與短期收集瀝出的水的容器。在此結構基礎上，遵循形式美的法則考慮產品的藝術性。使用優雅的形態協調結構造型，滿足用戶的審美需求?；炷敛牧暇哂袠O強的可塑性，既可以塑造剛強硬朗的棱角，也可以塑造靈動柔美的曲面。設計開發過程中，可根據產品的造型語義、使用環境、人機工程等因素調整與協調整體的形態。仍以圖4的香皂碟為例，設計的意象來源為江南建筑，則要表現出其檐角青瓦起墊飛翹的輪廓特征;使用環境較滑，則不應使用過于平直的面，須有起伏防滑;與人會有直接接觸，則不可棱角突出，應過渡柔和。

3.調色創新法——以創新的調色增加視覺沖擊

混凝土材料可使用水溶性顏料（如常用氧化鐵系列礦物顏料）進行調色處理，如圖5。裝飾混凝土產品設計開發時，使用創新的調色可以增加產品的視覺沖擊，改變大眾對混凝土是灰色的刻板印象。以白水泥和白砂石為原料的混凝土，本色為白色。相較灰水泥與普通砂石，對調色結果影響較小，可以提供良好的色彩設計條件。除了單一顏色變化，通過對原料的配比、濃度、pH值等因素進行控制，配合不同的澆筑比例與手法，可以完成暈染、漸變、溶解等藝術效果，如圖6。

4.材料搭配法——以材料的搭配提升藝術效果

混凝土產品的設計開發中，也可以使用混凝土材料與其他材料搭配，產生具有美感的藝術效果。如粗糙渾濁的混凝土與光滑透明的樹脂或玻璃的搭配，會產生強烈的質感對比。從而給人-種山水調和的藝術美感。圖7的小夜燈設計，采用了混凝土與白色透光塑料和淺色木材的搭配。純自然材料、人工混合材料、純人造材料的過渡，配合質感的對比、顏色的調和。體現了“和而不同”的藝術哲學，形成了淡雅、理性的美感。

另外，諸如使用透光光纖與混凝土結合制成的透光混凝土之類的新型嘗試。除了是藝術美學的表現，還是一種科學的嘗試。在產品開發中有重要的開拓意義。

5.工藝分析法——以工藝的分析實現產品落地

產品的制作工藝會為混凝土產品的設計開發過程造成一些限制因素。產品能夠順利生產銷售才是設計開發的根本目的。因此了解混凝土產品的制作工藝與保養方法是必要的。這樣才能在設計嘗試中少走彎路，理性分析。

混凝土產品的生產，多數情況依靠模具成型小批量生產。模具的材料可以是PP樹脂、金屬、硅膠等。在設計開發過程中，非純平面的產品多使用3D打印技術制作模型。再通過硅膠翻模，形成模具。將混凝土漿澆筑到模具中，成型后脫出，完成一個產品的制作。在設計過程中，就要充分考慮形態能否順利脫模、分模線如何設定、是否需要添加輔助造型后期處理等實際因素，確保產品可以落地。圖8為為以仕高瑪MAO4攪拌機為原型設計的水泥擺件，其造型非常復雜，產品落地的工藝難度很大。設計過程中，首先要考慮水泥固化后的強度，以藝術手法簡化原型中的一些細節，并在部分凸出形態處做加厚處理。其次考量產品脫模的可實現性，本產品設計需求中要求保留攪拌機葉片細節，而從工藝角度上分析罐體下半部的葉片無法實現脫模，因此，可以使用設計手段將罐體下半部設計成有砂漿的狀態，巧妙避免后期工藝難題。然后分析模具的設計，確立分模線，本產品各個角度的造型都非常復雜，無法實現傳統的中部分模，為使各方向的造型均可順利脫模，在頂部和攪拌機軸頭一側分別分模，將模具分為三個部分。再按照模具的設計，在脫模方向設計拔模角;并分別在凸出的葉片、軸頭等造型細節沿著脫模方向增加可后期處理掉的支撐薄片，以保證順利脫模。最后確定澆筑口，本產品在四腳澆筑，為方便后期處理增加設計加寬加厚的底座細節。最終產品不但以藝術美觀的形式較為完整保留攪拌機原型的形態特點，更是通過以水泥為原材料暗喻攪拌機的功能，可作為代表仕高瑪品牌的紀念禮品批量生產，如圖9。

除了模具成型，設計開發中也可以在混凝土處于拌合物階段借助氣球、樹葉、繩子等道具輔助造型;或在混凝土硬化后通過物理加工、化學反應等手段進行干預處理。圖10的掛鐘設計，其表盤首先通過鋼絲網輔助成型。硬化后通過敲擊使其局部脫落，形成不規則的隨機截面，裸露出內部的鋼絲網。其形式模仿了拆除的鋼筋混凝土建筑廢料，呈現工業風的設計風格。隨機破損的混凝土形態配合鐘表的功能定位，體現出時光流逝、滄海桑田的語義。但是這類成型方法隨機性高，生產效率低，不適合批量生產。可用于裝飾藝術產品的設計或模型設計。

結語與展望

混凝土產品設計開發是通過對混凝土材料進行屬性分析，確立準確的設計定位。然后在符合生產工藝的條件下，使用設計手段對質感、形態、顏色和材料搭配進行思維發散與設計創新，最終完成產品開發的過程。使用質感設計法、形態推敲法、調色創新法、材料搭配法和工藝分析法，將藝術設計融入混凝土產業。在經濟層面上，可提升混凝土附加值、增強企業競爭力、引領行業發展;在社會層面上，可促進藝術設計與材料科學融合、提升產品設計應用水平、加快新材料大國建設進程;在學術層面上，可聚焦混凝土產品設計實踐應用、為混凝土材料創新提供原理和方法論支撐、彌補材料科學領域的設計藝術缺位。符合混凝土產業發展與社會需求，有良好的發展空間與市場前景。