基于高寒地域的公共座椅防風張拉膜設計研究*

耿曉雅 謝敏 趙光澤

（東北林業(yè)大學,黑龍江哈爾濱 150040）

公共座椅是當下城市中使用程度較高，分布較廣，與人們日常生活聯(lián)系最為密切的公共設施，隨著人們生活品質的不斷提高，以及對大自然的親近之心，人們對于公共座椅的各方面需求也開始不斷增加。而在當下，普遍的公共座椅設計往往忽略了地域與地域之間的差異，設計方式千篇一律、功能單一、適用性低，人們迫切需要對公共座椅進行改良與創(chuàng)新。

本文著重探究公共座椅與張拉膜結構的創(chuàng)新結合應用，旨在提供一種可行方案，使其滿足高寒地域用戶對于防風功能的需要，同時增添遮陽遮雨等實用功能，在此基礎上從文化傳播的角度對其外觀造型進行優(yōu)化創(chuàng)新，增加審美效果與文化內涵，從而更好地滿足公共座椅的功能性原則、人性化原則和美學原則，對提高用戶的使用體驗和城市的整體形象具有很大的現(xiàn)實意義。

一、公共座椅現(xiàn)狀解析

（一）公共座椅對城市建設的意義

隨著城市建設的不斷發(fā)展，公共設施的規(guī)劃與設計在提升城市形象方面開始凸顯出越來越大的重要性。公共座椅作為人們日常生活中較容易接觸到的公共設施，其重要作用與特殊意義決定了它在城市發(fā)展中無可取代的地位，不僅僅在為使用者提供日常休憩空間與社交空間等方面發(fā)揮著重要作用，更是體現(xiàn)城市文明與現(xiàn)代化的重要標志。如何根據(jù)不同地域用戶對公共座椅的不同需求，從公共座椅的實物建設與精神文明建設等方面進行合理的設計改良，通過設計提升用戶生活質量，改善城市面貌，形成獨有的城市風格，成為當前城市公共座椅建設的首要目標。

（二）國內外公共座椅的研究現(xiàn)狀

國外對于公共座椅的研究時間比較長，相關著作也有很多，對于公共座椅的設計更多所體現(xiàn)的是人文主義和自由主義，同時注重座椅個體的造型設計，由此衍生出的設計大多充滿地域特色與趣味性。而國內的公共座椅設計則相對保守，講究功能實用性，因此也降低了很多設計的可能性，隨著社會的不斷發(fā)展，人們的需求產生了新的變化，而當下的一些矛盾仍未通過具體的設計來解決，單一的公共座椅設計適應不了快速發(fā)展的社會，針對地域性設計的公共座椅案例仍比較匱乏，造成了公共座椅使用率低下，用戶體驗感較差等問題。因此我們需要更新數(shù)據(jù)、搜集最新的信息來掌握人們的新需求，找出當前設計中的不足之處，從而設計出符合當下高寒地域用戶日常生活所需的公共座椅。

（三）高寒地域公共座椅現(xiàn)狀調研

高寒地域的氣候特征突出，對于人們的生產和生活有著重要的影響，大風是我國北方常見的災害性天氣之一，也是制約高寒地域人們進行戶外活動的主要因素之一，對工業(yè)、農林、畜牧業(yè)、生態(tài)環(huán)境等都有較大影響,東北地區(qū)是東亞北方氣旋生成、移動必經之地,因此是我國風害較重的區(qū)域[1]。北方地區(qū)公共座椅的使用程度普遍低于南方地區(qū)，尤其是在我國的高寒地域，由于大多數(shù)公共座椅缺少防風設計，功能的設定與其所在環(huán)境不相匹配，無法給用戶提供舒適的公共環(huán)境，大大降低了公共座椅的使用頻率，由此所引發(fā)的連鎖問題是用戶減少對公共座椅使用的重要原因之一，同時也很大程度上影響了人與人之間的情感交流。

筆者通過實地考察后進行分析研究，并于2022年8月開展了線上問卷調查，了解高寒地域用戶對于公共座椅的使用頻率和看法，以及對于公共座椅的改進期望，揭示本文需要解決的相關問題，下圖為調查結果展示。

經過調研分析，人們對于公共座椅的滿意度普遍在25%-50%之間（圖1），說明在目前的公共設施建設中，公共座椅的設計仍存在著問題與改進空間：缺少防風遮陽功能，易積雨積雪，在大風天、陰雨天等惡劣天氣下難以使用；外觀造型單一，色彩單調，只注重座椅實際功能而忽略外觀造型設計；采用低成本材質，耐用性不強，設施老化；缺少地域性設計，缺乏更深層次對城市文化內涵的挖掘和表達[2]；功能單一，座椅的靈活程度比較差，難以滿足使用者“坐”以外其他方面的功能需求；不符合人體工程學，缺少人文關懷等（圖2）。

圖1

圖2

二、張拉膜在公共座椅中的設計應用

近年來，張拉膜結構技術逐步在人們生活中進行了廣泛的應用，其輕盈通透的結構、多變豐富的造型，使其在幾十年間迅速發(fā)展。張拉膜結構是一種空間結構，是伴隨著現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新的建筑技術表現(xiàn)形式，主要組成部分為：覆蓋的膜材料、支承桅桿體系與張拉索。主要材料為膜材料，膜材料是一種新興的建筑材料，作為一種柔性材料突破了傳統(tǒng)的建筑材料的局限性，使用膜材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土和金屬，可以十分有效地降低結構的整體自重，使得結構更加輕盈與美觀[3]。

（一）從實用功能方面進行設計

1.防風功能設計

針對公共座椅的功能性設計是指在座椅的基礎上安裝張拉膜結構附加件，使其具有防風等技術特征。膜材料具有良好的抗拉強度與變形能力，在應用過程中通常施加預張力，使柔性構建能夠具有良好的力學性能，使用期間，在風或者雨雪的荷載作用下能夠保持其力學形態(tài)穩(wěn)定不變。因此可以通過對張拉膜結構的支承結構設計、荷載分析、以及制作加工與施工狀況來進行設計調整與優(yōu)化，使其產生足夠的抗力來減小風振響應，抵御各種天氣情況下可能發(fā)生的荷載狀況[4]。而公共座椅的體量相對大型公共建筑來說比較小，因此采用小跨度膜結構與其結合能夠有效避免產生風荷載問題，進而解決防風的功能需求，降低寒風帶給用戶的不良影響，創(chuàng)造相對舒適的休憩環(huán)境。

在滿足防風功能的基礎上也要預留出通風的渠道，保持空氣自然流通，在一定程度上減少病原微生物的滋生，而小部分空間的開敞也讓張拉膜結構更具有生機與張力，改善公共空間環(huán)境，有利于群眾的身心健康。

2.附加功能設計

膜材料的光學性能使其具有紫外線光吸收性，能夠防止紫外線侵蝕，減少紫外線對人的傷害。由于膜材料具有透光性，所以由膜覆蓋下的空間區(qū)域在陽光照射下能夠充滿自然漫射光，達到內部光環(huán)境平衡，沒有強反差的亮面與暗面的區(qū)分，減少光污染與眩光，保證用戶的視覺環(huán)境開闊和諧[5]，同時也能起到隔熱的作用。因此需要對膜面進行合理的結構造型設計，充分發(fā)揮膜材的光學性能，滿足遮陽、遮雨等功能需求的同時減少公共座椅的日曬時間，防止褪色與開裂，對座椅本身也能起到一種保護作用，從而延長公共座椅的使用壽命。而張拉膜的表面光滑且富有彈性，大氣環(huán)境中的灰塵、化學物質以及雨水難以附著與滲透，具有良好的自潔性能，能夠利用雨水、雪水自然沖刷膜材表面以進行外觀清潔，功能性較強。

3.人性化設計

膜材料的選取則為PTFE膜材，PTFE膜材基層使用的多層功能復合材料為纖維織物，具有較高徐變的能力，并且拉伸強度高，價格則相對ETFE膜材更為低廉，經濟實惠。同時，PTFE膜材具有不俗的防火性能，能夠確保使用期間的安全性；耐久性較高，使用年限較長，短時間內不易損壞，能夠避免產生資源浪費的情況。并且在設計過程中，考慮膜材的老化與松弛等方面對設計的影響，避免產生鼓包或破裂等意外情況，在膜材能承受的限度內發(fā)揮其最大利用價值來完成設計，也有利于后期的維護與更換部件等，以體現(xiàn)設計的可持續(xù)發(fā)展原則。

膜結構在公共座椅上的應用，也很大程度上滿足了用戶心理上的空間感與邊界感，通過對棚面的設計規(guī)劃和座椅的布局擺放，把握住用戶的邊界效應心理，其內涵是由膜布遮擋的空間能給人以足夠的安全感，在社交中能夠營造出輕松自在的交流環(huán)境，緩解當下社會壓力下人們緊張焦慮的情緒，給人以情感慰藉。座椅的擺放方面則需要考慮座椅的朝向與用戶的視野，作為一個公共休息空間，可以與周圍的花草樹木相結合，注重環(huán)境的協(xié)調性，同時考慮座椅具體的尺度，從人性化的角度出發(fā)，在滿足個體心理所需距離和社交距離等條件下，為用戶提供休憩、交談的空間，貫徹以人為本的設計理念。

（二）從文化傳播角度進行設計

1.地域文化元素提取

在我國，按緯度劃分，屬于高寒地域的有黑龍江省北部、甘肅、內蒙古等地區(qū)，按照海拔劃分，有青藏高原、云貴高原等地區(qū)，受地形特征、歷史因素、經濟發(fā)展水平等影響，每個地域都形成了自己獨特的傳統(tǒng)和文化。優(yōu)秀的公共座椅設計應既能有效提高居民的生活質量，又能傳播地域文化，展現(xiàn)出獨特的人文魅力[6]，因此可以將每個地域豐富而獨特的文化元素提煉出來，將原有的具象元素或者創(chuàng)新的抽象元素融入到公共座椅與張拉膜相結合的造型設計中，迎合當?shù)鼐用竦奈幕V求。在外觀色彩等方面的設計上盡可能的借助地域文化的特殊處理來突出公共座椅的設計美感，使地域歷史文化得以有形和無形的傳承、創(chuàng)新與發(fā)展。

2.造型設計

膜結構區(qū)別于其他建筑材料的一個很大的優(yōu)勢就是其造型獨特，形式美觀，美就在與其“力”與“形”的完美結合，通常由充滿整體性與韻律感的空間曲面組成，極具藝術美感。形變能力強，能夠根據(jù)設計和功能需求進行藝術處理。因此在進行外觀造型設計時，通過前期對地域文化特色的調研分析，結合張拉膜設計手法的運用，在其力學結構基礎上，依靠其形變能力調整膜面邊界和預張力，使其形狀進行相應的改變，將地域文化元素融入到實際的設計中，從而達到理想的幾何外形和應力分布狀態(tài)，大大豐富造型的可行性。膜布則能夠通過科學搭配展現(xiàn)出不同的色彩，考慮冬季人們的心理需求，通過明亮溫暖的色彩設計以保證用戶使用時的心理舒適度。

3.實際應用

以哈爾濱市為例，針對哈爾濱市太陽島公園設計一款附有張拉膜結構的公共座椅，首先分析哈爾濱市的地域文化，哈爾濱市具有鮮明的地域色彩和流派紛呈的藝術風格，既有“冰城”的美譽，又有“東方莫斯科”和“東方小巴黎”的別稱，地理與氣候的獨特和中西交融的文化底蘊，使其具有多樣化的地域文化，但外來文化的舶來也在一定程度上沖擊了哈爾濱市的本土文化，而太陽島則是一處由冰雪文化、生態(tài)文化、民俗文化等多種本土文化構成的旅游風景區(qū)，冰雪旅游資源豐富，因此可以將冰雪文化等本土文化元素提取出來，結合多元的設計手法，在造型結構、元素表達、色彩運用等方面應用到公共座椅的造型設計中去，進而彰顯出濃厚的“冰城”韻味，展現(xiàn)出哈爾濱作為冰雪旅游城市的魅力（圖3）。

圖3

哈爾濱市優(yōu)質的自然環(huán)境，為鳥類的棲息創(chuàng)造了得天獨厚的條件，天鵝作為太陽島公園中經常出沒的鳥類，又是黑龍江省的省鳥，體型優(yōu)美、姿態(tài)輕盈，因此可以將天鵝的造型進行提煉與重構，使其作為張拉膜結構的主體，具有很強的觀賞作用，展現(xiàn)出哈爾濱市作為的“天鵝項下的一顆明珠”的浪漫情懷，也為太陽島公園乃至整個哈爾濱市的生態(tài)保護帶來一定的正面影響（圖4）。

圖4

結語

本文主要針對高寒地域戶外風力大，公共座椅缺少針對性設計展開研究，著眼于尋求公共座椅與防風張拉膜結構相結合的新方式，改善公共座椅多數(shù)設計老套、功能簡單、外觀千篇一律的現(xiàn)狀。也為公共座椅的發(fā)展提供了新的想法與思路，應針對不同地域展開具有針對性的設計，滿足不同地域用戶不同的生理需求與心理訴求。在設計出功能性較強的公共座椅的同時，也要兼具美觀性，在造型、圖案、色彩等多個方面賦予其文化、情感、精神的含義，進而起到對地域風貌的美化作用和對文化的傳播作用，將公共設施的價值最大化。而張拉膜結構無論是材料的種類、性能與使用壽命，還是結構、造型、色彩表現(xiàn)力等方面都有其獨具魅力的表現(xiàn)形式，必將會在以后的環(huán)境建設中得到越來越廣泛的發(fā)展與應用。