可持續理念下藤編家具形態仿生設計研究

許永生，何柳錦，支錦亦

可持續理念下藤編家具形態仿生設計研究

許永生，何柳錦，支錦亦

（西南交通大學 設計藝術學院，成都 611756）

為進一步提升產品的可持續性應用價值，提出了可持續理念下產品形態仿生設計路徑，以藤家具為研究對象，探尋藤編家具的可持續設計創新。首先，采用文獻研究與田野調查相結合的方法，梳理國內外藤編家具的設計研究現狀，總結藤編家具行業的現存問題；其次，利用問卷調研法確定用戶需求及仿生對象，借助AHP（層次分析法）決策分析原理選擇最佳的仿生設計元素，并應用可持續設計策略對藤編家具進行設計創新；最后，采用LCA（生命周期評價）進行設計方案的可持續性評估，確定了綜合水平高的方案。通過構建可持續理念下產品形態仿生設計路徑，提出產品領域應用的可持續設計策略，并應用于藤編家具設計實踐，結合用戶調查和專家打分，從元素提取、方案設計和方案評估三個方面驗證路徑的可行性及有效性，為藤編家具的可持續創新提供新思路。

家具設計；可持續設計；形態仿生；AHP層次分析法；藤編家具

可持續思想正在社會生活的各個領域快速發展，在設計領域發展出了比較系統的可持續設計理論，并產生了大量的可持續設計實踐。基于生態視角進行設計是實現可持續發展戰略的重要方式之一，在產品設計中融合仿生設計，使產品造型彰顯生命力，能更好地協調人與自然的關系[1]。藤編作為我國歷史悠久的一項傳統手工工藝，是我國非物質文化遺產中的一個重要項目，藤編家具至今已有兩千多年歷史，編制技術精湛，但近年來卻沒有得到長足發展，在設計制造上較為落后。為使藤編技藝以嶄新姿態進入大眾視野，基于可持續發展理念，結合形態仿生設計，綜合考究家具的造型、功能、結構、文化性及人性化等因素，探究兼具藝術性與落地性的藤編家具創新設計，激發用戶對仿生產品生命力的感知，喚醒人們對環保和可持續發展的意識，為藤編家具提供新的思路與設計活力，以期傳承與保護我國的非物質文化遺產項目，傳達設計回歸自然的生態理念。

1 藤編家具設計現狀的分析

目前，國內學者對藤編家具設計研究主要聚焦于其現代創新設計方法，代表研究如劉肖建等[2]系統梳理了藤編家具的發展歷程，并探討了藤家具二次創新的理念。舒斌[3]研究了藤編家具的現代開發設計流程，為藤編傳統手工藝探索出科學的發展之路。方科可[4]開展了藤編家具的可拆裝化創新設計研究，為藤家具實現可拆裝創新設計提供實踐指導。國外學者對藤家具的研究更系統化，其中Scott[5]對西方藤編家具的發展歷程作了細致劃分，并通過列舉藤家具品牌產品、分類、特征等信息，說明了藤產品的現狀和未來趨勢。Cho等[6]分析了藤材的環保特性及地區制造差異性，并對藤家具在韓國住宅中的應用實例進行研究。

當下人們追求綠色設計及回歸自然潮流，采用天然環保又可再生的藤材作為產品的材料，深受大眾喜愛。結合實地調研及田野調查發現，現有眾多戶外家具品牌采用輕巧堅韌、自然耐用的藤材為主要產品原料，并結合其他環保材料，通過良好的加工工藝，將藤材的優良性能充分應用于藤家具的設計創新中，有效減緩了當前家具行業過度依賴木材的難題，達到原材料的環保可持續，傳達自然生態的設計理念。因此，應用可持續理念指導藤編家具設計，符合新時代可持續發展要求及雙碳戰略目標。

通過對國內外藤家具品牌產品調研并進行對比分析，分別從外觀設計、加工技術、包裝運輸及行業發展等角度總結現有問題。在外觀設計方面，國內藤家具較欠缺藝術美感的造型表達，外形較厚重，材料消耗較大，不利于產品的可持續發展，相比之下，國外藤編產品風格多樣，造型表現力較強；在加工技術方面，國內藤編工藝較為傳統，而國外藤產品具有系統化的開發流程；在包裝運輸方面，國內藤家具多數為不可拆裝結構，運輸成本較高，國外藤家居產品呈模塊化可拆裝式結構，有效降低運輸成本；在行業發展方面，國內藤編行業水平參差不齊，企業還未形成品牌化意識，產品缺乏競爭力，而國外藤產品注重品牌識別性，具有打造流量級產品的意識，見表1。

表1 國內外藤家具品牌產品調研分析

Tab.1 Analysis of rattan furniture and their brand products in China and abroad

2 可持續理念下產品形態仿生設計路徑的構建

“可持續理念”是由“可持續發展”概念形成的，是指在保護環境的情況下既符合當代人的發展需要，又滿足后代人的發展需求的生活方式[7]。可持續設計作為一項戰略設計活動，其運用全面的產品與服務整合規劃的方式，實現開發—制造—落地的系統性產品資源節約的目標，建立并發展可持續解決方案[8]。其目標是使設計客體如地區、產品、服務等降低不可利用資源的使用量，減少與環境污染的沖突，增進人與自然的聯系[9]。仿生設計咨詢有限公司（Biomimicry Guild）曾提出：大自然扮演著“模板、標準和引導者”的角色[10]。仿生設計思想是產品仿生設計的核心內容，是仿生概念發展到仿生實踐的理論基石, 其核心是把握生物形象與產品設計的相似性，并按照功能與技術要求進行產品設計[11]。以創新性的思維突破形態仿生設計的一般方法，圍繞自然生物的“形態”展開，突破形態外在的表象，深入挖掘其內涵，倡導設計形態學的生態觀與可持續設計[12]。這表明人們能以自然物為設計靈感基礎，探尋并模擬大自然賦予人類的形態與材料等，提倡用仿生設計探索產品的可持續解決方案。本研究將構建可持續理念下產品形態仿生設計路徑，見圖1，主要分為以下五個階段。

第一階段，確定用戶需求與仿生對象。全面洞察用戶需求，挖掘用戶對產品功能和造型的需求及心理需求，以滿足消費者的多元化要求，為產品設計與銷售建立良好基礎。在對用戶需求及產品語意的深入分析后，結合用戶喜好并綜合分析產品設計各因素以確定仿生對象。

第二階段，AHP確定設計元素。首先，分析仿生對象特征，探索仿生原型的實體及意象特征表現，突破其特征的外在表象進而探究其內涵；其次，提煉特征元素，利用分析圖譜提取仿生對象的造型、色彩、肌理等特征元素；最后，利用AHP確定提取元素的重要性排序，將與仿生對象特征匹配度較高的設計元素應用于產品設計中，探求自然元素與產品設計的有機結合。

第三階段，可持續設計策略應用。從產品的生命周期出發，考慮材料使用、制作生產、產品使用和廢棄處理等環節的可持續性，將可持續設計策略與方法應用于產品形態仿生設計中。造型與色彩提取自然元素有機形態與色澤，體現產品的生態屬性。功能上使用模塊化的設計方法，延長產品使用周期，結構采用極簡線性構件，節約原材料的使用量。材質工藝綠色化，材料主要選擇可再循環、可再生、可回收的天然材料，并結合其他低環境影響的材料，減少材料重新利用過程中的資源損耗；產品加工工藝盡量精簡，降低生產成本。產品包裝使用可回收且能自然分解的材料，并利用可拆卸部件或可堆疊的產品結構，減少占用運輸空間。

第四階段，設計方案生成。基于前三個階段的方法流程，將形態仿生設計的藝術價值應用于現代藤編家具設計創新中，賦予藤編家具流暢的自然造型曲線，提倡用仿生設計探索可持續解決方案，讓設計回歸自然，體現設計結果的環保性、宜人性、生態性。

第五階段，可持續性評價。遵循產品可持續發展的原則，將材料使用、生產制造、包裝運輸、產品使用及回收利用等各個環節，作為衡量藤編家具可持續性的指標。采用LCA法制定評價體系，通過邀請用戶及相關專業人員進行評分，測試設計方案的可持續性。根據評估結果進行方案的迭代優化，以促進設計師的可持續設計決策。

圖1 可持續理念下產品形態仿生設計路徑

3 藤編家具形態仿生的設計實踐

3.1 確定用戶需求與仿生對象

通過問卷調研分析用戶需求，根據問卷分析結果，總結用戶需求點及對應解決方案，設計需求包含造型自然、材質多樣、人性化、綠色可持續性。造型上，以自然生物形態為仿生原型，利用藤材的天然物理特性設計造型優美的現代化藤編家具；材質上，藤與其他材料相結合，如布藝、皮革、天然樹脂等，提高家具的視覺表現力，改善材質的單一化；人機關系上，綜合考究家具產品與人體尺寸間的關系，保證使用安全性及基本構件的牢固性；可持續方面，在產品開發—設計—使用—廢棄處理過程中，遵循可持續設計原則，降低資源浪費，促進產品循環利用。

結合問卷調研結果，確定用戶偏好的自然元素為植物類元素。基于植物的形態美感和象征語意，提煉出所采集植物樣本的關鍵詞，并結合用戶心理與審美需求，從生物形態及家具結構等因素全面考究，最終確定藤編家具的仿生原型為銀杏葉。在藤編家具造型中融入銀杏葉天然的紋理曲線，可產生曲線優美、綠色環保的產品，傳達生命、自然、延續等理念。

3.2 AHP確定設計元素

3.2.1 分析仿生對象特征

關注自然物的實體特征時，也將其蘊含的意象特征融入設計中，以自然元素為載體，賦予藤家具形態美和意境美，實現產品形態創新并彰顯自然形態特征。通過網絡調研和專家訪談，整理出用戶對銀杏葉的意象認知情況，并對銀杏葉進行特征分析，總結其內在表現的意象特征包括富貴吉祥、健康長壽、和諧典雅；外在表現的實體特征包括造型、色彩、肌理。

3.2.2 提煉仿生對象特征元素

首先，收集銀杏葉的典型樣本圖片，通過分析圖譜對其造型、色彩、肌理分別提取（見圖2）。

其次，構建銀杏葉的設計元素的層級模型（見圖3），為提取更符合銀杏葉意象特征的設計元素，通過專家打分法，邀請5位產品設計師，對銀杏葉最佳設計元素與準則層1～3的各項指標進行兩兩比較，采用九級標度法對各指標進行重要度賦值，并構建銀杏葉設計元素的判斷矩陣。其中，銀杏葉最佳設計元素目標層判斷矩陣，見表2。

圖2 銀杏葉的設計元素圖譜

圖3 銀杏葉的設計元素層級模型

造型準則各元素間的判斷矩陣1，見表3。

色彩準則各元素間的判斷矩陣2，見表4。

表2 銀杏葉最佳設計元素目標層判斷矩陣

Tab.2 A goal level judgment matrix of optimal design element of ginkgo biloba leaves

表3 造型準則判斷矩陣

表4 色彩準則判斷矩陣

Tab.4 Color criteria judgment matrix

肌理準則各元素間的判斷矩陣3，見表5。

表5 肌理準則判斷矩陣

Tab.5 Myocardial criteria judgment matrix

為檢驗判斷矩陣各指標權重的關系是否遵循常理，需對結果進行一致性檢驗，求出判斷矩陣的最大特征根λmax、CI值及CR值，見式（1）～（3）。

式中：max代表矩陣中的最大特征值；代表矩陣的階數；代表判斷矩陣和相應的權重；CI代表判斷矩陣的一致性指標；RI代表平均隨機一致性指標（見表6）。矩陣的一致性比率CR<0.1時，則通過一致性檢驗。據此，對判斷矩陣進行一致性檢驗，計算結果均<0，見表7，表明所有判斷矩陣均通過一致性檢驗。

表6 平均隨機一致性指標

Tab.6 Average random consistency index

表7 一致性檢驗結果

Tab.7 Consistency test result

最后，利用Yaahp軟件計算所有專家對各指標的權重值，采用方根法求得最終結果，見表8。

根據銀杏葉的設計元素的權重分析結果（見表8）可以看出，在準則層中的重要等級排序依次為造型1、色彩2、肌理3，即設計時應把造型和色彩作為重要設計要素。根據指標層權重值可知，扇形1、明黃色5、凹凸肌理8等特征元素對其意象特征的匹配度較高，即藤編家具造型設計應重點提取此類元素進行再設計，實現符合仿生原型意象特征和實體特征的仿生設計方案。

表8 銀杏葉的設計元素層次指標權重

Tab.8 Weight of hierarchy index for the design element of ginkgo biloba leaves

3.3 可持續設計策略應用

仿生設計強調模仿自然界生物的形態與功能，將生物形態應用于產品外觀設計，實現對產品造型的突破與創新。形態仿生設計體現了生物的形態特征和人的審美需要，已成為促進人與自然和諧共生的紐帶[13]。而可持續理念指導下的仿生設計則更注重與環境的和諧與可持續發展，不僅要考慮產品的基本功能，還要求對產品生命周期各階段制定合理的設計方法，使產品生命周期有效延續，建立良性閉環的設計流程，為產品開發提供新思路，以實現更可持續的解決方案，見圖4。

按照圖4所列產品生命周期階段的流程圖，總結產品可持續設計策略如下。

造型色彩生態化。造型融入仿生設計，賦予產品造型以生命的象征，運用抽象形態仿生和意象形態仿生設計方法，提取自然生物的特征元素融入產品造型設計，彰顯自然元素在產品設計中的藝術表現力與自然生命力。

功能結構模塊化。功能上使用模塊化的設計方法，提高產品的實用性，使產品可以物盡其用。當產品廢舊報廢后，通過組件通用或組件復用的方法將產品基本部件進行回收與重組，提高產品的轉換效率，從而延長使用期限。

圖4 產品生命周期階段及其設計方法

材質工藝綠色化。選擇可再循環、可再生、可回收的材料，以降低材料在回收利用與重新開發過程中的資源損耗。注重用材量的最小化，通過減小產品部件的體量與大小，在滿足產品性能的基礎上采用極簡線性構件，以節約原材料的使用，并綜合分析產品設計過程中加工制作難易程度、生產規模、成本、生產設備的性能和生產工藝設計的性能等。

包裝運輸輕量化。選用堅固耐磨、質輕無污染、可回收降解的綠色包裝材料。降低運輸成本，探索產品連接件的創新設計，利用可拆卸結構或可堆疊，減少占用運輸空間。可拆裝產品符合現代人的網購習慣，具有遠程運輸要求的包裝性能，達到節約運輸成本的目標[14]。

3.4 設計方案說明

基于銀杏葉的設計元素權重分析結果，將研究結果與設計實踐相結合，最終呈現藤編家具設計效果圖，見圖5。設計方案將藤編工藝與仿生形態元素有機結合，以生物形態元素塑造藤編家具的外觀造型，通過自然生物蘊含的象征語意來體現藤編家具內涵，以天然環保的藤材為主要材質，設計可持續藤編家具方案。

文化內涵：家具作為一種文化載體，強調情感化設計。運用形態仿生設計，將銀杏葉蘊含的富貴吉祥、和諧典雅等象征寓意融入藤家具設計中，帶給用戶全新的感官體驗和心靈觸動，傳達綠色環保、親近自然的生活理念。

造型色彩：提取銀杏葉扇形圖案融入藤家具造型，以極簡線性構件表現流線型美感，利于降低原材料使用。通過藤編編織工藝，將菱形紋、八角孔眼紋、人字紋等紋理呈現于藤編家具的靠背、座面處，彰顯藤編家具的自然特質，表現古樸的色澤肌理美感與形態美感，使人感受到藤的自然本真美與生態性。

功能結構：以銀杏葉的局部扇形形態為基本構件，其加工方式與規格完全統一，可降低資源能源的消耗。利用產品模塊化、組件重用的設計方法，當其廢舊報廢后，通過零部件的重組形成新家具，實現藤材的回收再利用，增強其使用功能的靈活性，從而延長家具的使用期限，促進產品的可持續性。

圖5 藤編家具設計

材質工藝：藤編材料被用作家具座面和靠背，并用有機透明樹脂與藤材結合，營造極簡輕盈感，達到家具設計輕量化的目標。

包裝運輸：傳統藤家具的結合方式包括：釘接合（圓釘、U形釘、射釘、木螺釘）、圓棒榫接合、纏接、包接等，均為拆裝不便的連接方式[15]。設計方案運用3D打印技術制作連接件，使用戶參與到家具裝配的過程中，增強人與產品的互動感和趣味感，改善裝配模式，實現藤編家具的可拆裝化。

3.5 可持續性評價

3.5.1 評價方法

LCA（生命周期評價）被廣泛用于從搖籃到墳墓的全生命周期過程、產品和服務的潛在環境影響研究，包含原材料的獲取、產品生產、運輸過程、使用階段及其使用后的處置階段[16]。傳統的LCA方法通常需要在產品的概念設計階段收集大量的數據，為適合藤編家具可持續性評價，將復雜LCA評價系統進行簡化，并確定產品生命周期各階段應達成的設計目標、設計方法及其評價指標，建立分階段、分層次的可持續性評價體系（見圖6），以確保藤編家具設計的可持續性，優化設計師的可持續設計決策。

3.5.2 評價結果

通過邀請專家、用戶、設計師等人員對設計方案打分，打分機制依據Likert5級量表，用均值表示各指標最終得分，根據評分數據繪制方案評價得分表，見表5。從表中數據來看，方案A的綜合均值較高，反映了其具有較好的可持續性，用戶接受度與滿意度更高，但兩個方案的舒適度評分都不太理想，后續還需對家具的人機關系進一步考究，以優化藤編家具的坐感舒適度。

綜上所述，本設計以可持續設計為導向，在滿足家具基本功能的前提下，提供精簡的藤家具設計方案。從以下三個方面反映了藤編家具的可持續創新：選材可持續，藤材本身具有環保特性，可制造環境友好型產品；仿生可持續，基于形態仿生所創造的自然屬性實現產品的可持續性，將“天人合一”的生態美學觀融入設計中，以實現自然的可持續發展為目標，而非僅僅通過學習和借鑒自然生物特征來解決設計問題；使用可持續，在產品使用過程中，通過家具部件的重組達到回收再利用，增強其使用功能的靈活性，促進使用者對產品的認同感，從而延長家具的使用期限。

家具產品的可持續設計必須以優化產品生命周期為核心，并建立詳盡的設計評估指標體系，這有利于產品設計的優化和完善，以便在產品的各個環節都能達到資源的最小化利用，滿足可持續設計的時代需求。

圖6 可持續性評價體系

表9 設計方案評價得分

Tab.9 Design scheme evaluation scores

4 結語

在當今資源匱乏的環境下，運用可持續設計方法指導產品設計創新，能較好地解決目前產品用后即棄、使用壽命短等問題。本文構建了可持續理念下產品形態仿生設計路徑，以藤編家具為設計實例，探尋創新設計思路與方法，證明可持續設計結合形態仿生設計的可行性和有效性。在確定設計需求及仿生對象后，通過AHP決策分析原理提煉仿生元素，運用抽象形態仿生及意象形態仿生設計方法，并應用可持續設計策略，探求具有造型優美、文化內涵、綠色環保的藤編家具設計，為藤編家具的現代創新提供新思路與參考方向。相較于傳統藤編家具，根據此路徑生成的設計創新方案，通過組件的回收再利用，實現藤編家具的模塊組合，為用戶居室空間創造新的功能轉換模式。因此，應用可持續理念下產品形態仿生設計路徑進行設計的指導具有可持續價值和意義。

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Bionic Design of Rattan Furniture Form under the Concept of Sustainability

XU Yongsheng, HE Liujin, ZHI Jinyi

(School of Design and Art, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China)

The work aims to propose a bionic design path of product form under the sustainable concept, in order to further enhance the sustainable application value of products and take rattan furniture as the research object to explore the sustainable design innovation of rattan furniture. Firstly, literature research and field investigation were used to sort out the design and research status of rattan furniture in China and abroad, and the existing problems in rattan furniture industry were summarized. Secondly, the questionnaire survey method was used to determine the user needs and bionic objects, and the decision analysis principle of AHP (Analytic Hierarchy Process) was used to select the best bionic design elements, and the sustainable design strategy was applied to the design innovation of rattan furniture. Finally, LCA (Life Cycle Assessment) was used to evaluate the sustainability of the design scheme, and the scheme with a higher comprehensive level was determined. The bionic design path of product form under the sustainable concept is constructed by the above methods and the sustainable design strategies applied in the product field are proposed, and applied to rattan furniture design practice. The feasibility and effectiveness of the path are verified from three aspects of element extraction, scheme design and scheme evaluation combined with user surveys and expert scores, and new ideas are provided for sustainable innovation of rattan furniture.

furniture design; sustainable design; form bionics; Analytic Hierarchy Process; rattan furniture

TB472

A

1001-3563(2024)04-0336-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.04.036

2023-09-22

四川省哲學社會科學重點研究基地現代設計與文化研究中心項目（MD21E023）