產品生態設計領域基本特征及其研究熱點

封 珩，熊 婭

1 生態設計理念的發展與差異

Papanek Vicotor在上世紀90年代早期就提出最終產品80%的生命周期成本決定于產品開發設計階段，尤其是設計階段的早期，即以概念設計為界限的前段［1］。從這個論點出發，較為廣泛的認識是約70%～80%產品生命周期的環境影響決定于產品設計階段，尤其是設計的初期。因此，在產品設計階段將產品的環境影響因素納入考慮，對降低產品的環境影響具有決定性的意義。就狹義層面來說，從日益加劇的資源、能源壓力，全球及區域的環境污染趨于嚴重的角度來理解，所謂產品生態設計(eco -design)是指在產品設計和開發過程中將產品全生命周期的環境影響因素納入考慮的一種設計方式，目的在于盡量減少產品全生命周期的環境影響。從這個層面來說，生態設計有許多概念相似而提法不盡相同的變體，例如面向環境的設計［2］，生命周期設計［3］，以及具有環境意識的設計［4］等。造成這種細微差別的原因之一是方法論發生領域不同，比如面向環境設計來源于面向“X”的設計，”X”代表產品的某個特征(可加工性、可回收性等等)，而環境特性是作為產品其中的一個特性而集成在所有“X”中加以綜合考慮的，生命周期設計則是基于生命周期理論在設計中的應用等。此外還包括歐美關于該概念名稱的地域差別，比如歐洲更多地將此種方式稱為生態設計，而在美國用得更多的是面向環境的設計。

要在更為宏觀的層面來理解生態設計，就應把生態設計放在一個更具廣延性的背景下，這個背景就是可持續發展。盡管不同的相關者在不同的時空對于可持續發展的內涵有不同理解，如發達國家傾向于將其理解為僅與環境相關的問題，而發展中國家則偏重于發展問題(此所謂“南北差異”)［5］。雖然存在這樣那樣的認識差異，但的確有某些簡化的方式對可持續發展進行定義，主要目的在于放棄爭論，而將這個人類共同的發展目標轉化為針對某一具體對象可執行的目標，如某國、某地區、甚至某個公司。其中最為著名的模型包括生態效率(ecoefficiency)［6］，生態效益(eco-effectiveness)［7］，三底線模型(triple bottom lines)［8］等。生態效率比較側重降低單位產品或服務的物耗、能耗等，總的來講就是強調經濟建設與資源消耗及環境污染脫鉤，因而，與該概念相對應的是生態設計的狹義定義。三底線模型突出的是可持續發展中協調性及平衡性的問題，強調環境、經濟及社會的平衡發展，基于該途經，近年來提出了可持續設計的概念，此類設計模式強調環境、經濟、社會的協調性，因此在設計過程中須將這三類因子同時納入到設計中加以考慮。生態效益是指在提供用以滿足人類需求的產品、服務的同時，不但降低對環境、資源、能源產生的負效性，同時在可能情況下產生正效益，該模型強調的是一個協同增效的問題，即對經濟、環境、社會協同產生的正效益，基于此概念提出的設計思想稱為面向可持續性的設計，強調在設計中找到協同增效點。

綜上所述，目前學界對于生態設計還沒有一個較為統一的認識，在使用這一概念時，不同層面的理解均同時存在。因此，為討論問題方便，以及考慮到我國的具體國情，在分析生態設計的基本特征時沿用已有的生態設計的狹義定義，即在產品設計和開發過程中將產品全生命周期的環境影響因素納入考慮的一種設計方式，目的在于盡量減少產品全生命周期的環境影響。

2 生態設計的基本特征

根據生態設計的定義，生態設計的基本特征體現在以下幾方面:

2.1 生命周期特征

生態設計的宗旨在于降低產品全生命周期的資源消耗以及環境污染，而根據生命周期理論，產品都具有一定的生命周期，即原材料開采、制備、加工、零件及產品的制造、裝配、原材料、零件、產品的運輸、產品的使用、以及產品最終處置的整個過程，每個階段都會對環境造成性質不同、程度各異的影響。產品設計其實就是一個優化過程，是在某種條件下達成的各種因素的最佳妥協。在產品設計中考慮環境因素，就是一個綜合的取舍優化過程，該過程既包含同一生命周期不同環境因素之間的取舍，也包含不同生命周期階段相同及不同的環境因素的取舍，同時還要考慮環境因素與其他設計目標的取舍，比如成本、功能、安全性、可靠性等。因此這樣復雜的一個取舍過程，必須建立在對產品全生命周期的各項環境影響的綜合評估基礎上，而不是僅僅局限于某一個生命周期階段或某種性質的影響。全生命周期考慮的好處在于，它首先給出了一個有關產品環境影響的全面的綜合的描述，在此基礎上，才能綜合評價產品的環境特性，從而為產品設計的優選提供客觀的參照標準;反之，設計者則無從知曉產品哪個生命周期階段的何種影響占主導地位、應予以優先關注，也就無從優選設計目標。

從另一個角度來看，充分考慮全生命周期的環境影響，利于在一定程度避免所謂的“反彈效應”，即產品某生命周期階段的某種環境特征的提升造成其它一個或多個生命周期階段的某一種或多種環境特征的損害。例如由于汽車油耗指標的降低導致使用頻率的增加就是一個典型的“反彈效應”的失利。

生態設計的生命周期特征還不僅僅局限于對環境影響的充分考慮，因為從系統的角度來講，產品開發過程是針對產品以及產品之外與產品有關的其它系統組成的整體，該整體被稱為產品系統，如生產系統、運輸系統、使用系統以及回收及處置系統。同時產品開發過程是一個創造價值的過程，該過程不僅為產品制造者及使用者創造價值，還對產品系統的相關者創造價值，因此，產品生命周期特征還應包含生命周期增值的概念，比如產品的良好的回收特性會對產品回收者產生價值。從產品生命周期增值的概念來講，生態設計相對于傳統的末端治理方式是一種更具吸引力、更為積極的環境策略。一方面，此種策略彌補了末端治理只增加成本而不創造價值的劣勢，另一方面，它通過產品系統的上下游的聯系，使環境問題在全生命周期軸上得以解決，而不像末端治理僅能解決局部的某階段的環境問題。

2.2 生態設計的多標準特性

如果將生態設計作為一個學科，其中一個顯著的特點就是多學科交叉的特性。這是由于生態設計所涉及的兩大領域——生態和設計領域所決定的。生態領域本身就是一個多學科交叉的領域，涉及生態學、地球科學、化學、物理學、工程學等，而設計所涉及的領域則更為寬泛，包含了從自然科學、社會科學到工程學的眾多學科。因此，生態設計必然是一個多因素，多標準共存的復雜領域，而由此帶來的兩個問題值得我們關注:

一是生態設計的復雜性問題。一方面，生命周期環境影響的綜合評價本身就是一個復雜的問題，其中不僅包含對產品整個生命周期各個階段消耗和產生各類物質、能量、廢棄物進行客觀科學的統計評價，同時還包含一些兩難的取舍，其中某些甚至含有超出了科學范疇的價值判斷，比如如何確定全球氣候變化和非生物資源耗竭的權重，如何確定對生態的影響和對人的影響的權重等等，從而增加了其不確定性。另一方面，生命周期環境影響的綜合評價還只是生態設計的一部分，除此之外，生態設計還應包含傳統設計的各類問題。Luttropp提出的生態設計涵蓋的領域包括產品功能、安全性、可靠性、成本、運輸屬性、人因工程學特性等等20余個方面的內容［9］。當將環境因素整合到原有的傳統設計領域進行考慮時，生態設計的復雜性不言而喻。

二是多標準的特性還帶來了知識溝通的困難。產品開發過程實際上也可被認為是一個信息集成編碼的過程，各類與產品有關的無序的信息，通過一定的收集、歸類、分析、解釋、合成編碼最終形成有序的產品信息。由于產品復雜程度的增加、涉及領域的不斷外延、以及產品開發時間的不斷縮短，產品設計——尤其是復雜產品的設計由單個設計師承擔完成的情形已不多見，更多地是由來自于公司內外具有不同學科背景的人所組成的產品開發團隊分工協作完成。在這樣的過程中，設計團隊的內部及外部就產品的各類信息及知識進行溝通就顯得十分重要。順暢的知識溝通能使產品開發按照計劃順利推進，保證產品開發過程在時序上的有效性。同時通過與產品價值鏈上所有相關方的有效溝通，決定待開發產品是否能夠滿足這些相關方的有關要求，是產品生命周期增值的重要保證。產品生態設計多標準的特征決定了該過程在知識表達上的多樣性和復雜性，特定知識領域的人在各自領域概念、術語的表達方式各不相同，普通客戶、環境專家以及設計師在表達方式上存在較大差異，比如環境專家傾向于使用濃度、分子式等環境專業術語表達產品環境信息，而設計者則傾向于使用重量、長度、載荷、速度等工程度量來表達產品信息。這種表達上的差異越來越成為影響生態設內外部溝通的障礙。

2.3 生態設計的多相關方特性

生態設計的多相關方特性主要來源于對產品要求的不斷進化。隨著產品提供的滿足用戶需求的功能日益增加且日趨多樣化，產品結構更加復雜，產品規格進一步細化，其所涉及的領域也不斷外拓，最終的結果就是與產品開發發生直接或間接聯系，在產品全生命周期時間軸上可能出現的相關方呈不斷增加的趨勢。生態設計旨在滿足產品在環境方面的訴求，除需要涉及傳統設計的相關方外，還涉及一些生態設計領域特定的相關方，如環境專家，環境法規、政策、標準制定者、執行者，資源、能源回收者，廢物處置者等等。因此，生態設計具有多相關方的特征。

生態設計多相關方的特征要求產品對相關方提出的相應訴求予以回應，這一方面使產品成為緊密聯系的生命周期軸上各相關方的溝通平臺，從而使各生命周期階段出現的不同環境問題有可能通過這一平臺加以統一解決或改善，如原材料采掘的資源消耗、生產過程的排放、產品使用的能源消耗、廢物的處置回收等等，當然，這也是生態設計較末端治理等單點、單一相關方的被動反應型的環境策略而言，更為積極主動的原因之一;而另一方面，我們也應注意，多相關方的特征同時又意味著涉及更廣泛的領域，更多因子及信息處理量，更難于進行的內外部溝通，以及更不確定的解。這些問題目前已成為生態設計研究中不可回避的熱點。

2.4 早期介入的特征

根據約70%～80%產品生命周期環境影響決定于產品設計初期——即以概念設計為界限的前段的觀念，就要求環境問題在設計的初期得以正確描述和加以解決。因此，早期介入的根本原因和解決產品設計中存在的產品認知度與設計自由度之間的矛盾直接相關。因為在設計早期，產品認知度較低，產品的功能及物理結構、加工方式、材料選擇以及使用方式等尚未完全確定，因此設計者可以相對較為自由的對產品進行描述，同時可以較為自由地更改設計而不需要付出更多的物力、人力及成本。到了設計后期，尤其是細部設計階段，隨著產品的功能及物理結構、加工方式、材料的選擇、以及使用方式等產品基本信息逐漸確定，對產品的認知度會慢慢升高并逐漸達到頂點。但隨之而來的是設計的自由度的下降，也就是說，當所有產品的相關細節確定后，更改設計所需耗費的人力、物力以及成本會逐步增加，因而更改的可能性也就逐步變小。最壞的一種情況是在產品投放市場后問題尚未解決，這時設計的自由度趨近于零，幾乎不可能更改。唯一的彌補方法就是對產品進行再設計或直接重新設計，但往往伴隨高昂的成本。從環境影響的角度來說，如果存在的是環境問題，那么該產品投放市場后這些問題會繼續存在;如果存在的是其不能提供相關服務或不能滿足某相關方要求的問題，產品就面臨被市場及客戶淘汰的可能性，這樣該產品的生態效率就趨近于零，也就是說單位環境投入所產生的服務或功能趨近于零，從而產生最大的資源、環境浪費。因此，早期介入是解決產品環境影響問題的一個有效手段，同時也是生態設計的一個基本特征。

盡管早期介入的方式有助于解決產品設計中涉及的環境問題，但在實際的操作層面，早期介入也面臨一定的障礙。產品生命周期環境問題的復雜性及不確定性以及分析評價此類問題方法的復雜性決定了客觀科學的環境問題描述是建立在大量信息的基礎之上的，而描述產品主要環境問題如資源、能源消耗、污染物的排放、廢棄物的回收與處置等等的相關的信息與產品的物理層面的信息有直接聯系，如產品的物理結構、外形、材料的種類及耗量、生產加工方式等，但此類物理層面的信息在設計過程中是在產品的需求、功能、功能結構確定以后經過了一個或數個疊代過程后才逐漸變得清晰的，在設計的早期，產品概念確立以前，需求逐漸被厘清并轉化為產品的功能及其結構的描述，而此時關于產品物理層面的信息是不完整的，或者說不足以支撐綜合的環境問題描述，這樣的情景即便不會使早期介入變得不可行，也是早期介入的一個極大的障礙。因此，如何有效地遵循生態設計的這一特征，也是目前該研究領域的一個瓶頸，同時也是熱點。

3 生態設計基本特征的內在聯系

根據以上生態設計的基本特征介紹，可以看出各個特征相互獨立，同時又存在內在聯系。對于生命周期特征而言，它提供了一個具有指向性的路徑，既使產品系統的環境問題得以系統的評價與描述，又使產品的增值機會在此路徑上得到識別。在生命周期范疇內討論環境與設計問題必然與多標準及多相關方的特征存在接口，因為從系統論的層面而言，產品系統可定義為產品與相關系統進行能量、物質、信息交流，而全生命周期特征拓寬了這種互動的范圍。對于同一個產品系統而言，互動范圍的拓寬，使用的描述評價標準也必然隨之增加。多標準特征與生命周期特征的接口很好的表現在生態設計領域內生命周期評價(Life cycle assessment)方法及相關工具的研究與應用占有十分重要的地位這一現象上。此外，多標準特征帶來的生命周期評價方法及工具的復雜性，又催生了對簡化及簡略版的生命周期評價方法及工具的研究，較為著名的簡化生命周期評價工具包括帶有環境責任的產品評價矩陣(ERPA)［10］，材料、能量毒性矩陣(MET)［11］等。

生命周期特征與多相關方特征的關系表現在生命周期特征帶來的產品增值機會的增加與多相關方的密切聯系。產品增值機會是通過其對象來進行識別的，在產品生命周期軸向上出現的多相關方正是產品增值的潛在對象，而對其進行識別也可以看成生命周期特征與多相關方特征的接口。這個接口體現在生態設計領域內越來越多的研究轉向建立產品功能及成本與生命周期環境因子的聯系上，突出的有生態質量功能矩陣 EQFD［12］，生態功能矩陣EFM［13］等的研究。

此外生命周期特征與早期介入特征同樣存在一定的聯系，早期介入的目的在于及早的描述與產品相關的環境問題，從而為優選設計生命周期策略，即產品的生命周期路徑，提供支持。因此早期介入特征與生命周期特征的接口在于及早地確定生命周期策略。同時，早期介入的一大障礙在于缺乏有力的數據支撐，為克服這個障礙，目前生態設計領域的一個研究熱點在于基于產品分類基礎上的預定義的生命周期策略模型。具有代表性的有A.Gehin［14］，以及Catherine Michelle Rose［15］等人的研究。

對于多標準及多相關方特征之間的聯系而言，實際上接口在于因多標準特征引起的知識表達方式的不同而形成的不同的相關方的溝通障礙。而突破這種障礙目前也逐漸成為生態設計領域的一個研究熱點。該方向的研究具有代表性的主要包括功能法以及功能模型及功能實體論與環境知識表達的集成，其中Srikanth Devanathan等［16］的研究具有一定的代表性。由于功能法主要運用于產品設計的早期，因此它與早期介入的特征具有天然的聯系，同時也就造就了早期介入特征與以上二者之間的聯系。

4 遵循自身特色發展生態設計

盡管在國際上生態設計作為一個概念提出已經有超過30年的時間，但在中國尚處于起步階段。目前，在中國尤其是對中國企業來講， 與產品生態設計相關的內、外部條件，如相關的法律法規、行業導向性政策、市場激勵、管理者的意識、設計者的能力建設、工具的開發等等諸多方面都尚待完善。另一方面，我們應該看到，中國作為發展中國家應根據自身的社會、經濟及環境的發展現狀及特點，對各方面進行完善，致力于開拓具有中國特設的生態設計之路，這也是生態設計能否在中國得到健康發展的首要條件。

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