基于生物結構形態(tài)的仿生學在游艇造型設計中的應用研究用

譚亞庭　賀健

摘 要：本論文是以仿生設計的創(chuàng)新思維和方法為基點，以生物結構形態(tài)為依托，通過對仿生生物的結構形態(tài)分析和研究，結合材料學、形式美法則和游艇造型設計原理，找出與游艇造型設計的共通點和結合點，總結出最符合仿生形態(tài)，又滿足產品結構的游艇設計方案。

關鍵詞：生物結構形態(tài)；仿生學；游艇造型設計

中圖分類號：U674 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）06-0143-01

一、游艇設計概述

游艇的設計可以分為形態(tài)設計、內室設計與結構設計。內室設計包括所有船體內部艙室布局、室內擺飾、裝飾風格、色調、燈光等；由于本論文是對游艇造型設計的分析研究，所以在這里對內室設計將不做闡述。結構設計考慮的是在形態(tài)設計的基礎上對結構處理與材料運用上面的優(yōu)化設計。結構設計方法有以下幾種：經典優(yōu)化設計的數(shù)學規(guī)劃方法、多目標模糊優(yōu)化設計方法、基于可靠性的優(yōu)化設計方法、智能型優(yōu)化設計方法、船舶結構性能綜合評估。形態(tài)設計包括船殼與船室的造型設計。

基于生物結構形態(tài)的仿生學應用于游艇造型設計中，可以使游艇造型設計與自然環(huán)境更為融合，也增加了游艇造型的趣味性，使它更加具有人情味和自然的動態(tài)美。同時也為游艇設計特別是造型設計提供指導，為設計師提供更為理性的仿生設計方法。

二、基于生物結構形態(tài)的仿生學在游艇造型設計中的研究

（一）游艇造型設計中的形態(tài)仿生

在工業(yè)產品造型設計上。許多產品是利用形態(tài)仿生的。比如英國知名游艇設計師Alex McDiarmid設計的概念游艇，其設計靈感的來源跟航海沒有一點關系，而是悉尼歌劇院的造型、折紙和汽車造型設計等。Alex McDiarmid設計的100米豪華游艇“Penna”，這艘游艇市設計師觀察了鳥類尾羽和飛羽的特征，經過創(chuàng)新完成了一個新的游艇輪廓。再比如Innespace公司研制出了很強大的仿真鯊魚游艇，這款快艇命名為Sea breacher，長約5米，和真實的鯊魚非常接近。船身設計有鯊魚鰭、鋸齒牙等象征大白鯊的設計，背部也有象征背鰭的設計。

形態(tài)仿生又可分為具象形態(tài)和抽象形態(tài)仿生。

1.具象形態(tài)仿生

具象形態(tài)是自然界生物形態(tài)，經過對眼睛的視覺神經產生刺激而產生的生理反應，它是一種感覺存在。具像仿生過程并不是對模仿對象的直接套用，而是從刺激產生到形態(tài)的運用都需要對模仿對象進行處理，但是在形態(tài)上會與生物原型比較接近。具象仿生設計的產品有很高的趣味性和可接受度，所以常被運用在玩具與日用品設計中。

例如：唇形沙發(fā)，仿的是嘴唇的上半部分與下半部分，分別作為椅子的靠背和座椅，從正面看就是人的嘴唇，色彩上選用了鮮紅色，以達到更為仿真的效果；它是根據(jù)馬蓮·夢露的唇來設計的、是意大利后現(xiàn)代主義仿生設計的代表作。火紅的嘴唇原型、雕塑般的質感，非常符合意大利人熱情浪漫的性格。

2.抽象形態(tài)的仿生

抽象形態(tài)是在具象仿生的基礎上更高層次的仿生設計，是高層次的思維活動和特殊的心理加工活動。它通過提取生物結構形態(tài)中最具代表性的特征，通過從對形態(tài)的“感知”到“認知”，然后進行外延性心理編碼，得出該生物的心理形態(tài)，然后經過設計人員的工業(yè)化生產考慮，將心理形態(tài)抽象化直到符合具體的設計需求。

（二）游艇造型設計中的結構和材料的仿生

隨著仿生學的深入開展，人們不但從外形、功能去模仿生物，而且從生物奇特的結構和肌理中也得到不少啟發(fā)。其中海洋動物，由于獨特的形體結構、運動方式、形體幾何參數(shù)、組織系統(tǒng)形態(tài)及皮膚構造肌理符合流體動力學的特征，常被用做汽車、飛機、游艇等仿生設計的模仿對象。如魚類具有流線型輪廓，可以減少運動時水流對身體的阻力；它們的急轉和起動速度無與倫比，且轉彎空間不到身體長度的一半，且具有高速高效、高機動性、低噪聲等優(yōu)點而深受設計師青睞。

比如自然界中最常見的六角蜂窩，就是典型的可以利用的結構仿生原型，它由排列整齊的六棱柱構成，底部由菱形組成，其結構緊密、精妙合理，以最少最小的材料贏取最大的空間，材料少而小，但其空間可利用范圍大，可以最大限度的節(jié)省構建材料。再比如人們模仿蒼蠅的“復眼”結構制成了“蠅眼透鏡”；根據(jù)鯊魚鱗片的皮膚，泳衣制造商Speedo公司設計了一種新型連體游泳衣—“鯊魚皮”泳衣；還有尼龍搭扣的設計，就是在自然界植物種子蒼耳籽的粘黏性的啟發(fā)下設計出來并且得到廣泛的應用。

三、基于生物結構形態(tài)的仿生學在游艇造型設計中的應用

（一）游艇造型設計中的外形設計要素

游艇造型設計的外形設計不只是純粹的表象美，而是在滿足功能的前提下，合理的運用形式美的原理，將各種美的要素與游艇的使用功能相協(xié)調，才能設計出既符合游艇使用功能又滿足人們美的享受。

此外，外形設計也包括游艇的工藝技術方面的設計，任何一件產品的完成都要有精湛的工藝和成熟的技術來支撐，通過技術手段來實現(xiàn)其使用功能和藝術造型。游艇雖然不是單純的藝術品，但也給人藝術的感染力和休閑娛樂的享受功能，體現(xiàn)了技術與藝術的和諧美。

（二）游艇造型設計中的色彩設計要素

色彩是游艇造型給人的第一感性印象，它能直觀的表達游艇的主題和風格，還能反映獨特的地域文化和風土人情。合理的色彩設計可以提高船員的工作效率、保持最佳工作狀態(tài)，也使游客有份輕松閑逸的心情。

游艇是水上運行的工具，其使用范圍和船體空間都有限，存在一定的安全隱患。為了避免危險、警示人們、保障安全，應該在容易發(fā)生危險的船體位置和各安全通道使用安全色或警示標志提醒人們。外觀上多采用富有運動感和整體性的色條來裝飾，且不宜與艙室整體色調差異太大，要有一定的協(xié)調關系，可選用艙室主色調的補色。不同類型的游艇又有不用的色彩需求，如：高速快艇，要突出高速、運動、靈活的特征，色彩上采用鮮艷、明快的色調，如黃、紅、白；休閑游艇以娛樂和休閑為主，外觀上要講究穩(wěn)定性和安全性，色彩宜采用偏向中性的淺綠、淺黃和白色。此外，游艇水線區(qū)常被海水浸泡、沖刷和腐蝕，且易臟，所以常用深藍、鐵紅色等深色防腐防銹的涂料。船底可用棕色、黑色或與水線區(qū)同一顏色。

（三）游艇造型設計中的材料要素

游艇材料關系到游艇性能、安全、人機、美學等多領域科學，要綜合考慮各方面因素，通過對各種材料的特性和工藝分析，并嚴格遵循SOLAS（國際海上人命安全公約）和相關造船規(guī)范的要求來選用船舶材料，以保障船舶正常運行和人員生命財產安全。先進復合材料性能優(yōu)異，既可大幅度減重結構材料，又兼有高耐腐蝕的特點，因此在游艇設計上有廣泛的應用前景，應用的部位包括：船體、甲板、座艙結構、船舵等，制造過程中會大量采用RTM技術，特別是西曼復合材料樹脂熔塑成型法，大規(guī)模整體成型，并多用夾層結構，芯材可用蜂窩或閉孔泡沫材料。

基金項目：湖南省大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃《基于生物結構形態(tài)的仿生學在游艇造型設計中的研究與應用》。

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