仿生設計在兒童家具設計中的應用研究

■張 煒，韓 笑，張曉梅，王明惠

(山東建筑大學藝術學院，山東濟南 250101）

隨著我國二孩政策的提出，我國的經濟水平得到顯著提升，兒童作為現代家庭生活重心，是家庭內部物質和精神消費的主導群體，獨特的文化群體。住房面積的逐漸增加也意味著兒童家具產品在未來的市場中，具有較大的發展前景，而如今市場上的兒童家具產品使用功能單一固定，設計師缺乏對兒童生理心理、情感需求進行分析了解，基于仿生設計的兒童家具產品不再是單一功能的日用品，而是滿足兒童生理心理需求，集合學習生活娛樂等多種功能為一體的家具產品，并推動兒童家具從低廉的價格競爭趨向于創新競爭設計。

1 仿生兒童家具設計的概述

1.1 仿生學的誕生

1960年俄亥俄州空軍基地戴通召開學術會議，斯蒂爾為仿生學這個新興學科命名。仿生學為數學、工程技術學、生物學等學科交叉滲透形成的邊緣學科，主要構建優化技術設備，通過對生物系統的研究分析其具有的突出能力，再進一步將其進行模式化[1]，并提升工程設備的技術含量，創建一個全面科學化的系統。仿生學是對自然界生物優異特征的模仿，探索新興領域與技術，通過對生物體的擬態研究，促進生物學的極大發展。仿生學在人類生活應用中取得較大經濟效益，提升人們適應改造自然的能力，現代仿生學已不局限在幾門學科，而是延伸到材料學、航空學、航天學、機械動力學等多學科領域當中。

1.2 仿生設計的發展

仿生設計是為實現或滿足人們的某種需求而產生的一種思想方法行為，20世紀80年代仿生設計基于學科基礎上得到發展[2]，以自然生物作為研究的目標和對象。藝術領域的仿生設計不僅具備自然科學的嚴謹邏輯性，而且具備藝術科學的特點屬性，在拓寬符號語言學發展道路的同時延伸環境生態學在藝術領域的范圍。在不同時期仿生設計的理念目的意義不同，從過去到現代，從早期為了生存的自然生命崇拜仿生設計轉變為生活方式設計[3]，仿生設計具有了更為豐富的內涵屬性，立足于人類自然科學體系與人工系統仿生設計。

1.3 仿生兒童家具概念

兒童家具不僅要滿足直接用戶兒童玩耍伙伴的需求，將兒童家具賦予象征游戲意義，推動兒童身心智力成長發育；而且要達到間接用戶使用家具的需求[4]。在仿生設計中要求能考慮到家具使用的具體場合，尋求共同的特征形態，在滿足兒童家具設計原則的同時，使得家具產品作為媒介幫助兒童認識了解世界，創造出具有實用功能與教育意義的兒童家具產品，提高產品附加價值，增強市場競爭力。

2 仿生兒童家具設計中的問題現狀分析

據不完全統計，約有47%的家庭有購買兒童家具的需求，兒童家具設計與制造的市場需求與日俱增，但就目前市場銷售的兒童家具用品來說，一些問題仍然比較突出，較多兒童仿生家具產品缺乏全面化設計理念，主要體現在：

市面上家具產品較多以收納為主，探索玩樂游戲家具較少，色彩、形式結構缺少豐富性，兒童家具產品形態固化，模塊化設計與延續性設計需要強化[5]，此外兒童家具產品雷同現象居多，大部分為成人家具的濃縮版本，兒童家具缺少產品系列化設計，同時為了降低產品生產成本，設計師沒有對兒童群體進行深入全面的調研，并將兒童家具產品生產周期縮減。由于兒童生理發展較快，經常使用尺寸規格不合理的家具產品無法滿足兒童家具日常使用需求，更會引發駝背、脊椎彎曲、視力降低等身體問題。因此我們應在積極學習先進設計方法與制作技藝的基礎上構建設計理念與設計準則，根據不同年齡層面劃分生理心理需求，設計上力求健康環保富有益智趣味性，運用科學合理化的色彩搭配為孩子營造舒適氛圍。

3 兒童家具仿生設計的分類與原則

3.1 常見仿生設計的分類

3.1.1 形態仿生

形態仿生對生物形態進行認知挖掘，對兒童家具進行創新構思設計，結合美學進行概括提煉，將自然物象內化于兒童家具產品設計中。基于形態仿生的兒童家具產品呈現具象形態仿生和抽象形態仿生兩種設計方式。具象形態仿生設計遵循生物體本身物象，逼真再現生物形態，常運用于玩具用品等裝飾性產品中，直觀明了，生動活潑，富有自然情趣性。抽象形態仿生設計通過概括提煉手法表達家具內在本質特點，富有抽象簡潔性[6]。Avlia兒童家具（圖1）受到農場風格生活的影響，將農場動物形態與家具功能進行結合，牛形書桌、貓狗凳子、小豬玩具箱、小雞鉛筆盒，家具玩具的簡單形態強調其純粹的本質特征，為兒童想象力與創造力預留足夠空間，鼓勵兒童進行自然創造性活動，集合的每個家具對象作為玩具與功能項目的同時，為兒童游戲搭建場景。家具表面材質選擇當地斯拉夫尼亞橡樹為木質裝飾，更好推廣當地地域文化與特征。

■圖1 Avlia兒童家具示意圖

3.1.2 肌理仿生

肌理仿生將自然生物表面紋理圖案材質運用家具設計中，肌理材質含有豐富情感色彩，光滑石材代表冰冷嚴謹，粗糙木材代表原始厚重，根據自然生物表皮特征，將家具產品表面質感肌理進行仿生設計，增強家具產品功能及表現力。其注重的是家具產品表面材料帶給人的感受，而不僅僅是產品表面材料結構。這種經過人類本能的積累，所帶來的感受早已超越人類低級觸感[7]，而逐漸上升到情感認知層面，利用不同材質肌理是豐富表達空間，滿足人類潛意識精神需要的體現。

3.1.3 結構仿生

結構仿生通過對自然生物體內外結構的認知，結合兒童家具產品設計的概念及目的，將結構原理應用到設計中，使家具產品具備生命意義及自然美感[8]。結構仿生常用設計方法分為兩種，前者運用自然形體結構作為空間結構形體模仿對象，后者運用晶體、索膜等結構進行模仿設計，并強調造型美感，是美學與科學雙重兼備的仿生設計。

3.1.4 功能仿生

功能仿生是設計產品模仿自然生物體的產物，根據生物體特殊功能來捕捉設計靈感，通過技術上的模擬設計，使產品更具有優越性，以此達到人類自身的雙重需求。經過調查分析發現，自然界動植物身上的某些功能遠超人類在此方面進行的科研成果。通過模仿動植物功能以此建造或改進技術系統，促使人們對家具產品進行開發研究，為人們學習運用研究生物系統功能和結構提供方向[9]。

3.1.5 色彩仿生

色彩仿生有賴人眼感官的感知，基于人眼可見光譜范圍，家具產品表面色彩材質因其對光的反射而被人眼感知，而究其本質，色彩作為抽象符號進入人類心理感知的潛意識層面；色彩仿生不僅具有情感層面，而且拓寬人造色彩的廣度深度。在生態環境惡化的當今社會，人類對于自然生態環境表現出深深眷戀之情，在此種情況下，設計師通過提取概括手法將生物色彩運用到兒童家具產品中，既能實現家具功能使用感，又從生理心理角度與家具使用者達到情感上的一致，實現自然與生活環境的一致性，并帶給人豐富的視覺心理感受。

3.1.6 意象仿生

意象仿生利用自然生物體外觀形態在人類集體記憶中的觀念來達到趣味性效果，意象仿生不求精確模仿生物外形，而是利用記憶抽象化符號進行設計，激發人類對自然生物體的記憶聯系。日本柳宗理設計作品“蝴蝶凳”為意象仿生的典型代表，模壓而成的纖維板通過金屬構件連接固定，整體造型使人聯想到蝴蝶翅膀，體現意象仿生的韻味。

3.2 常見仿生設計的原則

3.2.1 安全性原則

安全性為兒童家具產品設計的第一要義，因此在選材上，兒童家具產品所用材料要安全環保[10]，運用編織材料時要注意對物體表面進行光滑處理，避免因為木刺出現劃傷兒童皮膚。并應仔細檢查產品表面涂料材質是否含有危險化學物質，盡量選水性涂料或不含有機溶劑涂料。結構方面，兒童家具產品構造要堅固牢靠，力求達到較高的抗壓沖擊力。兒童家具產品要進行無棱角化處理，加裝防撞裝置，家具設計盡量減少零配件的使用，避免孩子錯誤吞食。家具產品硬度應符合國家安全規范化標準，尺寸設計等要符合兒童人體工程學標準。

3.2.2 適用性原則

進行兒童家具設計應充分從用戶、家具、使用場合三方面進行分析，思考兒童家具的使用用戶是誰？在哪些場合使用？對兒童的成長幫助體現在哪些方面？2012年國家教育部頒布《兒童學習發展指南》，將動作發展列為兒童健康領域的重要位置之一，借助游戲兒童家具設計，促進兒童游戲運動認知的同步開展，達到兒童情感、個性化發展的目的，設計時考慮兒童社會性發展要求，做到既考慮到兒童自身又考慮到兒童共處對象。

3.2.3 延展性原則

隨著兒童成長，其對空間需求也在增長變化，兒童仿生家具設計應適應兒童各階段生長發育特點，研究可調節兒童家具產品，滿足消費者不用頻繁更換購買適宜兒童年齡層的家具產品，利用榫卯插接、螺絲鉆孔等方式任意調節桌椅高度，通過延展性家具設計達到與孩子共成長的目的[11]，提升家具使用率。Torafu Architects工作室設計的Dice家具（圖2），由三合板制作而成，外圍用橡膠邊緣進行設計，兒童可以將其設計成書架、工作桌、帶抽屜的桌子等多種功能家具，Dice不僅兒童可以使用，成年人同樣可以，既是一件多功能實用家具，又是一段美好回憶。

■圖2 Dice家具示意圖

3.2.4 益智性原則

趣味性的家具產品能激發兒童好奇心與探索欲，兒童通過變換拼接、調節伸縮使一個個單體家具組合成為一個整體，例如兒童紙板材料家具結構緊湊、體量矮小，設計結構上運用穿插折疊方式，培養兒童動手操作能力。蒙臺梭利通過實例研究證明，自然體系賦予兒童內在秩序敏感性，通過兒童內在秩序敏感性進行家具設計，家具產品的積極性能潛移默化培養孩子在玩樂同時完成對物品的收納，培養孩子的責任管理意識[12]。在選取家具產品模擬對象中，Omega家具（圖3）采用彩色層壓板涂層膠合板制作而成，配有不同類型配件與繩索作為手柄，通過設計師的配件切割，為線條帶來較為強烈的個性。家具產品外觀設計富有活潑表現力，產品形態造型新穎，鮮艷的色彩更能滿足孩子的好奇與熱愛。

■圖3 Omega家具示意圖

4 未來仿生設計在兒童家具設計中的應用發展

4.1 模塊化設計打造多功能兒童家具

模塊化設計將家具產品的研發周期進行縮短，標準化流程提升工作效率，家具零部件的即時拆卸確保運輸的便捷性，標準化零部件接口簡化家具產品設計流程，提高工作效率，降低生產成本，標準化接口、自由組合方式確保家具產品使用易操作性。系列化隨著兒童在家具功能形態上的需求變化進行更迭改善，延長家具產品的使用壽命，體現拼合拆卸、功能間調節拓展等特點。用戶根據兒童身高增減模塊進行尺寸調整或改變模塊搭配組合方式實現產品功能轉換，兒童家具產品結構、模塊化功能部件確保家具維護的便利性，通過模塊的組合搭建，兒童家具產品零部件間實現區域功能的模塊化劃分，拆卸組合又達到家具功能上的延伸拓展，促進不同模塊間的功能銜接與轉換。兒童家具的模塊化設計更能滿足不同用戶的實際使用需求，提升企業生產效率，解決資源浪費問題，方便產品更新換代，延長兒童家具使用壽命周期，為更多家庭提供學習工作生活上的便利。

蘇聯阿奇舒勒對專利文件進行研究提煉，建立系統化發明問題解決理論的TRIZ理論，TRIZ理論引入兒童家具設計制造中，具有普適性[13]。不同或同一物體內部部分之間建立聯系共同產生唯一結果，一方面可以在空間上把相同近似物體進行組合，例如，百變魔方兒童凳中相同單體可以任意組合；另一方面時間上將相同類似操作進行聯合，比如BOOM兒童抽屜坐便器，側面為紙巾儲存空間設計，抽屜坐便設計便于清掃；通過兩種功能的組合設計，兒童排便方便清潔。

4.2 系統化理論研究與智能科技實踐應用

仿生設計理論的宏觀化研究與智能科技實踐研究，不僅依靠人機到感性、技術到藝術哲學的宏觀學術理論上的跨越，運用現代仿生創新思維設計為兒童家具產品發展前景提供更多研究思維方向，而且依靠現代仿生學理論及與之相關的圖形信息微觀技術與科學系統化的理論技術。系統理論與智能科技并舉的應用研究，將會構成由目標理念、內容方法組成的仿生設計系統。現代兒童仿生家具設計更具靈活多樣化，通過傳感器、功能芯片的家具植入，能自動調節符合人體工程學尺寸的家具，憑借多種功能芯片能滿足兒童學習生活中的實際需求[14]，智能書桌能自動化調整與兒童匹配桌椅的高度尺寸、燈光亮度，運用數字信息化技術矯正兒童學習過程中產生的錯誤問題[15]。

4.3 人工與自然和諧共存發展的應用

現代仿生系統化理論的確立與發展，提升人類文明長河中古樸的系統思想理念體系，使之成為系統科學化的理論體系，從而指導人類深層思考自然生態內部系統間的平衡關系與價值意義，為探索人與自然間的和諧發展，將自然生物體優異特征與人群實際生活需求進行聯系。運用復合替代法在兒童家具產品設計中，復合材料取代均值材料，例如復合玻璃纖維；若干廉價材料替換昂貴材料，降低或放棄對品質性能的雙重要求，例如紙質兒童家具坐具。以呈現自然界真實圖像作為設計目標，用自身好奇心探索世界，將人群實際需求與系統需求進行對比衡量，用生態學來指導實踐，達到人、自然、生態環境整個有機系統的和諧統一[16-17]。

5 結語

仿生設計系統由一定結構形式、具有某種功能的微觀要素組合而成，同時仿生設計作為系統個體部分從屬于更龐大的宏觀系統。兒童家具仿生設計由以人為本轉化為以自然為本，力圖構建開放互融、交流溝通的系統，探究人工與自然和諧發展的方法途徑。兒童家具的仿生設計應更為關注與宏觀系統間的整體性關系，以系統科學化的思想作為基礎，注重仿生設計個體要素與相關因素的整體聯系性，而不是只關注其中某一要素。