移植法對設計的作用
——以熱力學熵定律為例

呂瀟然 冷先平*

設計是一個創造的過程，與人的思維邏輯密不可分，設計師的思維方式決定了設計實踐過程和最終的設計結果。移植設計是設計思維中的一種設計方式，通過學科縱向或橫向交叉，將不同手段和邏輯植入設計之中，目的在于突破固有思維模式進行設計，從而取得創新性成果。本文將分層次全面論述如何進行移植設計。

1 移植的定義與范疇

移植一詞從最開始的植物學范疇引申到生命科學、計算機科學、機械制造以及自動化工程領域等。科學范疇的移植包括植物學范疇的植物移栽、生命科學范疇的器官移植、計算機科學范疇的源代碼移植等。

2 移植與設計

當移植概念從科學范疇引申到設計學范疇時，指將已有的成果或者思想運用于新的設計對象，使用一種新的設計方法、方式、理念進行設計，從而取得創新性的設計成果。經過初期的項目調研和數據分析之后，便可以引入移植設計法進行設計，從設計項目的形態、色彩、結構、材料、原理入手并采取不同的方法進行移植設計，達到創新的目的。

2.1 移植設計的類型

移植設計的類型多種多樣，總體分為精神和物質2 個層面。物質層面包括形態移植、色彩移植、結構移植及材料移植；精神層面主要為原理移植，或理解為思維、理念的移植，如改變設計方法、設計原理、設計理念等。在移植設計時，需選擇合適的類型，以獲得較好的效果。

2.1.1 形態移植

形態移植是指將對象A 的外形應用到對象B 的設計之中，通過再設計整合兩種形態，講求各個設計元素之間的協調與統一。站在使用對象的角度，所有移植設計的方式中，形態移植是最直觀的方式，可直接被使用者所感知。例如，在日常生活中，方糖因為定量定容十分方便，相對散裝砂糖更受消費者喜愛，擁有更好的銷量。在日本東京“無印良品”第二屆設計大賽中，設計師利用該原理將方糖的形態植入鹽的生產過程中，將散裝鹽變成方形鹽塊，方便消費者定量食用，且能帶來全新的感官體驗。

2.1.2 色彩移植

色彩移植是指將其他事物具有鮮明特點的色彩移植到產品設計中，創造別出心裁的設計品，達到改善功能或吸引使用者的目的。例如，在產品包裝設計中，黑白奶牛斑紋本是牛奶產品的經典包裝配色，而設計師為了凸顯產品的綠色無污染，使消費者在購買時有“無污染”“安全”“放心”的直觀感受，將代表自然環保的“綠色”植入黑白奶牛斑紋中，形成綠色奶牛斑紋的包裝設計，給人煥然一新的感受。

從圖4可以看出，3種巖石單軸壓縮過程中應力-應變曲線特征有所不同，在單軸壓縮過程中應力-應變曲線可分為壓密、彈性、屈服和破壞4個階段。在加載初期曲線呈下凹，隨著載荷增加試樣內部原始節理、裂隙不斷閉合曲線斜率不斷增加，稱為壓密階段。當載荷繼續增加時應力-應變曲線大致呈線性進入彈性階段。當繼續增加載荷達到試樣內部強度較低材料強度時開始屈服，此時曲線將偏離直線向下偏轉進入屈服階段。一旦應力達到試樣的承載極限時，試樣內部出現宏觀滑移破壞，載荷隨壓縮變形增加而逐漸降低。

又如，傳統計算機鍵盤設計非黑即白，給使用者刻板、沉悶的印象。德國鍵盤制造廠商CHERRY 推出多種鍵盤系列，這些系列的鍵帽顏色豐富多彩，深受消費者青睞。其中最具有代表性的是“彩虹”鍵帽和“布丁”鍵帽系列，分別將自然元素和食物色彩植入鍵帽設計中，配以彩色鍵盤燈光，帶來奇特的視覺體驗和新奇的使用感。

2.1.3 結構移植

結構移植是指在進行設計時把對象A具有優勢的結構應用到對象B 中進行重組，形成具有新結構的對象C。在進行結構移植時，需要注意以下2 點。

（1）以A 事物本身所存在的問題為出發點，尋找合理的結構B 進行移植。

（2）需要廣泛選取結構移植對象，被移植對象的范圍除了同類事物、同一學科門類之間的縱向移植，還應留意不同事物、不同學科專業領域之間的橫向交叉。

談到結構移植，不得不提到仿生學。仿生學與其說是一門學科不如說是一門方法，其通過移植自然結構進行設計。例如，日本新干線列車將翠鳥喙部獨特的流線型結構應用于車頭設計，使列車高速行駛時的空氣阻力減少13%，從而整體提速10%，節能15%。由此可見，合理且適當的結構移植不僅可以修復現有對象存在的設計缺陷和問題，還能夠在融合兩事物優勢的同時，克服自身缺陷，從而設計出具有新結構的新事物。

2.1.4 材料移植

所謂材料移植，并不是憑空創造或生產一種新型材料，而是從更新產品、改良性能、節約資源、降低成本的角度出發將產品A 的材料移植到產品B 的結構中，從而創造性地設計出產品C。然而，將現有設計品材料不經任何加工直接應用于新產品的方式，只能稱為材料借用而并非材料移植，對現有材料進行加工且首應用于該類產品的過程才能稱為材料移植。材料的差異可以用來塑造不同的產品形態和體驗，使同類產品產生差異化和創新性。

縱觀家具設計史，木材曾是家具最早且最普遍使用的材料。由于傳統家具過于笨重、龐大，功能單一，逐漸不能滿足使用者的需求，于是20 世紀出現了第一批設計大師，他們將新時代的工業技術和審美觀念相結合，設計出了適應新時代需求的家具產品。1925 年，馬歇爾·拉尤斯·布勞耶設計的瓦西里鋼管椅，是將彎曲的鋼管這種充滿新意的材料植入家具設計中代替傳統的木材，該作品對新材料的移植應用啟示了無數設計師。在現代社會，材料的移植設計也十分常見，如陶瓷編鐘、瓷勛、瓷笛就是陶瓷材料移植到樂器上的體現，這種設計手法不僅豐富了樂器種類，也創造出了獨特的樂器音色。

2.1.5 原理移植

原理移植也可以理解為思維、理念的移植。在所有移植設計的方式中，該方式難度最大，但往往呈現出乎意料的效果以及巨大的創新性。英國科學家貝弗里奇曾經說過，移植思維是科學發展的重要方法，重大發現和科學成果往往來自于移植。該觀點不僅僅局限于科學領域，不同學科、領域之間的思想、原理也同樣適用，可通過聯想、類比找到事物共同點并以此為切入點進行理念上的移植設計[2]。

例如，著名建筑設計師扎哈·哈迪德在設計時經常將數學的抽象幾何原理植入建筑設計中，將高等數學、抽象化以及曲面等高難度概念與解構主義相結合，從而設計出驚為天人的作品。拓撲學被稱為橡皮膜的幾何學，封閉曲面的拓撲復雜程度由虧格決定，扎哈·哈迪德曾在作品設計過程中追求數學理念上的拓撲突破，并在設計廣東省廣州歌劇院時引入了數學中“凸體幾何”的設計概念。該方案靈感來源于卵石在河谷中被侵蝕的過程，是一種對城市文脈的探索，同時也是不同學科、不同領域原理的創新性移植范例。

2.2 移植設計的方法

移植設計的方法包括技術移植、橫向移植、縱向移植、綜合移植等。技術移植是指將其他學科、領域內的新科技與技術運用到產品本身或制作過程中；橫向和縱向移植是指不同學科門類、專業領域以及相同學科門類、專業領域之間的移植；綜合移植是指綜合以上幾種方式進行設計移植，這就需要設計者具有一定的整合能力，運用多種移植方法進行設計。

3 熱力學熵定律在設計中的移植應用

下面以熱力學熵定律為例，探討不同學科原理在設計中的移植。熵本是物理學中熱力學第二定律關于熱現象不可逆的物理學概念，隨著其揭示的熱機原理被人們普遍接受，后來該概念又被移植到信息學、哲學、生命科學、社會學以及經濟學等不同學科與領域。

3.1 熵的概念

熵是熱力學中表征物質狀態的參量之一，用符號S 表示，是體系混亂程度的度量。1850 年，德國物理學家和數學家魯道夫·克勞修斯在其論文中首次明確指出熱力學第二定律的基本概念，每當能量從一種狀態轉化到另一種狀態，就會得到一定“懲罰”，這種懲罰就是損失了能在將來用于做某種功的一定能量。1865 年，魯道夫·克勞修斯又提出熵的概念，即熵是對熱系統熱平衡程度的量度，或者說是對非自由能狀態的量度，是不能再被轉化為做功的能量總和的測定單位。1923 年，我國物理學家胡剛復將entropie 譯為“熵”；阿爾伯特·愛因斯坦認為熵是科學界第一理論法則。

一切真實發生的自然過程均為不可逆的熵增過程，在一個孤立的系統中，沒有外力及能量的作用下，整個系統最終走向穩定、無差別、無變化。當人們將整個宇宙看作一個孤立系統時，這個系統最終會走向穩定，向平衡狀態發展，一切不對稱和不平衡分布的狀態終將消失，最終走向生命的終點— —回歸寂寥[3]。

克勞德·艾爾伍德·香農是通信領域的創始人，他將熵的概念移植到信息論中，用信息熵來描述信息源的不確定程度。在信息論中，獲取信息使系統趨向有序，系統吸收負熵；丟失信息使系統趨向無序，系統熵量增加。總體來看，負熵有利于系統趨向平衡與發展，生命作為個體生物系統從環境中吸取負熵得以存續。熵原理說明，任何一個自然進程中建立良好的負熵系統可以促使系統實現可持續發展，非物質設計以及低熵化設計可以為設計進程提供目標與思路。

3.2 將熵的概念引入設計

隨著科學研究的發展和認識的不斷深入，作為物理學概念的熵早已滲透到社會科學的各個領域，涉及信息論、控制論、哲學以及經濟學等多個學科領域[4]。將熵的物理學概念移植到設計中可以發現，設計領域中的熵化現象反映了理性主義被逐步僵化的設計理念所限制，造成視覺心理不平衡，從而走向衰敗。

尼采說，生命僵死之處，必有法則堆積。大部分事物的衰敗都是由于長期故步自封以及迂腐的法則使得整個系統缺少外部刺激與活力，逐步走向平衡導致達到“最大熵”。若想使系統恢復活力，則整個系統要對抗熵增；若想對抗熵增，則需引入耗散結構。由于耗散結構具有不平衡性和開放性，可使系統減熵，因此設計時可以將該結構原理移植到設計作品中。

例如，理性主義難以克服自身程式化嚴重以及設計手法單一、枯燥、缺乏人情味的缺陷，從而日趨衰敗。如果經常使用同樣的設計方式和手段去設計不同的作品，將導致設計內容程式化、模塊化嚴重，設計作品大同小異，逐步走向熵增。通過植入耗散結構原理，打開理性主義設計封閉的“匣子”，引入非理性主義這種新的不平衡能量，為設計作品注入活力，使得理性主義得以重生[5]。

3.3 熵化設計案例

解構主義構建了非理性主義熵化秩序，是藝術熵化的體現。在藝術設計界，解構主義發端于建筑，其重要代表人物為荷蘭著名的建筑設計師雷姆·庫哈斯。隨著當代建筑和其他藝術的相互滲透、相互影響，解構主義很快進入服裝設計、平面設計以及工業設計等其他藝術設計領域。

美國著名平面設計師戴維·卡森被評選為“美國過去20 年最具有創造力的人物”之一，其平面作品展現出類似自然界物質衰敗所呈現的熵化過程。隨著現代主義、國際主義風格在建筑界的流行，理性主義設計逐漸進入平面設計、產品設計以及雕塑設計等各個設計領域，簡潔、理性、統一的設計成為千篇一律的設計模板。就在此時，卡森作品展示出超時代的先驅性，風格激進、手段獨特，打破常規對于理性設計的定義，以往設計中充滿平衡和精確性的構成主義消失不見。卡森重新解構圖片和文字，以顛倒的順序和殘破的形式取而代之，各種元素無規律、無邏輯、跳躍式的浮現于紙面，甚至在印刷過程中滴落的油墨也成為別具一格的設計特征，這在當時是開拓性的設計實驗，取得了巨大的反響。卡森無疑是非理性主義的先驅，他的設計打破了理性主義僵化的思維模式并為其注入了新鮮血液，使得理性主義重獲新生。

4 結語

當代設計師可通過學科縱向或橫向交叉將不同手段和邏輯植入設計中，突破固有模式進行設計，從而取得創新性成果。這其中包括不同產品形態、結構、色彩、材料、原理各部分的移植，也包括不同研究領域理念的植入，應努力探索多領域及交叉學科，接觸不同學科的先進思維和理念，突破思維禁錮，使設計作品擁有更多可能性。