基于功能方法論的公共涼亭造型設計研究

摘要：因地制宜是設計者需要秉持的重要設計原則之一，在該原則下，設計不僅要與地域環境的各種元素相宜，更重要的是表現深層次的意義，如在設計中融入地域文化，以此喚醒群體記憶，展現深層次的地域特色。不同地域的發展實際可利用的資源不同，其中就包含地域文化，地域文化影響著區域的發展，也影響著作為區域文化載體的區域公共設施的設計。在產品設計過程中，功能分析法的應用極為重要。它幫助設計團隊明確用戶需求，并將其轉化為產品功能，然后通過分解總功能，尋找最佳解決方案，指導產品的功能設計和形式創新。應用功能分析法能夠促進產品的可靠性和用戶體驗的提升與優化。文章對文華村公共設施設計發展現狀展開研究，采用功能方法論對文華村涼亭設計需求進行分析，通過黑箱法確定總功能，通過列出功能元構建功能結構樹，通過篩選和評價得到最佳原理解，最后形成設計方案。

關鍵詞：功能方法論；公共設施設計；黑箱法；功能分析

中圖分類號：TU998.9 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）19-00-03

1 公共設施的發展意義

當前的公共設施設計趨向統一，而地域文化的融入變得越來越重要［1］。設計師可以借鑒地域元素和文化，將其轉化為設計實踐。在設計過程中，需要尊重傳統和當地文化特色，并通過藝術加工來表達特定區域的生態、民俗、傳統和習慣。地域文化在公共設施上的體現主要包括外形、材質和工藝。外形方面，可以運用具有地域特色的幾何紋樣進行裝飾，同時考慮實用性和審美性。材質方面，應多考慮地域性較強的材料，并適度借鑒國外經典元素加以提升。工藝方面，需要從地域文化的角度出發進行考慮。通過借鑒地域元素和文化，可以促進公共設施的材料升級和效果優化。

2 上海文華村現狀

上海市新浜鎮文華村是坐落在上海市西南部的一個小村落，早年間是由多個自然村共同組成的，之后由文華村、涇圩村撤并組建成立現在的文華村。通過文獻調研發現，正是由于文華村這種多村合并的特質，其村莊文化元素錯雜，即便如此，合并之前仍然具有共同的文化底蘊。文華村三面環水，適合蓮花生長，有悠久的種蓮歷史，秀麗的自然環境為當地民俗民風的發展奠定了基礎。研究發現，文華村的公共設施具有安全性不強、功能性不足、耐用性不強等多方面的不足。

3 功能分析設計方法

功能分析是基于產品功能實現滿足使用者需求的設計方法之一，它以產品的功能為出發點，通過系統分析，將總功能分解為相互獨立的分功能，尋求最佳解決方案，并避免受到傳統思維的限制，激發設計創新動力。這種方法在產品設計中具有重要作用，可通過系統論思維方式實施。

3.1 總功能定義及分解

產品設計的初始階段需要明確用戶對功能的需求，并通過功能分析方法來準確定義總功能，揭示關鍵功能和交互過程。在功能分析中，可以采用黑箱法［2］等分析方法，對產品的總功能進行深入研究。因此，在產品設計過程中，總功能通過簡化和逐級分解，形成功能結構樹，展示功能之間的層次和依賴關系，為產品設計和開發提供指導，明確最小功能單元。

3.2 功能元求解

功能元求解是將功能轉化為具體物質形式的過程，通過該過程可以確定實現各功能元所需的技術手段和物質實體。在功能分析中，可以列出各子功能或功能元的原理解，并構建形態學矩陣，以系統比較不同原理解的組合情況，為產品設計的下一步決策提供參考依據。這一方法為功能分析的進一步處理提供了重要指導。

3.3 求解結果組合與評價

實現總功能需要協同作用的子功能或功能元的組合，在功能分析中，可以通過形態學矩陣找到可行的原理解。為了實現產品的總功能，需要對多種原理解進行評價和篩選，考慮其可行性、效率、成本等因素，并與產品需求進行對比和匹配。通過科學的決策選擇最佳的原理解，為產品的詳細設計提供指導。

4 上海市文華村公共設施功能分析

4.1 黑箱模型建立

基于需求定位，設計要求可以總結為以下幾點。通過對文華村的公共設施篩選，最終設計產品被定位為稻間藝術工坊涼亭。首先，考慮使用環境，需要具備安全性、耐用性和功能性，為游客提供富含地域特色文化的休息場所，并注重突出地域文化特色。在產品設計中，需要融入文化元素，以充分展現稻間藝術工坊的主題。其次，產品造型應符合人體工程學原理，以確保舒適的使用體驗。最后，考慮拓展與組裝。產品需要滿足在稻間使用環境中進行平臺組裝和搭建的要求。綜上所述，對該產品的總功能定義為：固定的、具有文化特色且適合休閑的稻間藝術工坊涼亭。其黑箱模型如圖1所示。

4.2 稻間藝術工坊涼亭功能分解

鑒于稻間藝術工坊涼亭總功能的抽象性，為了尋找滿足總功能需求的解決方案，需要以用戶需求和使用環境等因素為基礎，在物理和視覺層面對總功能進行系統分解，將其按照目的與手段的關系逐級細化，通過直接求解各個子功能或功能元，最終通過它們的組合來實現總功能。圖2展示了分解后的功能結構樹。

4.3 稻間藝術工坊功能元求解

功能的原理解是為了實現各個功能元的物理作用而尋找的方法。因此，功能的原理解可以表示為：功能元的原理解=f（科學原理及其技術效應、功能載體）。同一個功能元可能存在多種解決方案，因此根據子功能需求，運用直覺判斷、調查分析等方法進行驗證［3］。利用形態學矩陣，可以列出稻間藝術工坊涼亭各個功能元的原理解形態學矩陣，如表1所示。

根據形態學矩陣，通過排列組合功能元的原理解，理論上可以得到144（N=3×4×3×4）種不同的組合方案。

4.4 稻間藝術工坊評價與決策

形態學矩陣可求原理解過多，為了得出最佳原理解，本研究采用以下三條規則進行評價。

（1）為了確保功能元符合設計要求，其原理解之間需要相互兼容。在稻間藝術工坊涼亭設計過程中，其設計旨在實現結構的牢固性和舒適性。采用模塊拼接式的遮陽組件，會導致遮陽組件不能實現底座組件的牢固性鏈接，形式過于零散，不利于使用時各連接點的穩固連接。因此，本研究決定排除模塊拼接式的連接方式，從而將組合方案的數量減少至108種。見表2。

（2）篩選功能元較佳的解決方案，并根據該解決方案選擇與其兼容的其他功能元原理。在涼亭設計中，結構穩定和形式美是關鍵，直接影響涼亭的安全性和使用舒適性。通過研究相關資料和借鑒工業設計經驗，分析表明采用不同的拼接結構搭配更有利于實現遮陽功能。因此，本研究選擇了混合組裝式的遮陽組件（包括塔吊式和混合組裝），以達到最佳穩固性、實用性和可生產性的目標。為實現拓展平臺的支撐結構單元，選用了安裝便捷、操作簡單且易于維修的標準支架。考慮到涼亭所處景區空曠且受大風影響較大，決定采用入地式支撐方式。基于前文分析，排除非優先功能元，剩余組合方案減少到12種。見表3。

（3）在篩選方案時，需要剔除不符合設計要求和不滿意的解決方案，同時考慮到組合后的方案應具有合理性和經濟性。在稻間藝術工坊中，涼亭被用作四處無休的休息場所。因此，排除了站立式的休息方式，考慮到半躺式休息方式的材料需求量較高。設計過程中的重點圍繞涼亭的安全性、文化相容性、使用者的安全性，排除現代幾何式與幾何仿生式。傳統建筑的木質結構涼亭在塑造形狀時成本較高，因此在保證結構組裝性和文化傳承性的基礎上，選擇了仿生式。該形式具有較高的舒適度、美觀度。這樣的選擇在滿足設計要求的同時，也考慮了涼亭的舒適性和觀賞性。

通過這三條評價標準，決策出滿足功能目標的最佳原理解為：A3+B4+C1+D1（坐姿式+混合組裝式+入地式+仿生式）。

5 稻間藝術工坊涼亭設計

通過對文中內容的分析，明確稻間藝術工坊涼亭的設計需求、功能和最佳原理解，根據原理解明確設計需求。為了更清晰地表達設計方案，采用數字建模的方式來呈現設計細節和概念。這樣可以使設計思路更加具體可視化，并為后續的制造和實施提供指導。

根據得出的最佳原理解組合（坐姿式+混合組裝式+入地式+仿生式），根據最佳原理解進行設計實操得到最終設計方案，如圖3所示。

6 結語

針對公共涼亭的設計研究過程，得出如下結論。

第一，將稻間文化通過仿生提取與涼亭功能結構有機融合，實現文化和公共設施的融合。它不僅具備景區涼亭的美觀和標志性特征，還能滿足文化旅游和實際使用需求，同時也為公共設施產品的品類拓展作出了貢獻。

第二，該設計方案以文華村公共設施的功能需求為基礎，采用功能分析法對涼亭功能進行分析得到最符合的需求描述，以便在設計過程中使設計思維更加清晰。

第三，該設計方案基于文華村建設和需求，可為類似地區的公共設施建設提供參考，為設計師提供設計思路。

參考文獻：

［1］ 韓沫，范昌達.基于地域文化背景的現代城市公共設施設計研究［J］.住宅與房地產，2021（34）：98-100.

［2］ 劉杰，侯智，廖林清.基于功能分析的產品創新方法研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2004（8）：16-18.

［3］ 李志春，包長江，李日輝，等.基于功能分析法的景區營地建造車設計研究［J］.機械設計，2022，39（2）：129-137.

作者簡介：萬浩田（1997—），男，江蘇淮安人，碩士在讀，研究方向：設計學。

高矚（1965—），男，上海人，博士，教授，研究方向：交通工具設計形態學及其產業化。

基金項目：本論文為2022年度上海市促進文化創意產業發展財政扶持資金支持項目“‘上海工程技術大學工業設計中心’設計創新成果”研究成果，項目編號：2022410013V0