中国传统家具榫卯结构的优化设计研究

■董华君 李 衡 Dong Huajun & Li Heng

(1.2.哈尔滨商业大学，黑龙江哈尔滨 150028）

榫卯结构历经千年，形成了独具特色的构造和美感。然而，时代的变迁使得榫卯结构不得不面对生死存亡的危及，生产、审美、需求的变化逼迫榫卯结构做出改变。同时，新事物的出现，也为榫卯结构提供了新思路、新可能。

1 现代市场对于榫卯结构的需求

1.1 结构与造型

在信息、经济全球化的大背景下，人们开始寻求一种快捷多元的生活方式，对于家具审美需求逐渐多元化。但是就榫卯结构本身来讲，消费者并未提出更多的需求，消费者更加注重家具整体的美感以及功能[1]。因此笔者认为，对于榫卯结构的改良应该倾向于结构与不同形式风格家具的融合。另外，目前实木家具的主要消费群体逐渐年轻化，忙碌的都市生活使年轻人在对于家具的选择上更加倾向于简洁安静的家具，并要求其具有便捷性，因此榫卯结构在造型上也应该趋于简洁，并能够较为容易拆卸，方便运输[2]。

1.2 生产与成本

为了更好地适应现代化工业生产模式，提高生产效率，降低生产成本，首当其冲的便是将榫卯结构在尺寸和规格统一化、系列化。与传统榫卯结构生产的“依榫取卯”不同，标准化的生产方式使生产机械化的成分更加浓重，更加符合工业化的生产模式[3]。

2 工业化为榫卯结构优化设计带来新的可能

2.1 新型材料

新材料就是指刚出现、或者正在研究发展的材料，且具有以往传统的材料所不具有的高性能或者特殊功能的材料；或是采用新的技术和工艺，对传统材料进行新加工，由此显著提升原有材料性能的材料。

新型材料应用于传统的榫卯结构，可以再传承榫卯结构的同时，获得新的含义，它的材料将不仅仅是实木，其生产也将不再依赖于手工，其应用方面也不再只是家具或者建筑[4]。新材料具有传统材料不具备的优异性能和特殊功能，使榫卯结构具有更多可能。并且，新材料的使用还能弥补榫卯家具在现代出现的问题[5]。如图1所示木塑复合材料，是由纤维素纤维和工业级聚合物的混合物制成的新型材料，其具有可加工性好、强度高、材料来源多元等特点，使其在现代设计领域中已经得到广泛重视[6]。对于木塑复合材料应用于榫卯结构制品，木塑材料可以制作出纹理、颜色、触感都和实木家具极为相似的家具，在视觉效果上完全不输实木，而且由于木塑材料对于后期维护费用低，可实现完全的回收再利用，因此在成本上比实木拥有很大的优势[7]。

2.2 新型工艺

在工业化发展的现代，连接件接合、胶接合等接合方式逐渐被引用到实木家具中，同时加工方式不再局限于手工制作，机床加工、快速成型等工艺改变了以往的生产形式，使得现代实木家具形式更加多样化，通过采用不同工艺，添加辅助材料可以使榫卯结构具有更加优异的性能[8]。

许柏鸣提出了“魂系传统，根系现代”的观点，意思是中国家具发展的思想之魂是中国的传统家具文化，而根基要落在现代生活需求和生产技术上[9]。

3 榫卯结构的优化

在榫卯结构改良的过程中，我们需要把握其作为一种连接结构的本质，对其进行解构重构，并在此基础上对其存在的问题进行改进。在已有的研究中，仍然存在 ：部分传统榫卯结构较为复杂，难以大规模生产[10]；对于较为简单的榫卯结构，胶质等辅材的滥用；榫卯结构与现代风格家具的融合问题[11]。我们可以在以下几个方面进行尝试，利用榫卯结构可拆卸的特点，对家具进行模块化，尝试使用木材以外的材料进行榫卯结构及其家具的设计，尝试利用现代加工技术创新结构。在保留榫卯结构本质、解决其存在问题的基础上，进行附加而不赘余。

■图1 木塑复合材料

■图2 直榫结构的三视图

■图3 直榫结构的拼装图

■图4 直榫结构改良设计效果图

■图5 曲榫结构三视图

■图6 曲榫结构组装示意图

■图7 案几结构爆炸图

■图8 案几功能效果图

根据前期的调查分析，逐步明确了传统榫卯结构的改良方向。为解决复杂的榫卯较难生产制作的问题，在改良设计之初可选用易于加工的结构进行改良。根据前期的调查，直榫作为早期榫卯沿用至今，在制作方面较为容易，且对于传统榫卯结构具有足够的代表性，因此将其作为本次改良的对象，并对其进行进一步的分析。在之后的调查中发现，直榫结构在发展的过程中也有过数次改变，并大致分为三类：①添加楔子，通过改变榫头形态使榫头无法抽出，或直接横向插入榫卯阻止其松动；②通过增加榫头与卯眼的接触面积，以增大摩擦的方式减少松动，同时也有利于胶质的使用；③通过利用不同榫卯结构接合方向的不同，限制位移，其效果类似于鲁班锁。另外，直榫一般用于横竖材丁形接合以及平板角接合，并根据榫卯贯通与否、是否开口、榫头形式有着不同的应用[12]。

结合前期的调查，笔者认为可以通过利用不同榫卯结构在接合方向上的不同，使结构互相牵制，在不增加结构复杂程度的前提下，达到良好的稳定性。笔者选择沿用此思路对直榫的大量重复使用进行了尝试（图2、图3）。

在直榫大量使用的情况下，部件之间虽然可以依靠较大接触面积带来的摩擦力保持稳定，但互相制约的特性并不明显。在整个结构中，直榫的接合方向普遍分布于X、Y轴，因此整体依然较为松散。由此，笔者认为应该改变原有直榫结构直入直出的连接方式，错开接合方向。另外，可以利用如重力等外力紧固结构。

在对直榫的改良中，笔者认为应当保留直榫结构简单易于加工的特性，通过对结构形体进行扭曲使接合方向更加复杂，难以形成统一方向。通过对进行几何结构的扭曲得到三种方案，如图4所示直榫结构改良设计效果图，其中Ⅲ号较Ⅰ号更为容易加工，且相对Ⅱ号在接合上更加牢固，同时保留了直榫的特征，图5所示为曲榫结构三视图。

通过对扭曲后的结构进行修正，得到图5中所示结构命名为曲榫，并以官帽椅为原型对结构之间的制约进行尝试，图6为曲榫组装示意图。在设计的过程中，整个座椅被分成靠背、腿足以及座板三个独立部分。靠背及腿足依靠对结构方向的不同起到限位作用，并逐层堆砌结构，在两部分互相结合后，直接将座板放置在座面空隙中。由于座板特殊的功能性，一般情况下使用者不会轻易使其松动，在重力的作用下完成对整个结构的封闭。从整体上讲，曲榫有效减少了结构之间松动的可能，利用重力作为外力阻止结构松动是可行的，并且从中可以看到座椅模块化的可能，但是其整体结构较为繁复，其形式不适用于较为简洁的家具设计。对此，认为可以通过增加对于重力的利用减少榫卯结构的使用[13]。

在案几设计中，较长的形体和较短的连接结构形成了极大的力臂比值，传统的木制材料结构不具备足够的强度，因此选择以合金为骨架覆盖木材的形式，在维持木制家具美感的同时增加连接强度。如图7案几结构爆炸图，图8案几功能效果图。在榫卯结构的优化设计中很好的利用重力对结构位移进行了限制，大大简化其结构的复杂性。再者，由于未使用胶合剂等辅材，且连接结构简单易于拆卸，其模块化非常明显，可依据需求自由变换模块间的组合形成不同的使用功能。

4 结语

榫卯结构经历数千年的传承，以其精巧的构造以及对于材料的合理应用令世人赞叹。然而传承不能仅仅依靠对其的模仿，需要我们结合现代的生产环境以及需要进行适应性的改良。本文通过对榫卯结构起源及发展进行研究以了解其本质，并对其优势劣势进行分析，利用现代技术和材料提出设计新思路，并对其进行验证和实践。传统榫卯结构作为使用天然材料手工加工的产物，工业化发展的背景下自然会被提出新的要求、拥有新的可能。本课题针对现代社会对于榫卯结构需求的变化进行解析，满足现代生活对其的需求，使榫卯结构在现代得以发展。

研究再设计榫卯结构是漫长的过程，本文对于榫卯结构的研究再设计仅仅是一个开始，希望通过这项研究能为传统榫卯结构的改良提供一种新的方法和思路。文中结构的合理性、可行性和实用性依然需要时间的检验。

（责任编辑：肖 佳）

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