混凝土产品设计开发方法探究

白铭玉　郑刚强　王武峰

摘要：为探究混凝土产品开发的设计规律与方法，引导混凝土产品设计开发的发展方向。综合运用文献检索、交叉研究、案例分析、经验总结等方法。归纳了装饰混凝土材料的物理与化学属性、文化与美学屙l生以及商业属性。提出了以混凝土材料属性为基础，从市场、美学、工艺三个维度共同设计推进，完成产品演化的混凝土产品的设计开发流程。阐明了质感设计法、形态推敲法、调色创新法、材料搭配法和工艺分析法五种混凝土产品的设计开发方法。

关键词：混凝土 产品设计 产品开发

中图分类号：J05 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2019）08-0022-03

引言

在产品设计中，材料起到承载者的作用，是产品的物质基础，对产品的造型、结构、生产成本、生命周期、精神品味以及使用体验等方面都有直接影响。超出传统的产品设计选材范围，合理运用新材料，可以实现产品设计的革命创新，是产品设计师的一大突破方向。

混凝土材料在土木建筑领域应用广泛，近年来在产品设计中初有应用尝试。但多数以景观装饰或创意艺术作品的形式，不具有产业化规模。目前，国内外针对混凝土产品设计研究较少，缺少系统地针对混凝土产品批量开发的设计方法研究。充分利用装饰混凝土材料的诸多优势，配合现有工艺技术基础，融合艺术与创意思维，通过设计与营销手段，完成面向市场的新产品。可以大幅提升材料的附加价值并开拓新的产品设计方向，从而带动产业升级发展、促进学科交叉，具有重要的经济及社会意义。

一、混凝土的材料属性

混凝土是一种由骨料、凝胶材料（水泥）以及一定比例的水混合组成，通过搅拌生成流质物，浇灌于模具，经过水合作用在环境中保持稳定状态形成的具有一定高耐压、高耐力的固体。混凝土材料具有良好的耐久性性、抗裂性与沾染性等物质属性;其质感、肌理、色彩以及成型方法赋予其独特的美学价值与艺术变现力;多年来在土木建筑行业大量应用则使其具有特定的文化与商业属性。以混凝土为主要材料进行产品开发，首先应对其材料属性进行探索与分析并充分利用，从而进行功能设定选择与艺术创意发散。

（一）物理與化学属性

当混凝土处于拌合物阶段，具有流动性、黏聚性及保水性，可一次性浇注成型且线条顺畅，表面平整，利用其良好的可塑性可对多种造型进行尝试;而当混凝土硬化后，则具有较好的力学性能、抗裂性能及耐磨性能，可应用于具有一定强度和耐久性功能需求的产品。混凝土材料也是可循环利用的低碳、环保材料，符合可持续设计要求。

（二）文化与美学属性

1947-1952年间，经过工业革命及两次世界大战，由于大量的建筑重建需求，混凝土因价格低廉被西方国家开始广泛应用于住宅建筑。随着科技进步，混凝土技术得到长足发展，目前已成为国内外建筑行业最重要的工业材料之一。如今提及水泥混凝土，人们会条件反射联想到土木建筑行业。因此，产品中混凝土材料的应用便无形中附属了建筑文化与工业文明。混凝土产品在其功能与造型的语义设计之前，仅凭借其材料本身，即可传达出特有的精神语义——建筑与工业。

混凝土在建筑的应用中，往往被包裹于装饰材料之下。而将混凝土直接暴露出来而舍去多余的装饰，则非常符合“Less is More”的现代主义设计风格美学特点。其材料质感、肌理与色泽给人一种刚硬冷漠却又朴实沉稳的视觉韵味，可赋予产品独特的品味格调，有强大的艺术表现力。

（三）商业属性

混凝土产品开发过程中，成本与销量在一定程度上是可控的，这使其具有非常良好的商业属性。混凝土材料在土木建筑行业中的重要作用决定了其具有完整的一套包括生产、销售、使用甚至回收等环节及周边产业的商业链。装饰混凝土产品凭借其文化属性以及其对混凝土产业结构的积极作用，对于此商业链中的每个企业都具有强大的吸引力。从而获得相关技术支持与合作，并产生一定的订单销量。装饰混凝土产品开发可以对合作企业的余料、废料进行回收利用。通过设计加工形成系列产品作为企业的定制礼品被购买。这样便形成了绿色可持续的顺应混凝土产业发展趋势的新兴产业。

二、混凝土产品设计开发的流程与方法

（一）混凝土产品的设计流程

混凝土产品设计开发是通过艺术设计手段，提升混凝土附加值、增强其艺术感染力，形成商品的过程。可促进艺术设计与材料科学交叉融合、完成产业升级。由于目前装饰混凝土产品大批量生产工艺还不成熟，已开拓的市场空间较小。且混凝土材料本身并不适于大规模取代传统工业产品材料。所以其设计开发方法应区别于传统的装饰产品设计开发方法流程，如图1。而是从材料本身的属性出发，针对特定的目标用户的市场需求，选择具有可行性的生产方式。以设计手段充分发挥混凝土材料的特点，以较短的设计周期完成低市场风险的、小批量生产的、具有混凝土特色的装饰产品设计开发。即以材料为基础，从市场、美学、工艺三个维度共同设计推进，完成产品演化，如图2。

（二）混凝土产品的设计定位

根据混凝土材料的属性分析，对混凝土产品购买意愿最强的目标用户可分为两类：土木建筑行业者与现代主义美学喜爱者。前者购买意向源于行业情怀与商业背景。针对此类用户，产品开发的设计意象来源应紧密围绕建筑文化及工业文明。也可以根据特定的企业或产品定制文创纪念产品。后者购买意向源于混凝土材质的艺术美学表现力。针对此类用户，产品的设计开发则应尽可能凸显混凝土的质感。使用现代主义的造型语言，使产品可以传达用户的艺术品位。

（三）装饰混凝土产品的设计技巧

1.质感设计法——以独特的质感确立整体风格

从原料的角度，水泥混凝土是水泥、骨料、水及根据性能要求添加的外加剂等材料的混合物。通过对原材料的种类和配比的调整，可以控制产品的粗糙度、色泽、肌理等质感效果。从工艺的角度，水泥混凝土通过浇筑成型，且成型后容易进行雕刻处理。通过成型模具的造型及纹理设计和混凝土固化后的二次处理，也可以形成立体效果的图案与纹理质感。混凝土材料的使用，由于对材料质感控制的方便、简易与自由，提供了非常巨大的产品表面质感设计空间。而产品独特的质感，可以最先向用户传达出与众不同的视觉与触觉感官信息，完成情感转换。所以在装饰混凝土产品的设计开发中，可首先对混凝土的材料质感进行设计，从而确立产品的整体风格。

不同的混凝土质感可以传达出不同的风格特点，如图3。如表面粗糙有毛刺的质感给人以粗犷狂野之感;骨料暴露的质感给人以纯真质朴之感;磨光处理的质感给人素雅柔和之感;纹理规则的质感给人理性冷静之感等。产品的质感就如同产品的性格，通过混凝土的质感设计可为产品奠定一个情感风格，让产品与用户建立第一步交流。

2.形态推敲法——以优雅的形态协调结构造型

装饰混凝土产品的形态基础是功能结构。如设计一个香皂碟，首先要求其可以完成盛放一个香皂的功能。所以在结构上要有一个合适大小的盛放物，且有沥水的出口与短期收集沥出的水的容器。在此结构基础上，遵循形式美的法则考虑产品的艺术性。使用优雅的形态协调结构造型，满足用户的审美需求。混凝土材料具有极强的可塑性，既可以塑造刚强硬朗的棱角，也可以塑造灵动柔美的曲面。设计开发过程中，可根据产品的造型语义、使用环境、人机工程等因素调整与协调整体的形态。仍以图4的香皂碟为例，设计的意象来源为江南建筑，则要表现出其檐角青瓦起垫飞翘的轮廓特征;使用环境较滑，则不应使用过于平直的面，须有起伏防滑;与人会有直接接触，则不可棱角突出，应过渡柔和。

3.调色创新法——以创新的调色增加视觉冲击

混凝土材料可使用水溶性颜料（如常用氧化铁系列矿物颜料）进行调色处理，如图5。装饰混凝土产品设计开发时，使用创新的调色可以增加产品的视觉冲击，改变大众对混凝土是灰色的刻板印象。以白水泥和白砂石为原料的混凝土，本色为白色。相较灰水泥与普通砂石，对调色结果影响较小，可以提供良好的色彩设计条件。除了单一颜色变化，通过对原料的配比、浓度、pH值等因素进行控制，配合不同的浇筑比例与手法，可以完成晕染、渐变、溶解等艺术效果，如图6。

4.材料搭配法——以材料的搭配提升艺术效果

混凝土产品的设计开发中，也可以使用混凝土材料与其他材料搭配，产生具有美感的艺术效果。如粗糙浑浊的混凝土与光滑透明的树脂或玻璃的搭配，会产生强烈的质感对比。从而给人-种山水调和的艺术美感。图7的小夜灯设计，采用了混凝土与白色透光塑料和浅色木材的搭配。纯自然材料、人工混合材料、纯人造材料的过渡，配合质感的对比、颜色的调和。体现了“和而不同”的艺术哲学，形成了淡雅、理性的美感。

另外，诸如使用透光光纤与混凝土结合制成的透光混凝土之类的新型尝试。除了是艺术美学的表现，还是一种科学的尝试。在产品开发中有重要的开拓意义。

5.工艺分析法——以工艺的分析实现产品落地

产品的制作工艺会为混凝土产品的设计开发过程造成一些限制因素。产品能够顺利生产销售才是设计开发的根本目的。因此了解混凝土产品的制作工艺与保养方法是必要的。这样才能在设计尝试中少走弯路，理性分析。

混凝土产品的生产，多数情况依靠模具成型小批量生产。模具的材料可以是PP树脂、金属、硅胶等。在设计开发过程中，非纯平面的产品多使用3D打印技术制作模型。再通过硅胶翻模，形成模具。将混凝土浆浇筑到模具中，成型后脱出，完成一个产品的制作。在设计过程中，就要充分考虑形态能否顺利脱模、分模线如何设定、是否需要添加辅助造型后期处理等实际因素，确保产品可以落地。图8为为以仕高玛MAO4搅拌机为原型设计的水泥摆件，其造型非常复杂，产品落地的工艺难度很大。设计过程中，首先要考虑水泥固化后的强度，以艺术手法简化原型中的一些细节，并在部分凸出形态处做加厚处理。其次考量产品脱模的可实现性，本产品设计需求中要求保留搅拌机叶片细节，而从工艺角度上分析罐体下半部的叶片无法实现脱模，因此，可以使用设计手段将罐体下半部设计成有砂浆的状态，巧妙避免后期工艺难题。然后分析模具的设计，确立分模线，本产品各个角度的造型都非常复杂，无法实现传统的中部分模，为使各方向的造型均可顺利脱模，在顶部和搅拌机轴头一侧分别分模，将模具分为三个部分。再按照模具的设计，在脱模方向设计拔模角;并分别在凸出的叶片、轴头等造型细节沿着脱模方向增加可后期处理掉的支撑薄片，以保证顺利脱模。最后确定浇筑口，本产品在四脚浇筑，为方便后期处理增加设计加宽加厚的底座细节。最终产品不但以艺术美观的形式较为完整保留搅拌机原型的形态特点，更是通过以水泥为原材料暗喻搅拌机的功能，可作为代表仕高玛品牌的纪念礼品批量生产，如图9。

除了模具成型，设计开发中也可以在混凝土处于拌合物阶段借助气球、树叶、绳子等道具辅助造型;或在混凝土硬化后通过物理加工、化学反应等手段进行干预处理。图10的挂钟设计，其表盘首先通过钢丝网辅助成型。硬化后通过敲击使其局部脱落，形成不规则的随机截面，裸露出内部的钢丝网。其形式模仿了拆除的钢筋混凝土建筑废料，呈现工业风的设计风格。随机破损的混凝土形态配合钟表的功能定位，体现出时光流逝、沧海桑田的语义。但是这类成型方法随机性高，生产效率低，不适合批量生产。可用于装饰艺术产品的设计或模型设计。

结语与展望

混凝土产品设计开发是通过对混凝土材料进行属性分析，确立准确的设计定位。然后在符合生产工艺的条件下，使用设计手段对质感、形态、颜色和材料搭配进行思维发散与设计创新，最终完成产品开发的过程。使用质感设计法、形态推敲法、调色创新法、材料搭配法和工艺分析法，将艺术设计融入混凝土产业。在经济层面上，可提升混凝土附加值、增强企业竞争力、引领行业发展;在社会层面上，可促进艺术设计与材料科学融合、提升产品设计应用水平、加快新材料大国建设进程;在学术层面上，可聚焦混凝土产品设计实践应用、为混凝土材料创新提供原理和方法论支撑、彌补材料科学领域的设计艺术缺位。符合混凝土产业发展与社会需求，有良好的发展空间与市场前景。