基于形态分析法的地铁车辆外观造型的地域性设计研究

黄佳智 　董石羽

摘要：研究如何运用形态分析法将地域中多个文化元素应用到现代地铁车辆外观造型设计中。以深圳地铁车辆为例，结合形态分析法原理，将不同的文化元素通过一定的设计方法应用到地铁车辆造型设计中。通过形态分析法可以将多个地域文化元素应用在地铁车辆外观造型设计中，形成具有地域性的外观造型方案。通过设计实践，提出了一种基于形态分析法的现代地铁车辆外观造型的地域性设计的新方法。

关键词：地域文化 地铁车辆 形态分析法 外观造型

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2020）01-0011-03

引言

地铁是城市中具有特定的运营线路，并且需要为城市中的人们提供服务的公共运输系统之一，适合人口密集的城市环境，其作为现阶段城市轨道交通中的核心装备之一，势必在当下会成为设计和研发制造的重点[1]。由于国家对地铁的重视，使地铁逐渐成为了与城市环境协调共生的重要部分，不少地铁已经成为了城市的形象之一。目前已经有不少文献展开了地域文化在地铁车辆外观造型设计中的应用及方法研究。文献[2]对地域文化概念及元素的提取方法作了分析和探讨，提出了一种地域化的城市公共交通形象塑造理论;文献[3]分析了地域文化与公共交通形象之间关系和作用，总结了两者相互制约、相互促进的影响机制;文献[4]通过总结地域文化与地铁主要造型元素的转换模型，提出有效传递地域文化中有形文化和无形文化的地铁造型设计方法。综上所述，地域文化在地铁车辆外观造型设计中的应用逐渐成为一种趋势。基于此，本文将针对深圳地域文化特点，结合形态分析法原理，扩展地铁车辆外观造型的设计思路，以期为我国地铁车辆外观造型设计提供一种新设计方法。

一、简述地域文化与地铁车辆

（一）地域文化

地域是一种人化的地理空间;文化是指人类的具体的、历史的精神性、社会性的活动与成果;地域文化是指一定空间范围内特定人群的行为模式和思维模式的总和，是经过长期发展后积累形成的一种具有鲜明特征的子文化，地域文化不仅反映了地域下的人文精神，而且反映了人们对地域下文化的共识，是一个地域反映出来带有个性色彩并且蕴涵着浓厚文化意义的特质[5-6]。其内涵按文化层面划分为物质、制度、哲学3个层面[7]：物质层面是人们的语言、饮食、风景、建筑、服饰、用品等;制度层面指个人的行为、习惯、风俗、制度、礼仪、宗教、艺术等;哲学层面指特定群体的人格、审美趣味、价值取向等。从设计的角度出发，本文将3个层面的文化元素简化为具体层面文化与抽象层面文化;具体层面文化是指可视的、物质化的、有形的等;抽象层面文化是指无形的、能感知的、非物质化的等。

（二）地铁车辆

地铁属于铁路运输形式中的一种类型，主要是指以地下运行为主的城市轨道交通系统，有“地下铁道”（Underground railway）、“地下铁”（Subway、tube、underground）等简称[8];地铁车辆外观造型是工业产品造型中的一种，泛称交通工具，是通过科学与艺术相结合的手段对地铁车辆头部、车身、涂装等车体外观的部件设计的总和。在中国，地铁车辆车型被划分为A、B、C、D、L，主要区别是车体尺寸不同，最常见的是A、B型车[9-10]，B型车相比A型车造价、舒适感、美观有较大优势，基于此，本文选择B型地铁车辆作为研究对象。

（三）地域文化与地铁车辆外观造型设计的关系

文化与设计两者之间关系是相铺相成的，像是一对作用力和反作用力，文化的传达影响设计，设计的表现反映文化;因此，设计有了文化内涵，才有自身的特色，将文化内涵融入在设计中，通过地域文化与创新技术、新设计有机结合在一起，将会创造出既有现代设计感又有文化内涵的产品[11]。在现代的城市中，地铁车辆的外观已经成为城市公共交通形象之一，在某一程度上象征着城市的名片，并且还反映着地域文化的真实写照，通过捕捉具有代表性的地域文化的元素，运用设计作为表现手段，把地域文化特色元素融入到地铁车辆外观造型设计中，使地铁车辆外观造型还能成为传播城市文化的重要媒介，不仅可延续当地的文化特色与思想观念，还可以有效展示城市的文化风貌、凝聚城市的文化精神，从而改变地域下人们的思想观念、行为方式与生活态度等，更能有效地助力城市的名片建设。

二、地域文化在地铁车辆外观造型设计上的应用分析

通过对国内外地铁车辆外观进行调研，选取中国福州、中国哈尔滨、美国纽约、德国柏林、英国伦敦、日本东京的地铁车辆为例，分析其地域文化在车辆造型上的应用情况，总结在不同車辆外观造型之间地域文化的表现，如表1所示。

基于以上分析，可以发现国内外都开始逐渐重视地域文化和地铁车辆外观造型结合，其地域文化的表现主要集中在车辆的头部造型、车身造型、涂装上，国内地铁车辆使用的文化多为具体层面的文化元素，在表达形式上比较单一;而国外更能灵活地将具体和抽象文化元素应用在地铁车辆外观造型上，灵活地运用各种设计方法将地域文化元素应用到同一辆地铁车辆外观造型的不同部分，对人的视觉感受和文化认同表现得更加强烈，地域性设计表现更加突出。

三、基于形态分析法的地铁车辆外观造型的地域性设计

（一）形态分析法

形态分析法是1951年由美国教授兹维基（Zwicky）所创的一种创新方法，广泛在工程、设计等领域中，是通过应用形态学对事物进行分析的方法，也有学者称之为形态矩阵法、形态综合法、棋盘格法等。其基本原理首先需要明确所要解决的问题或对象，并把问题或对象拆分为一些基本因素，然后对每一个基本因素分别列出所有的可能形态或解决方案;最后建立形态矩阵，通过不同的组合形成若干个解决整个问题的总体方案或发明设想[12]。需要注意的是，设计师在拆分问题或者对象的时候，不宜将基本因素和可能形态或解决方案分解过多，并且在组合方案时候，建议先从草图表达入手，不然会带来较大的工作量。

（二）地铁车辆外观造型地域性设计中的基本因素和可能形态

结合第二部分的分析，设计师在地铁车辆外观造型设计中，往往不会只将一种地域文化元素应用到整个车辆之中，他们会根据造型的功能、结构的不同选择合适的文化元素进行表达，而在这个表达的过程中，设计师对地域文化元素运用不同的设计手法会产生不同的表现效果。基于此，结合形态分析法原理，将地域文化元素在造型设计中的应用问题分解为文化元素、设计方法、设计对象3个基本因素，其中，文化元素的可能形态则从地域中选择具有代表性的文化元素;设计方法的可能形态从直接模仿、几何抽象、置换构成、意向转换、解构与重构等[9]中选择;设计对象的可能形态则可以根据地铁车辆的结构或功能不同进行造型拆分。形态矩阵如表2所示。其中，每个基本因素用字母A、B、C表示，可能形態用数字1、2、3......n表示，每种基本因素对应下的可能形态用T表示，即所有的地铁车辆外观造型的地域性设计方案有N=（T1A·T1B·T1C）+（T1A·T2B·T1C）......+（TnA·TnB·TnC）个。

（三）基于形态分析法的地铁车辆外观造型的地域性设计流程

第一步，确定目标地域，分析并搜集当地具体层面、抽象层面的文化元素，并分别在每个层面中选择出最具有代表的文化元素;第二步，确定地铁车辆的外观造型约束条件，主要包括美学要求和车辆的硬性限制;第三步，执行形态分析法，基本因素和可能形态的拆分，组合方案，筛选出与设计目标和设计要求匹配的最佳方案;第四步，设计方案表现。基于形态分析法的地铁车辆外观造型的地域性设计流程如图1所示。

四、设计案例

根据国内外地域文化元素在地铁车辆外观造型设计上的应用现状和表现规律，针对国内地铁车辆外观造型地域性设计表现形式单一且不突出的问题，本文以现代大都市深圳为对象，分析当地的地域文化特色，探索与该城市多个文化特色元素相融合的地铁车辆外观造型地域性设计的方法，并提出基于形态分析法的创新设计方案。

（一）深圳文化元素选择

深圳是我国最年轻的创新城市，被誉为创客之城、设计之都，其文化具有创新求异、务实致用、宽容大度、兼收并蓄等4大特色，形成以现代特色的岭南文化为历史底蕴，以追求创新、个性精神为主干，以全球多元为灵魂的地域文化特色[13]。通过对文献[14-15]分析，结合深圳城市的品牌形象，可以将深圳地域文化特征概括为“后现代主义”，因此，本文选定深圳后现代文化作为其地域文化的核心。经过调研发现，深圳后现代文化在具体层面的建筑元素和抽象层面的精神元素表现得最为明显。以具体层面的建筑元素为例，地王大厦和平安金融中心作为深圳最著名的地标性建筑，已经升华成为了深圳地区的重要名片;以抽象层面的精神元素为例，创新求异的精神不仅使深圳创造了许多震撼全国的第一，而且还使其文化内涵越来越丰富。基于此，将以上3种文化元素融入地铁车辆外观造型中，不仅使车辆成为城市中一条亮丽的风景线，同时在心理上还能让人们得到一种后现代文化的启示。

（二）地铁车辆外观造型约束

对地铁车辆外观造型而言，车辆头部、车身、涂装是造型设计的核心，由于时速较低，对车辆气动性要求不高，车辆外观造型的自由度较大，因此美学要求和硬性限制是造型设计的基础。美学要求主要包括形态、比例、空间关系等，车辆硬性限制主要包括尺寸、工艺、结构、人机工学等。本文从易于制造的角度，车辆头部采用钝头型设计，车辆车身采用直壁型车体，车辆涂装采用主体色和辅助色构成。车辆外观造型尺寸约束如图2所示。

（三）执行形态分析法的方案设计

1.建立形态矩阵：地铁车辆外观造型地域性设计就是将不同的文化元素通过一定的设计方法应用在其造型的不同部位，从而达到造型合理性、地域性和美观性的要求。根据前文分析，确定地铁车辆外观造型地域性设计的基本因素为文化元素、设计方法、设计对象。文化元素的可能形态确定为地王大厦、平安金融中心、创新求异的精神;设计方法的可能形态确定为意向转换、几何抽象、解构与重构;设计对象的可能形态确定为地铁车辆的头部造型、车身造型、车辆涂装。形态矩阵如表3所示，通过各基本因素和可能形态的排列组合，用草图绘制地铁车辆头部造型、车身造型、车辆涂装方案，分别得到9种方案。

2.方案筛选：选择16人作为被测试者，其中行业设计师8人、工业设计专业学生5人、非工业设计专业学生3人，分别对所有的草图方案从造型合理性、地域性、美观性进行打分（5分制），运用SPSS计算每种方案对应的各个评估条件得分的平均值，各评估出最佳的地铁车辆头部造型、车身造型和车辆涂装方案，草图方案评估如表4所示。

（1）地铁车辆头部造型方案：A2-B3-C1是通过对平安金融中心元素的外观造型进行分析，解构成具有未来感的方正形态、具有科技感的黑蓝色彩以及具有独特感的玻璃材质3个方面，重构之后分别应用在车辆头部的外轮廓上、头部的车灯中以及头部的驾驶室前，从而使头部造型表现出整体性和统一性，硬朗的线条凸显深圳现代气息，高耸的头部造型寓意深圳大都市的形态，蓝色的车灯象征着深圳科技的发达，诠释了深圳反对苍白平庸以及千篇一律的后现代文化，以此表达深圳是一个新而年轻化的城市。

（2）地铁车辆车身造型方案：A1-B2-C2是对地王大厦元素进行几何抽象，将元素中西方的教堂和中国古代文化的通、透、瘦的特征应用在车身整体造型中，整车的造型既有地王大厦的内涵又有后现代主义历史文脉的延续性的特征，在车门的细节设计上充分的提取了地王大厦的特征线，使设计的亮点更加形象化，不仅可以体现出深圳的现代而不失历史底蕴的特点，还能带给乘客一种贴近生活、融入大都市的亲切感，并能使深圳人们联想起引以为豪的地标性建筑。

（3）地铁车辆涂装方案：A3-B1-C3是将创新求异的精神中勇于抛弃旧事物、创立新事物的内涵进行解读，运用意向转换的设计手法，摈弃传统的涂装设计思路，运用追求新颖、独特简洁的设计语言，在车身采用环绕式和叠加式线条进行组合，涂装的色彩将蓝色和白色相结合，加强了车辆行驶过程中的动感，从而为深圳创新求异的文化内涵提供更多的表现形式。

（四）设计方案表现

将头部、车身、涂装方案整合，绘制整车草图，将草图造型方案导入Rhino5.0软件中进行建模，运用KeyShot8.0渲染软件制作效果图，最终效果如图3所示。通过最终整体方案可以看出，地铁车辆外观造型不仅融合了多个地域文化元素，而且还将深圳后现代文化中创新求异、个性多元等特征在车头、车身、涂装等中表现了出来。

結论

本文提出了一种基于形态分析法的地铁车辆外观造型地域性的设计方法，以深圳地铁车辆造型为例，通过分析该问题的基本因素以及可能形态，选取具体文化元素地王大厦、平安金融中心，抽象文化元素创新求异的精神作为文化元素代表，建立方案形态矩阵，评估出最有代表的地铁车辆头部、车身、涂装方案，并将其整合后应用到B型地铁车辆外观造型设计中。通过地域文化与形态分析法相结合，不仅可以拓宽地铁车辆外观造型的设计思路，还可以为以后的轨道车辆外观造型设计提供灵感源泉。

项目号：教育部人文社科基金项目，编号18YJA760011，《中国高速列车设计基因研究与创新再设计》。

参考文献

[1]何思俊，支锦亦，向泽锐等.我国地铁列车工业设计研究进展[J].机械设计，2019，36（6）：121-126.

[2]徐伯初，王超，向泽锐.考虑地域文化的城市公共交通系统形象研究[J].美术观察，2014（8）：130-131.

[3]董石羽，王春琦.地域文化和城市公交系统形象的相互影响机制研究——以成都为例[J].装饰，2016，35（2）：128-129.

[4]唐珊.地域文化视域下的徐州地铁造型设计研究[J].包装工程，2019，40（22）：136-141.

[5]白欲晓“.地域文化”内涵及划分标准探析[J].江苏社会科学，2011（1）：76-80.

[6]张凤琦“.地域文化”概念及其研究路径探析[J].浙江社会科学，2008（4）：63-66.

[7]许嘉璐.什么是文化？一个不能不思考的问题[N].中国社会报，2016（2）.

[8]陈宇宏.浅谈我国城市地铁建设趋势[J].建筑工程技术与设计，2016（22）：144-147.

[9]GB/T7928—2003地铁车辆通用技术条件[S].

[10]刘观庆.工业设计资料集——交通工具[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：228-237.

[11]陈长虹，孔艳平，宗娟等.融入地域文化的产品设计实践[J].包装工程，2008，29（8）：192-194.

[12]王旭.基于形态分析法的简易智能饮水机设计[J].机械制造与自动化，2019（3）：140-142.

[13]毛少莹.30年深圳文化发展历程研究[J].特区实践与理论，2010（10）：19-23

[14]路旭，刘青.后现代视角下的深圳特区内外一体化建设刍议[J].特区经济，2010（10）：13-15

[15]庄梅梅，李婕.基于地域文化的深圳特色公园体系构建研究[J].园林，2018（7）：60-63.