基于感性意象的高速列车座椅设计及美学规律研究

白翔天，戴 端

(中南大学建筑与艺术学院，湖南 长沙 410083)

21世纪以来，我国在高速列车领域取得了突飞猛进的发展，硬件和辐射范围都已接近国际较高水平。高速列车不仅在功能上大幅提升了出行效率及舒适度，同时在视觉、知觉等美学体验方面也进行着逐步优化，而座椅作为乘客乘车过程中使用时间最长的内室设施，其造型、色彩、材质、纹理等属性以及各属性间相互适应性都会对乘车体验产生极大影响[1]。

国内外学者对美学规律在高速列车领域的作用进行阶段性研究与论述。徐伯初等[2]从形式美、技术美、象征意义3个方面对高速列车造型的美学特征进行分析，以期为蕴含中国文化特色的高速列车造型设计提供有益参考；文献[3-4]论述了高速列车设计中美学规律运用的必要性，可塑造更深层次的品牌形象；姜良奎等[5]探讨了高速列车内室造型的设计原则及美学属性，并结合我国西北地区展开具有地域文化特质的高速列车内室设计。这些研究表明美学规律对于新时期高速列车发展的重要性与可行性，但聚焦本研究关注的列车座椅领域，其理论研究尚待整理分析，现有的实践应用也普遍存在同质化、系列缺失等问题，有必要立足于人机角度进行美学规律研究与综述，以指导设计实践。

在高速列车座椅设计研究过程中，基于感性意象的研究方法可以实现乘客需求的科学获取与处理。魏峰等[6]以乘客的行为和心理为出发点，运用模糊层次分析法构建了基于乘客需求的高速列车座椅舒适度评价模型；周蕾等[7]通过提取列车座椅关键特征，建构了“特征-风格”的映射关系和推理方法；薛磊和易晓[8]探讨影响产品意象的造型、色彩等设计要素的优先级排序，构建出相应的设计决策系统。但上述研究均忽略了高速列车座椅设计中人机关系的主导地位，座椅的造型、色彩等属性及各属性间相互适应性都建立在此基础之上，而上述研究也均未凝练于美学规律层面上，均存在一定程度的片面性与应用局限性。因此，本文将高速列车座椅的美学规律研究与感性意象方法相结合，科学有效得出设计要素以指导实践应用，同时凝练美学规律，为设计出更加迎合乘客感性意象的高速列车座椅提供有益参考。

1 高速列车座椅设计研究流程

感性意象研究主要是将人们潜在的、模糊不明的感性需求转化为可操作的设计要素，设计出符合人感觉期望的产品[9]，现已应用至部分产品设计领域。设计美学规律是人类根据心理需求、经过长期探索并归纳总结、且为人们所公认的基本定律，设计师应遵守并灵活运用这些定律来指导设计实践，应用至目标领域进行创造性设计[10]。

本研究将以上2类方法进行有机整合，建构了高速列车座椅设计研究与评估模型，如图1所示。首先搜集并筛选确定高速列车座椅的典型样本和乘客感性意象词汇对，结合语义差异法获取感性意象评价数据结果，并运用拉依达准则消除数据中的粗大误差；然后将筛选后的感性意象数据导入SPSS软件，获取均值后进行主成分分析(principal component analysis, PCA)以降维，依据成分矩阵和样本评价散点图得到主成分中载荷较大意象词汇及对应的代表样本；再结合五阶量表问卷进一步明确意象词汇在代表样本中的高匹配度区域，得到座椅的设计要素及优先级顺序；最后进行实践设计及可行性评估，并将研究过程中所适用的主要美学规律进行集中阐述。

图1 高速列车座椅设计研究与评估模型Fig. 1 Design research and evaluation model of high-speed train seat

2 座椅样本的感性意象研究

2.1 座椅典型样本的搜集与选取

产品典型样本的选取对于感性意象评价和数据科学分析有着重要影响。考虑到高速列车座椅受到列车承载量、制造及运营成本等诸多因素影响，故本研究特定选取覆盖面较广、普及度较高的“3+2”排布型二等座椅作为研究对象[11]。

研究通过浏览高铁论坛、乘车调研、查阅文献等方式进行样本搜集，经初步筛选得到40个高速列车座椅样本，然后使用聚类分析法将其归类，并选出最具代表性样本，共计9款典型座椅样本，如图2所示。

图2 高速列车座椅典型样本Fig. 2 The typical high-speed train seat samples

其中，样本2为我国自主设计研发的“复兴号”高速列车二等座座椅，在凝练“和谐号”动车组众多座椅款式优点的基础上，进行以座椅为主体的内室改良革新；2020年初开通运营的京张高铁，其智能设施和冰雪主题内室极具创新意义，在动静相宜中渲染冬奥氛围，如图3所示。

通过分析上述座椅样本，归纳了座椅设计的关键特征：①相较于其他场所，列车车厢空间狭长封闭，乘车静态时间较长，座椅设计应依据乘客需求，综合考虑造型优化、材料选择、车厢布局等问题，以期改善乘车体验。②座椅及内环境的色彩冷暖运用、面积比例搭配都可以起到重塑视觉空间的作用，以减弱乘客对车厢载员多而可能出现的烦躁不适感。③座椅搭配内室环境，常作为展示地域文化或主题形象的窗口，具有极强的传播价值。

图3 京张高铁冰雪主题内室Fig. 3 The snow theme interior Room of Beijing-Zhangjiakou high-speed Railway

2.2 感性意象词汇的搜集与筛选

产品风格是人们对产品共性特点的认知，消费者对不同的产品风格会形成不同的感性认知[12]。感性意象词汇是用户对产品的认知表达，为了准确反映用户感性意象，应尽可能大量搜集意象词汇。

考虑到列车座椅所处环境的特殊性，以及乘客仅扮演设计的被动接受者而造成其感性体验的模糊性与细微性，有必要针对列车座椅进行乘客意象词汇的精确搜集筛选，科学得出感性意象评价的量化标签。以高速列车座椅为关键词，2008年1月—2020年1月为选取时间段，通过文献、宣传册等多种途径进行文本搜集，形成约9万字的文本，又利用ROST软件[13]进行频次统计，筛选出关于座椅的高频感性词汇共86个。然后经过某高铁设计团队的综合评估，根据其经验和专业知识进行删减，并将近、反义词进行合并，初步得到36个感性意象词汇。最后通过对4位设计师、3位专家和6名乘客的深度访谈及认可度调查，筛选出能够代表列车座椅感性意象的8个词汇并进行反义词配对，形成最终的感性意象词汇对，见表1。

表1 筛选后的感性意象词汇对Table 1 The perceptual image vocabulary after screening

2.3 典型样本的感性意象评价

该阶段要求目标人群根据主观感受对9个典型样本进行意象评价。运用语义差异法[14]进行问卷设计，将评分标准设定为七阶量表，对应分值依次为-3，-2，-1，0，1，2和3，其中分值-3和3分别代表当前样本所产生意象完全符合左侧词汇和接近于右侧词汇；分值0代表无感觉。然后进行问卷发放，共发放问卷115份，回收有效问卷109份，数据结果可描述为

表2 典型样本各感性意象评价的均值Table 2 The evaluation mean value of typical samples’ perceptual image

3 座椅设计要素的分析提取

3.1 主成分分析及代表样本选取

列车座椅包含造型、色彩、纹理等多重属性，其存在一定程度的复杂相关性，因此将得到的感性意象评价均值导入SPSS软件进行整合分析，探讨数据的内部关系。运用PCA对数据进行降维处理[16]，得到解释的总方差表(表3)，表中降序排列了各成分的特征值、方差贡献率和累积方差贡献率。根据PCA规定将特征值大于1的成分作为主成分，故将成分1~3作为主成分，又因三者累积方差贡献率为95.882%，可以代表感性意象数据中绝大部分信息，即达到了降维的要求。

表3 解释的总方差Table 3 Total explained variance

为进一步深入挖掘各感性意象词汇对于列车座椅设计的重要程度，得出3个主成分的成分矩阵，见表4，观察到时尚、动感、独特在主成分1中的载荷较大，初步分析其大致体现在座椅造型识别度、色彩创新运用等视觉感知方面；精致、协调、简约在主成分2中的载荷较大，可能会体现在椅面-椅背分割、扶手搭配等细节改良上；厚重、温暖在主成分3中的载荷较大，可能体现为乘客对座椅整体风格界定等知觉感知方面。

乘客在获取产品意象过程中，会抽取或合并某些形态要素特征，再与记忆中的相似特征进行比对，即不同的形态设计要素会影响到不同的意象生成，故探寻载荷较大意象词汇所对应的代表样本作分析归纳[17]。根据感性意象数据构建样本评价散点图，如图4所示，比较不同座椅样本在同一感性意象词汇中的评分表现，观察到：主成分1及对应的时尚、动感、独特，在样本7和样本9中评分较集中；主成分2及对应的精致、协调、简约，在样本9和样本4中表现显著；主成分3及对应的厚重、温暖，在样本2、样本8中有高评分体现。

表4 成分矩阵Table 4 Component matrix

图4 样本评价散点图Fig. 4 Sample evaluation scatter plot

3.2 高速列车座椅设计要素分析

通过整合座椅样本特征，得到二等座椅通常由椅背、椅面、椅腿、扶手、小桌板5个区域部位进行有机组合。为探寻代表样本中各区域部位与对应意象词汇间的匹配度及重要性排序，以得到具体的、可供实践借鉴的设计要素，再次进行五阶问卷设计，如图5所示(以主成分1对应“时尚、动感、独特”意象词汇在样本7中进行评分为例)。

为确保座椅设计要素建构的合理性，对某高铁设计团队与某家具公司的共15名设计师以及于长沙南站随机选取的20名乘客进行问卷调研，经统计初步得到各样本中与感性词汇匹配度较高的区域部位；然后依据调研数据再进行团队内部的头脑风暴研讨，运用KJ法整理得到可供实践参考的设计要素，见表5，设计要素依权重降序排列。

图5 样本各区域部位感性评分问卷Fig. 5 Sentiment score questionnaire of all parts

表5 高匹配度的设计要素参考表(权重降序排列)Table 5 Well-matched design reference elements (descending order of weighting factor)

4 座椅设计实践及美学规律研究

4.1 高速列车座椅设计实践

基于上述列车座椅的感性意象研究，结合得出的高匹配度设计要素参考表，进行座椅造型设计。以成分特征值最大的主成分1所对应样本7和样本9为主要参照，过程中对人机工学、美学规律、视知觉法则等理论方法进行有机整合运用。

座椅设计突破常规样式，对各区域进行深度研究：①结合1-D、2-A、2-B、2-D等设计要素进行椅背区域设计，以左右两侧呈角度倾斜的半包裹形态为其造型特点，中部进行竖条状的块面分割，且整体造型曲率充分贴合人体脊背，材质除左右两侧采用纺织布料包裹外，整体采用皮革材质进行拼接组合，很好地平衡椅背的透气性与舒适感。②椅面综合考虑2-B、3-B、3-D等设计要素，利用椅面曲率变化将乘客乘坐时的重心后移，减轻腿部压力，实践过程中2次制作手板进行曲率微调，提升久坐舒适感。③考虑到设计要素2-C中对于乘客视野空间的要求，且综合平衡1-C、1-E、3-A等要素，设计头枕宽度窄于椅背，且材质选用横向细纹布料，保证乘客长时间倚坐时的视知觉通透感。④结合1-B、2-E等设计要素，扶手及椅腿保留现有座椅的大部分实用形态特征。运用草图推演及Rhino实体建模等方法进行设计实践输出，最终造型如图6所示。

图6 高速列车座椅最终造型Fig. 6 The final modeling of high-speed train seat

色彩作为产品设计表达的重要组成部分，对产品风格特征及品牌形象树立有着重要作用[18]。结合代表样本及1-A、3-A、3-C、3-E等设计要素分析得出，乘客对于冷色调的座椅评价普遍偏低，又考虑到中国传统文化中对于红色的偏爱，因此座椅色彩设计以“中国红”作为主色调，各区域部位色彩做适应性微调。

座椅布局方面，通过参考样本7中“橙-紫”两色座椅的比例搭配放置，本方案也按照每排4∶1随机插入深灰色座椅，以起到调和车厢内室环境氛围、改善乘客长时间乘车乏味感的效用，最终设计效果及布局如图7所示。

图7 高速列车座椅设计效果及布局图Fig. 7 Design effect and layout of high-speed train seats

为验证实践方案与设计要素间是否达到关联要求，对设计效果图进行感性意象词汇的问卷评价，发现该座椅案例的各意象词汇评分均处于较高水平，说明该实践方案很好地迎合了乘客的感性意象，也表明通过感性意象研究得到具体的、可供参考的设计要素，以指导设计实践的研究路径具有可操作性。

4.2 座椅设计实践所适用的美学规律

本研究在探讨列车座椅设计方法以及输出实践案例的过程中，对设计美学规律的重要指导作用也做了充分考量，现就由设计主导的形式美规律作集中阐述：

(1) 比例与尺度相协调，在由人机关系主导的列车座椅设计研究中尤为重要。椅面离地高度、椅背-椅面的长度及比例、头枕宽度高度等都需要以标准人体尺寸为参照，必要时还须遵从黄金分割等原理以达到视觉平衡。本案例在满足椅背、椅面长度比为3∶2的基础上，利用多处曲率变化体现出座椅整体尺寸的秩序协调，很好地满足了乘客乘坐时的舒适度需求，如图8所示。

图8 设计案例中椅背-椅面的比例关系Fig. 8 The proportional relationship between the chair back and the chair seat

(2) 变化与统一相结合，是列车座椅设计须恪守的基本原则。结合人机角度来讲，由于乘客乘车时对椅背、椅面、头枕等区域的舒适度要求各不相同，故造型特征、材质区分、色彩差异都要根据前期意象评价的主成分特征或得出的设计要素进行细化调整，同时座椅整体还须通过造型延续、部件连接等来收敛其差异性。本案例椅背设计采用皮革、纺织包裹等进行组合，并在造型相接处做反复推敲，整体营造出统一美感，如图9所示。

图9 造型、材质、色彩等的细化调整Fig. 9 The adjustment of modeling, material, color, etc.

(3) 节奏与韵律相共生，即指设计元素与整体风格间的依存关系。与现有同质化座椅不同，本案例为减轻乘客久坐不适感，椅面进行起伏渐变处理，与竖向块面分割的椅背相呼应，将列车“动感、未来”的语义延伸至内室座椅设计，如图10所示，这种相互搭配的共生依存关系使得座椅设计既能优化创新又不显得生硬凌乱。

图10 椅面的ISO结构线分析Fig. 1 0 ISO structure line analysis of chair seat

(4) 调和与对比相均衡，座椅设计中主要体现为是否突出组成元素的差异性，以弥补过分追求稳定状态而可能带来的呆板、枯燥感。具体到案例中，相较于整体稳重造型，为改善久坐颈椎紧张而采用的独立式头枕就略显突兀，但经过研究确定的U型轮廓以及小幅度前倾又很好地抵消了椅背的后倒走势，2类特征巧妙做到相互均衡，如图11所示。

图11 椅背与头枕的轮廓相互均衡Fig. 1 1 The contours of chair back and headrest are balanced

除上述形式美规律，以及由技术主导的功能美、技术美规律之外，结合意象研究的多维分析亦可知，文化美规律和品牌美学基因传承也对列车座椅设计实践具有指导意义[19]。

5 结束语

本研究构建了基于感性意象方法与美学规律研究相结合的高速列车座椅设计方法与评估模型，赋予座椅设计更强的针对性，可以有效解决现有座椅识别度不高、体验感不良等问题。研究以覆盖面较广、普及度较高的“3+2”排布型座椅进行案例设计，以验证模型及方法路径的可行性，并就过程中设计美学规律的重要指导作用进行凝练阐述，强调了人机关系主导下比例与尺度、变化与统一、节奏与韵律、调和与对比等形式美规律的研究应用，为设计实践及行业发展提供有益参考与借鉴，后续研究可以结合“京津城际”、“京张冬奥高铁”等特色高铁线路内室以及不同等级车厢进行座椅的对比研究，进一步验证此方法路径的可行性。