仿生设计在儿童家具设计中的应用研究

■张 炜，韩 笑，张晓梅，王明惠

(山东建筑大学艺术学院，山东济南 250101）

随着我国二孩政策的提出，我国的经济水平得到显著提升，儿童作为现代家庭生活重心，是家庭内部物质和精神消费的主导群体，独特的文化群体。住房面积的逐渐增加也意味着儿童家具产品在未来的市场中，具有较大的发展前景，而如今市场上的儿童家具产品使用功能单一固定，设计师缺乏对儿童生理心理、情感需求进行分析了解，基于仿生设计的儿童家具产品不再是单一功能的日用品，而是满足儿童生理心理需求，集合学习生活娱乐等多种功能为一体的家具产品，并推动儿童家具从低廉的价格竞争趋向于创新竞争设计。

1 仿生儿童家具设计的概述

1.1 仿生学的诞生

1960年俄亥俄州空军基地戴通召开学术会议，斯蒂尔为仿生学这个新兴学科命名。仿生学为数学、工程技术学、生物学等学科交叉渗透形成的边缘学科，主要构建优化技术设备，通过对生物系统的研究分析其具有的突出能力，再进一步将其进行模式化[1]，并提升工程设备的技术含量，创建一个全面科学化的系统。仿生学是对自然界生物优异特征的模仿，探索新兴领域与技术，通过对生物体的拟态研究，促进生物学的极大发展。仿生学在人类生活应用中取得较大经济效益，提升人们适应改造自然的能力，现代仿生学已不局限在几门学科，而是延伸到材料学、航空学、航天学、机械动力学等多学科领域当中。

1.2 仿生设计的发展

仿生设计是为实现或满足人们的某种需求而产生的一种思想方法行为，20世纪80年代仿生设计基于学科基础上得到发展[2]，以自然生物作为研究的目标和对象。艺术领域的仿生设计不仅具备自然科学的严谨逻辑性，而且具备艺术科学的特点属性，在拓宽符号语言学发展道路的同时延伸环境生态学在艺术领域的范围。在不同时期仿生设计的理念目的意义不同，从过去到现代，从早期为了生存的自然生命崇拜仿生设计转变为生活方式设计[3]，仿生设计具有了更为丰富的内涵属性，立足于人类自然科学体系与人工系统仿生设计。

1.3 仿生儿童家具概念

儿童家具不仅要满足直接用户儿童玩耍伙伴的需求，将儿童家具赋予象征游戏意义，推动儿童身心智力成长发育；而且要达到间接用户使用家具的需求[4]。在仿生设计中要求能考虑到家具使用的具体场合，寻求共同的特征形态，在满足儿童家具设计原则的同时，使得家具产品作为媒介帮助儿童认识了解世界，创造出具有实用功能与教育意义的儿童家具产品，提高产品附加价值，增强市场竞争力。

2 仿生儿童家具设计中的问题现状分析

据不完全统计，约有47%的家庭有购买儿童家具的需求，儿童家具设计与制造的市场需求与日俱增，但就目前市场销售的儿童家具用品来说，一些问题仍然比较突出，较多儿童仿生家具产品缺乏全面化设计理念，主要体现在：

市面上家具产品较多以收纳为主，探索玩乐游戏家具较少，色彩、形式结构缺少丰富性，儿童家具产品形态固化，模块化设计与延续性设计需要强化[5]，此外儿童家具产品雷同现象居多，大部分为成人家具的浓缩版本，儿童家具缺少产品系列化设计，同时为了降低产品生产成本，设计师没有对儿童群体进行深入全面的调研，并将儿童家具产品生产周期缩减。由于儿童生理发展较快，经常使用尺寸规格不合理的家具产品无法满足儿童家具日常使用需求，更会引发驼背、脊椎弯曲、视力降低等身体问题。因此我们应在积极学习先进设计方法与制作技艺的基础上构建设计理念与设计准则，根据不同年龄层面划分生理心理需求，设计上力求健康环保富有益智趣味性，运用科学合理化的色彩搭配为孩子营造舒适氛围。

3 儿童家具仿生设计的分类与原则

3.1 常见仿生设计的分类

3.1.1 形态仿生

形态仿生对生物形态进行认知挖掘，对儿童家具进行创新构思设计，结合美学进行概括提炼，将自然物象内化于儿童家具产品设计中。基于形态仿生的儿童家具产品呈现具象形态仿生和抽象形态仿生两种设计方式。具象形态仿生设计遵循生物体本身物象，逼真再现生物形态，常运用于玩具用品等装饰性产品中，直观明了，生动活泼，富有自然情趣性。抽象形态仿生设计通过概括提炼手法表达家具内在本质特点，富有抽象简洁性[6]。Avlia儿童家具（图1）受到农场风格生活的影响，将农场动物形态与家具功能进行结合，牛形书桌、猫狗凳子、小猪玩具箱、小鸡铅笔盒，家具玩具的简单形态强调其纯粹的本质特征，为儿童想象力与创造力预留足够空间，鼓励儿童进行自然创造性活动，集合的每个家具对象作为玩具与功能项目的同时，为儿童游戏搭建场景。家具表面材质选择当地斯拉夫尼亚橡树为木质装饰，更好推广当地地域文化与特征。

■图1 Avlia儿童家具示意图

3.1.2 肌理仿生

肌理仿生将自然生物表面纹理图案材质运用家具设计中，肌理材质含有丰富情感色彩，光滑石材代表冰冷严谨，粗糙木材代表原始厚重，根据自然生物表皮特征，将家具产品表面质感肌理进行仿生设计，增强家具产品功能及表现力。其注重的是家具产品表面材料带给人的感受，而不仅仅是产品表面材料结构。这种经过人类本能的积累，所带来的感受早已超越人类低级触感[7]，而逐渐上升到情感认知层面，利用不同材质肌理是丰富表达空间，满足人类潜意识精神需要的体现。

3.1.3 结构仿生

结构仿生通过对自然生物体内外结构的认知，结合儿童家具产品设计的概念及目的，将结构原理应用到设计中，使家具产品具备生命意义及自然美感[8]。结构仿生常用设计方法分为两种，前者运用自然形体结构作为空间结构形体模仿对象，后者运用晶体、索膜等结构进行模仿设计，并强调造型美感，是美学与科学双重兼备的仿生设计。

3.1.4 功能仿生

功能仿生是设计产品模仿自然生物体的产物，根据生物体特殊功能来捕捉设计灵感，通过技术上的模拟设计，使产品更具有优越性，以此达到人类自身的双重需求。经过调查分析发现，自然界动植物身上的某些功能远超人类在此方面进行的科研成果。通过模仿动植物功能以此建造或改进技术系统，促使人们对家具产品进行开发研究，为人们学习运用研究生物系统功能和结构提供方向[9]。

3.1.5 色彩仿生

色彩仿生有赖人眼感官的感知，基于人眼可见光谱范围，家具产品表面色彩材质因其对光的反射而被人眼感知，而究其本质，色彩作为抽象符号进入人类心理感知的潜意识层面；色彩仿生不仅具有情感层面，而且拓宽人造色彩的广度深度。在生态环境恶化的当今社会，人类对于自然生态环境表现出深深眷恋之情，在此种情况下，设计师通过提取概括手法将生物色彩运用到儿童家具产品中，既能实现家具功能使用感，又从生理心理角度与家具使用者达到情感上的一致，实现自然与生活环境的一致性，并带给人丰富的视觉心理感受。

3.1.6 意象仿生

意象仿生利用自然生物体外观形态在人类集体记忆中的观念来达到趣味性效果，意象仿生不求精确模仿生物外形，而是利用记忆抽象化符号进行设计，激发人类对自然生物体的记忆联系。日本柳宗理设计作品“蝴蝶凳”为意象仿生的典型代表，模压而成的纤维板通过金属构件连接固定，整体造型使人联想到蝴蝶翅膀，体现意象仿生的韵味。

3.2 常见仿生设计的原则

3.2.1 安全性原则

安全性为儿童家具产品设计的第一要义，因此在选材上，儿童家具产品所用材料要安全环保[10]，运用编织材料时要注意对物体表面进行光滑处理，避免因为木刺出现划伤儿童皮肤。并应仔细检查产品表面涂料材质是否含有危险化学物质，尽量选水性涂料或不含有机溶剂涂料。结构方面，儿童家具产品构造要坚固牢靠，力求达到较高的抗压冲击力。儿童家具产品要进行无棱角化处理，加装防撞装置，家具设计尽量减少零配件的使用，避免孩子错误吞食。家具产品硬度应符合国家安全规范化标准，尺寸设计等要符合儿童人体工程学标准。

3.2.2 适用性原则

进行儿童家具设计应充分从用户、家具、使用场合三方面进行分析，思考儿童家具的使用用户是谁？在哪些场合使用？对儿童的成长帮助体现在哪些方面？2012年国家教育部颁布《儿童学习发展指南》，将动作发展列为儿童健康领域的重要位置之一，借助游戏儿童家具设计，促进儿童游戏运动认知的同步开展，达到儿童情感、个性化发展的目的，设计时考虑儿童社会性发展要求，做到既考虑到儿童自身又考虑到儿童共处对象。

3.2.3 延展性原则

随着儿童成长，其对空间需求也在增长变化，儿童仿生家具设计应适应儿童各阶段生长发育特点，研究可调节儿童家具产品，满足消费者不用频繁更换购买适宜儿童年龄层的家具产品，利用榫卯插接、螺丝钻孔等方式任意调节桌椅高度，通过延展性家具设计达到与孩子共成长的目的[11]，提升家具使用率。Torafu Architects工作室设计的Dice家具（图2），由三合板制作而成，外围用橡胶边缘进行设计，儿童可以将其设计成书架、工作桌、带抽屉的桌子等多种功能家具，Dice不仅儿童可以使用，成年人同样可以，既是一件多功能实用家具，又是一段美好回忆。

■图2 Dice家具示意图

3.2.4 益智性原则

趣味性的家具产品能激发儿童好奇心与探索欲，儿童通过变换拼接、调节伸缩使一个个单体家具组合成为一个整体，例如儿童纸板材料家具结构紧凑、体量矮小，设计结构上运用穿插折叠方式，培养儿童动手操作能力。蒙台梭利通过实例研究证明，自然体系赋予儿童内在秩序敏感性，通过儿童内在秩序敏感性进行家具设计，家具产品的积极性能潜移默化培养孩子在玩乐同时完成对物品的收纳，培养孩子的责任管理意识[12]。在选取家具产品模拟对象中，Omega家具（图3）采用彩色层压板涂层胶合板制作而成，配有不同类型配件与绳索作为手柄，通过设计师的配件切割，为线条带来较为强烈的个性。家具产品外观设计富有活泼表现力，产品形态造型新颖，鲜艳的色彩更能满足孩子的好奇与热爱。

■图3 Omega家具示意图

4 未来仿生设计在儿童家具设计中的应用发展

4.1 模块化设计打造多功能儿童家具

模块化设计将家具产品的研发周期进行缩短，标准化流程提升工作效率，家具零部件的即时拆卸确保运输的便捷性，标准化零部件接口简化家具产品设计流程，提高工作效率，降低生产成本，标准化接口、自由组合方式确保家具产品使用易操作性。系列化随着儿童在家具功能形态上的需求变化进行更迭改善，延长家具产品的使用寿命，体现拼合拆卸、功能间调节拓展等特点。用户根据儿童身高增减模块进行尺寸调整或改变模块搭配组合方式实现产品功能转换，儿童家具产品结构、模块化功能部件确保家具维护的便利性，通过模块的组合搭建，儿童家具产品零部件间实现区域功能的模块化划分，拆卸组合又达到家具功能上的延伸拓展，促进不同模块间的功能衔接与转换。儿童家具的模块化设计更能满足不同用户的实际使用需求，提升企业生产效率，解决资源浪费问题，方便产品更新换代，延长儿童家具使用寿命周期，为更多家庭提供学习工作生活上的便利。

苏联阿奇舒勒对专利文件进行研究提炼，建立系统化发明问题解决理论的TRIZ理论，TRIZ理论引入儿童家具设计制造中，具有普适性[13]。不同或同一物体内部部分之间建立联系共同产生唯一结果，一方面可以在空间上把相同近似物体进行组合，例如，百变魔方儿童凳中相同单体可以任意组合；另一方面时间上将相同类似操作进行联合，比如BOOM儿童抽屉坐便器，侧面为纸巾储存空间设计，抽屉坐便设计便于清扫；通过两种功能的组合设计，儿童排便方便清洁。

4.2 系统化理论研究与智能科技实践应用

仿生设计理论的宏观化研究与智能科技实践研究，不仅依靠人机到感性、技术到艺术哲学的宏观学术理论上的跨越，运用现代仿生创新思维设计为儿童家具产品发展前景提供更多研究思维方向，而且依靠现代仿生学理论及与之相关的图形信息微观技术与科学系统化的理论技术。系统理论与智能科技并举的应用研究，将会构成由目标理念、内容方法组成的仿生设计系统。现代儿童仿生家具设计更具灵活多样化，通过传感器、功能芯片的家具植入，能自动调节符合人体工程学尺寸的家具，凭借多种功能芯片能满足儿童学习生活中的实际需求[14]，智能书桌能自动化调整与儿童匹配桌椅的高度尺寸、灯光亮度，运用数字信息化技术矫正儿童学习过程中产生的错误问题[15]。

4.3 人工与自然和谐共存发展的应用

现代仿生系统化理论的确立与发展，提升人类文明长河中古朴的系统思想理念体系，使之成为系统科学化的理论体系，从而指导人类深层思考自然生态内部系统间的平衡关系与价值意义，为探索人与自然间的和谐发展，将自然生物体优异特征与人群实际生活需求进行联系。运用复合替代法在儿童家具产品设计中，复合材料取代均值材料，例如复合玻璃纤维；若干廉价材料替换昂贵材料，降低或放弃对品质性能的双重要求，例如纸质儿童家具坐具。以呈现自然界真实图像作为设计目标，用自身好奇心探索世界，将人群实际需求与系统需求进行对比衡量，用生态学来指导实践，达到人、自然、生态环境整个有机系统的和谐统一[16-17]。

5 结语

仿生设计系统由一定结构形式、具有某种功能的微观要素组合而成，同时仿生设计作为系统个体部分从属于更庞大的宏观系统。儿童家具仿生设计由以人为本转化为以自然为本，力图构建开放互融、交流沟通的系统，探究人工与自然和谐发展的方法途径。儿童家具的仿生设计应更为关注与宏观系统间的整体性关系，以系统科学化的思想作为基础，注重仿生设计个体要素与相关因素的整体联系性，而不是只关注其中某一要素。