基于高寒地域的公共座椅防风张拉膜设计研究*

耿晓雅 谢敏 赵光泽

（东北林业大学,黑龙江哈尔滨 150040）

公共座椅是当下城市中使用程度较高，分布较广，与人们日常生活联系最为密切的公共设施，随着人们生活品质的不断提高，以及对大自然的亲近之心，人们对于公共座椅的各方面需求也开始不断增加。而在当下，普遍的公共座椅设计往往忽略了地域与地域之间的差异，设计方式千篇一律、功能单一、适用性低，人们迫切需要对公共座椅进行改良与创新。

本文着重探究公共座椅与张拉膜结构的创新结合应用，旨在提供一种可行方案，使其满足高寒地域用户对于防风功能的需要，同时增添遮阳遮雨等实用功能，在此基础上从文化传播的角度对其外观造型进行优化创新，增加审美效果与文化内涵，从而更好地满足公共座椅的功能性原则、人性化原则和美学原则，对提高用户的使用体验和城市的整体形象具有很大的现实意义。

一、公共座椅现状解析

（一）公共座椅对城市建设的意义

随着城市建设的不断发展，公共设施的规划与设计在提升城市形象方面开始凸显出越来越大的重要性。公共座椅作为人们日常生活中较容易接触到的公共设施，其重要作用与特殊意义决定了它在城市发展中无可取代的地位，不仅仅在为使用者提供日常休憩空间与社交空间等方面发挥着重要作用，更是体现城市文明与现代化的重要标志。如何根据不同地域用户对公共座椅的不同需求，从公共座椅的实物建设与精神文明建设等方面进行合理的设计改良，通过设计提升用户生活质量，改善城市面貌，形成独有的城市风格，成为当前城市公共座椅建设的首要目标。

（二）国内外公共座椅的研究现状

国外对于公共座椅的研究时间比较长，相关著作也有很多，对于公共座椅的设计更多所体现的是人文主义和自由主义，同时注重座椅个体的造型设计，由此衍生出的设计大多充满地域特色与趣味性。而国内的公共座椅设计则相对保守，讲究功能实用性，因此也降低了很多设计的可能性，随着社会的不断发展，人们的需求产生了新的变化，而当下的一些矛盾仍未通过具体的设计来解决，单一的公共座椅设计适应不了快速发展的社会，针对地域性设计的公共座椅案例仍比较匮乏，造成了公共座椅使用率低下，用户体验感较差等问题。因此我们需要更新数据、搜集最新的信息来掌握人们的新需求，找出当前设计中的不足之处，从而设计出符合当下高寒地域用户日常生活所需的公共座椅。

（三）高寒地域公共座椅现状调研

高寒地域的气候特征突出，对于人们的生产和生活有着重要的影响，大风是我国北方常见的灾害性天气之一，也是制约高寒地域人们进行户外活动的主要因素之一，对工业、农林、畜牧业、生态环境等都有较大影响,东北地区是东亚北方气旋生成、移动必经之地,因此是我国风害较重的区域[1]。北方地区公共座椅的使用程度普遍低于南方地区，尤其是在我国的高寒地域，由于大多数公共座椅缺少防风设计，功能的设定与其所在环境不相匹配，无法给用户提供舒适的公共环境，大大降低了公共座椅的使用频率，由此所引发的连锁问题是用户减少对公共座椅使用的重要原因之一，同时也很大程度上影响了人与人之间的情感交流。

笔者通过实地考察后进行分析研究，并于2022年8月开展了线上问卷调查，了解高寒地域用户对于公共座椅的使用频率和看法，以及对于公共座椅的改进期望，揭示本文需要解决的相关问题，下图为调查结果展示。

经过调研分析，人们对于公共座椅的满意度普遍在25%-50%之间（图1），说明在目前的公共设施建设中，公共座椅的设计仍存在着问题与改进空间：缺少防风遮阳功能，易积雨积雪，在大风天、阴雨天等恶劣天气下难以使用；外观造型单一，色彩单调，只注重座椅实际功能而忽略外观造型设计；采用低成本材质，耐用性不强，设施老化；缺少地域性设计，缺乏更深层次对城市文化内涵的挖掘和表达[2]；功能单一，座椅的灵活程度比较差，难以满足使用者“坐”以外其他方面的功能需求；不符合人体工程学，缺少人文关怀等（图2）。

图1

图2

二、张拉膜在公共座椅中的设计应用

近年来，张拉膜结构技术逐步在人们生活中进行了广泛的应用，其轻盈通透的结构、多变丰富的造型，使其在几十年间迅速发展。张拉膜结构是一种空间结构，是伴随着现代科技而发展起来的一种新的建筑技术表现形式，主要组成部分为：覆盖的膜材料、支承桅杆体系与张拉索。主要材料为膜材料，膜材料是一种新兴的建筑材料，作为一种柔性材料突破了传统的建筑材料的局限性，使用膜材料代替传统的混凝土和金属，可以十分有效地降低结构的整体自重，使得结构更加轻盈与美观[3]。

（一）从实用功能方面进行设计

1.防风功能设计

针对公共座椅的功能性设计是指在座椅的基础上安装张拉膜结构附加件，使其具有防风等技术特征。膜材料具有良好的抗拉强度与变形能力，在应用过程中通常施加预张力，使柔性构建能够具有良好的力学性能，使用期间，在风或者雨雪的荷载作用下能够保持其力学形态稳定不变。因此可以通过对张拉膜结构的支承结构设计、荷载分析、以及制作加工与施工状况来进行设计调整与优化，使其产生足够的抗力来减小风振响应，抵御各种天气情况下可能发生的荷载状况[4]。而公共座椅的体量相对大型公共建筑来说比较小，因此采用小跨度膜结构与其结合能够有效避免产生风荷载问题，进而解决防风的功能需求，降低寒风带给用户的不良影响，创造相对舒适的休憩环境。

在满足防风功能的基础上也要预留出通风的渠道，保持空气自然流通，在一定程度上减少病原微生物的滋生，而小部分空间的开敞也让张拉膜结构更具有生机与张力，改善公共空间环境，有利于群众的身心健康。

2.附加功能设计

膜材料的光学性能使其具有紫外线光吸收性，能够防止紫外线侵蚀，减少紫外线对人的伤害。由于膜材料具有透光性，所以由膜覆盖下的空间区域在阳光照射下能够充满自然漫射光，达到内部光环境平衡，没有强反差的亮面与暗面的区分，减少光污染与眩光，保证用户的视觉环境开阔和谐[5]，同时也能起到隔热的作用。因此需要对膜面进行合理的结构造型设计，充分发挥膜材的光学性能，满足遮阳、遮雨等功能需求的同时减少公共座椅的日晒时间，防止褪色与开裂，对座椅本身也能起到一种保护作用，从而延长公共座椅的使用寿命。而张拉膜的表面光滑且富有弹性，大气环境中的灰尘、化学物质以及雨水难以附着与渗透，具有良好的自洁性能，能够利用雨水、雪水自然冲刷膜材表面以进行外观清洁，功能性较强。

3.人性化设计

膜材料的选取则为PTFE膜材，PTFE膜材基层使用的多层功能复合材料为纤维织物，具有较高徐变的能力，并且拉伸强度高，价格则相对ETFE膜材更为低廉，经济实惠。同时，PTFE膜材具有不俗的防火性能，能够确保使用期间的安全性；耐久性较高，使用年限较长，短时间内不易损坏，能够避免产生资源浪费的情况。并且在设计过程中，考虑膜材的老化与松弛等方面对设计的影响，避免产生鼓包或破裂等意外情况，在膜材能承受的限度内发挥其最大利用价值来完成设计，也有利于后期的维护与更换部件等，以体现设计的可持续发展原则。

膜结构在公共座椅上的应用，也很大程度上满足了用户心理上的空间感与边界感，通过对棚面的设计规划和座椅的布局摆放，把握住用户的边界效应心理，其内涵是由膜布遮挡的空间能给人以足够的安全感，在社交中能够营造出轻松自在的交流环境，缓解当下社会压力下人们紧张焦虑的情绪，给人以情感慰藉。座椅的摆放方面则需要考虑座椅的朝向与用户的视野，作为一个公共休息空间，可以与周围的花草树木相结合，注重环境的协调性，同时考虑座椅具体的尺度，从人性化的角度出发，在满足个体心理所需距离和社交距离等条件下，为用户提供休憩、交谈的空间，贯彻以人为本的设计理念。

（二）从文化传播角度进行设计

1.地域文化元素提取

在我国，按纬度划分，属于高寒地域的有黑龙江省北部、甘肃、内蒙古等地区，按照海拔划分，有青藏高原、云贵高原等地区，受地形特征、历史因素、经济发展水平等影响，每个地域都形成了自己独特的传统和文化。优秀的公共座椅设计应既能有效提高居民的生活质量，又能传播地域文化，展现出独特的人文魅力[6]，因此可以将每个地域丰富而独特的文化元素提炼出来，将原有的具象元素或者创新的抽象元素融入到公共座椅与张拉膜相结合的造型设计中，迎合当地居民的文化诉求。在外观色彩等方面的设计上尽可能的借助地域文化的特殊处理来突出公共座椅的设计美感，使地域历史文化得以有形和无形的传承、创新与发展。

2.造型设计

膜结构区别于其他建筑材料的一个很大的优势就是其造型独特，形式美观，美就在与其“力”与“形”的完美结合，通常由充满整体性与韵律感的空间曲面组成，极具艺术美感。形变能力强，能够根据设计和功能需求进行艺术处理。因此在进行外观造型设计时，通过前期对地域文化特色的调研分析，结合张拉膜设计手法的运用，在其力学结构基础上，依靠其形变能力调整膜面边界和预张力，使其形状进行相应的改变，将地域文化元素融入到实际的设计中，从而达到理想的几何外形和应力分布状态，大大丰富造型的可行性。膜布则能够通过科学搭配展现出不同的色彩，考虑冬季人们的心理需求，通过明亮温暖的色彩设计以保证用户使用时的心理舒适度。

3.实际应用

以哈尔滨市为例，针对哈尔滨市太阳岛公园设计一款附有张拉膜结构的公共座椅，首先分析哈尔滨市的地域文化，哈尔滨市具有鲜明的地域色彩和流派纷呈的艺术风格，既有“冰城”的美誉，又有“东方莫斯科”和“东方小巴黎”的别称，地理与气候的独特和中西交融的文化底蕴，使其具有多样化的地域文化，但外来文化的舶来也在一定程度上冲击了哈尔滨市的本土文化，而太阳岛则是一处由冰雪文化、生态文化、民俗文化等多种本土文化构成的旅游风景区，冰雪旅游资源丰富，因此可以将冰雪文化等本土文化元素提取出来，结合多元的设计手法，在造型结构、元素表达、色彩运用等方面应用到公共座椅的造型设计中去，进而彰显出浓厚的“冰城”韵味，展现出哈尔滨作为冰雪旅游城市的魅力（图3）。

图3

哈尔滨市优质的自然环境，为鸟类的栖息创造了得天独厚的条件，天鹅作为太阳岛公园中经常出没的鸟类，又是黑龙江省的省鸟，体型优美、姿态轻盈，因此可以将天鹅的造型进行提炼与重构，使其作为张拉膜结构的主体，具有很强的观赏作用，展现出哈尔滨市作为的“天鹅项下的一颗明珠”的浪漫情怀，也为太阳岛公园乃至整个哈尔滨市的生态保护带来一定的正面影响（图4）。

图4

结语

本文主要针对高寒地域户外风力大，公共座椅缺少针对性设计展开研究，着眼于寻求公共座椅与防风张拉膜结构相结合的新方式，改善公共座椅多数设计老套、功能简单、外观千篇一律的现状。也为公共座椅的发展提供了新的想法与思路，应针对不同地域展开具有针对性的设计，满足不同地域用户不同的生理需求与心理诉求。在设计出功能性较强的公共座椅的同时，也要兼具美观性，在造型、图案、色彩等多个方面赋予其文化、情感、精神的含义，进而起到对地域风貌的美化作用和对文化的传播作用，将公共设施的价值最大化。而张拉膜结构无论是材料的种类、性能与使用寿命，还是结构、造型、色彩表现力等方面都有其独具魅力的表现形式，必将会在以后的环境建设中得到越来越广泛的发展与应用。