基于自然色彩系统的列车色彩涂装设计研究

刘春尧 张珂伟 焦帅昊

关键词：川藏铁路列车；自然色彩系统；地域文化；涂装设计

随着我国交通铁路网的不断交织，全国各省市之间的联系更加频繁，经济与文化需求的日益增长也不断促进着轨道交通的迅速发展，加快交通强国发展的进程已然成为一项重要任务。川藏铁路作为“十三五”规划国家重点项目是在青藏铁路之后又一重要连接要道。色彩是列车涂装的重要表达方式之一，对美观性与文化性有着较大的作用，关系着乘客的乘坐体验。色彩作为工业设计领域中的重要元素，它承载着产品的视觉效果与感性体验。产品外观色彩搭配的协调与否决定了用户满意度的高低。在色彩领域，HSIAO S 等人建立了交互式遗传算法的新系统和颜色模拟新系统[1]。王汀等人总结了工业产品色彩设计的主要特征[2]。王亦敏等人探讨了情感语言与色彩的关系[3]。以上文献表明色彩体系常常作为重要因素用于色彩研究。色彩设计研究在交通工具领域，何劲涛等人对自然色彩系统在汽车内饰色彩设计中的应用进行了研究[4]，徐笑非等人以地域文化为导向进行了高速列车内饰色彩设计研究[5]。支锦亦从列车色彩环境的感知层入手，构建了车内环境配色认知空间[6]。何思俊对各国铁路货车涂装色彩进行了收集，建立了铁路货车“色彩—语义”匹配空间，为货车涂装设计的选择提供了可量化的理论依据[7]。目前交通领域的色彩研究主要集中在车内设计，而对铁路机车的色彩涂装研究较少。

1 自然色彩系统概述

NCS（Natural Color System） 由Anders Hard 等人从1964年开始研究，并于1979 年完成视觉观察色彩系统[8]。NCS 以6 个基准色为原色，其中包括：白色（W）、黑色（S）、黄色（Y）、红色（R）、蓝色（B）、绿色（G），每一个NCS 色彩对应一个编号，NCS 所有颜色的混合通过 6 种原色的心理性混合量来表示，计算公式为白（W）+ 黑（S）+ 有彩色（C）= 100，彩色（C）=黄（Y）+ 红（R）+ 绿（G）+ 蓝（B），它可以用来描述视觉观察到的颜色与6 个基准色的对应关系。其中，白色与黑色、红色与绿色、黄色与蓝色作为3 组对立色，构成了NCS 的色彩空间，且组成了NCS 色彩系统[9]。其中，白色与黑色、红色與绿色、黄色与蓝色作为3 组对立色，构成了NCS 的色彩空间，且组成了NCS 色彩系统。在NCS 色彩系统中，每一种颜色都对应一个色彩编号，如NCS S0050—G70Y ，NCS 代表色彩系统，S 代表版本号，00 代表灰度在颜色中所占的百分比，50 代表彩度在颜色中所占的百分比，G 代表主色代号，70 代表副色在颜色中所占的百分比，Y 代表副色代号。

自然色彩系统可以准确地通过视觉层面来描述颜色，通常在工业设计中起到高效的作用，NCS 系统的颜色划分基本上与直观视觉颜色信息一致，操作方便，无需使用专家、测量仪器或参考色卡，即可通过NCS 的方法判定色相、含彩量、黑白色含量等。NCS 系统的色域宽，色样与颜色参数公差小，有配套的测色仪和软件。由于高精度、产业化的服务，在产品色彩制造行业具有一定的优势。因此，可以采用自然色彩系统对地域文化的物质层色彩进行分析研究。

2 国内外列车色彩涂装设计现状

列车的涂装设计作为列车制造的重要环节，在功能性上对列车有保护和识别的作用；美观性上， 涂装具有映衬列车造型、传播地域文化、提升乘客心理认同感和安全感的作用。色彩在涂装上主要包括表达层面和内容层面，在表达层面包括色彩本身的属性和用色的比例和尺度；内容层面包括识别、使用和文化。文化与设计是密不可分的，文化可以通过设计的方式传承，文化也为设计提供了灵感来源。为了满足不同乘客与线路的要求，多样化的设计是未来的趋势，文化从古至今作为一种符号，可以传达多种文化信息，表达地域空间的性质、用途和目的，以及使用者的身份与地位、情感偏好等。文化要素融合了地理、民俗、宗教等方面的因素。从工业设计领域来讲，文化要素体现的层次越多越能吸引大众，但铁路机车的材质与造型有着严格的国家标准，所以主要体现在色彩上。

2.1 国内列车色彩涂装设计现状

国内部分以川藏铁路现有列车为例，包括CRH3A、CRH3A、CRH1A、CR200JS-G、HXD1D 型电力机车。其中大多为白色底加上流动性线条与名车标识等，而CR200JS-G 采取了绿黄相间的色彩搭配。国内目前对铁路列车的主要研究集中在列车头部列车编组身部、列车涂装三个部分。其中列车的涂装体现在色彩的搭配和分割、地域文化及情感化研究等[10]。铁路列车上的涂装设计在列车制造中有着举足轻重的作用，它与机车的文化性、品牌性、安全性、实用性等因素密切相关。现阶段我国列车涂装不仅与国外铁路机车的先进技术有很大的差距，而在铁路机车涂装风格上也缺少地域文化特征。

2.2 国外列车色彩涂装设计现状

铁路机车在全球范围内数量众多，国外的铁路机车有着较好的基础设施和繁杂的铁路密度，此外在发达国家还有很多世界知名的铁路机车制造公司，我国在轨道交通领域虽然取得了飞速发展，但与欧美国家相比仍然存在一定的差距。国外的部分地域文化铁路机车涂装有着鲜明的地域特征，伊拉克铁路机车涂装提取了地域文化特色的物质载体，从中提炼转换出适合伊拉克机车的形态和色彩元素，并运用到涂装设计中。美国客运机车以红、蓝、银灰三色为主，其他配以特殊颜色，铝合金车体占据了列车材质的很大部分，所以银灰色成为客运机车中出现概率较大的颜色。除此以外使用最多的是红、蓝两色，红色是中西部两家铁路公司UP 和BNSF 使用的主要色彩，而蓝色是东部最大的铁路公司CSX 使用最多的色彩。两种色彩在色相上互成对比色，成为美国东西部铁路货运的象征色。此外红、蓝也是美国国家旗帜的主要色彩，铁路货车使用这两种颜色使得企业品牌和国家形象无形地统一起来，对提升国民对铁路企业的认知和信赖度十分有益。红蓝两色已经在美国铁路领域中使民众中形成了特定的感性认同。美国的客运机车涂装除了具有企业文化特色以外，部分涂装会更具独特性，比如遇见重大节日、赛事和纪念日，相应地区铁路沿线上的涂装将会变得更具特色。日本的“皇家快车号”定位为豪华周游旅行列车，因此选取了高贵的深蓝色与金色字样标语作为涂装，突出列车的高端定位。在德国的铁路线上，大多高纯度和高明度的红色涂装铁路机车都由DB 及它的子公司生产制造。以红色为车身主体，白色线条为辅助是DB 公司涂装最大的特点。

3 基于自然色彩系统的地域文化列车色彩涂装设计流程

NCS 自然色彩系统可作为工具提取典型的地域文化色彩，通过此方法可以快速准确地获取色彩的多种属性，包括明度、饱和度、色相等参数。对目标进行采集、分析、统计与应用，如图1 所示，首先对环境色彩进行收集，从沿线地域文化中提取色彩，从而可以获得具有代表性的色彩原型样本。地域文化的来源是多样性的，色彩可从物质层入手，譬如植物、动物、自然风景、历史遗存、手工艺品等。再参照NCS 测色仪、NCS 色卡、Photoshop专业软件等进行识取，从得到的色彩编号中生成NCS 色彩环和NCS 色三角分布图，因此可以得到色彩的色相、明度、饱和度特征，NCS 色彩环可识别色相分布范围，NCS 色三角可识别明度和饱和度特征。最后将占比较多的色彩进行分析应用与设计。

3.1 典型地域文化色彩样本收集

地域文化特征色彩样本采集主要以物质层为载体，代表性的地域色彩是重要的地域文化视觉元素之一。针对川藏铁路沿线的地域文化色彩样本采集以图片为主，其中包括动植物、自然风景民族工艺和建筑色彩等，通过多种途径完成对图片样本的整合。

地域文化特征色彩采集方法，色彩样本采集方法主要分为两类：（1）实地拍摄调研。采用专业摄影设备进行拍摄采样，该方法适用于大面积区域的色彩收集，数据采集客观准确且全面，但操作相对时间较长，不能快速获得所需要的色彩；（2）收集文献资料。该方法适用于采集实景消失场景的颜色，操作简单快捷但采集数据客观不全面，易造成局限性的色彩识别。

3.2 NCS 色彩数据样本分析与统计

大体的NCS 色彩分析法有三大类：（1）采用专业软件进行读取，适合数字化照片的色彩信息，但不是特别精确。（2）采用NCS 测色仪读取，适用于实物表演的色彩读取，精准性高，操作难度大。（3）使用NCS 读色卡进行识别局限性较小，精确度相比较弱。

色彩分析的流程大致流程如下：首先把地域色彩样本导入Photoshop 等专业NCS 系统分析软件，再用滴管工具获取颜色，通过NCS 色卡对应读取所有样本的编号，最后利用读取后的颜色编号制作色彩圆环和色三角。

4基于自然色彩系統的川藏铁路列车色彩涂装设计实践

通过上述理论与方法流程的研究，以川藏铁路机车涂装为例具体阐述NCS 色彩提取的具体过程，最终得出设计方案。四川省与西藏自治区最为凸显的特征就是“地域性”，它是范围区域内的文化传承，更重要的是它表现在不同地区的独特性和差异性，川藏铁路作为地域文化传承的重要载体，多层次的文化需要融合在不同维度体现，这有助于从地域文化里提取出典型的元素应用于铁路机车涂装设计，从而促进地域文化的传承，以期为我国今后的列车涂装设计提供参考。

4.1 设计思路

西藏自治区有着显著的自然风景及民族特色产物，为达到获取西藏自治区典型地域色彩的高度准确性，首先对典型的环境色彩特征和装饰性色彩进行调研，获取能够反映地域文化的典型色彩，其中主要的物质层因子有藏马鸡、藏羚羊、虫草、邦达草原、纳木错、布达拉宫等。制度层在该区域主要有藏族服装首饰、藏文、藏历年、自治区制度等。地域色彩提取研究一般从物质层着手，然后以西藏自治区的特色风景、建筑、动物、工艺品及服饰为样本，提取出NCS 的色彩分布特征。第一步通过网络及文献图片资料获得西藏自治区的各元素图片。第二步采用NCS 拾取软件获得NCS 色彩编号，最后通过获取的 NCS 色彩样本及编号，参照 NCS 编号方式，形成NCS 色彩环和NCS 色三角的分布图。由于地域元素繁杂且多样，选取了部分具有代表性的图片进行提取后，再选取占比较大的色相进行分析。通过色彩环和色三角匹配，地域文化色彩主要分布在R、Y20R-80R、G30Y-60Y 色相区间，此外还有S 0570-Y20R、S 3560-R80B 等明度较高的颜色。拥有丰富多彩的色系，明度与饱和度跨越较大，G30Y 在明度与饱和度上有所区别外，出现频次最高。R、Y60R、Y70R 出现的次数紧随其后。NCS 系统显示除了砖红和灰绿外，还有金、暗黄、灰白等其他辅助色，这些颜色主要在服饰、工艺品上有所体现。通过NCS 色彩分析可知，高明度与低明度横跨较大是地域文化色彩的特点，在配色选择上应当尽量使色彩明度搭配均匀协调。

4.2 设计呈现

综合上述，从地域文化样本和NCS 自然色彩系统分析可知，明度和饱和度较高的黄色、明度较高饱和度较低的红色、明度较高和饱和度较低的藏蓝色出现次数相对较高。其中代表着地域文化的典型动物藏马鸡包含了以红色和黄色为主的特征色，此外还有通过孔雀石提取的原料，经过加工后呈现出的藏蓝色也是典型的地域文化色彩。

根据自然色彩系统色彩环和色三角显示的暖色占比大于冷色占比的结果得出，地域色彩以暖色为主，冷色为辅。可将藏马鸡的暖色系和藏蓝色的冷色系相互结合，形成典型地域文化特征的色彩设计，得到以下设计方案，如图2 所示。此涂装设计以川藏铁路现阶段开通段采用的CR200J 型号动车组为例，采用藏马鸡形态，红色为主色，黄色和藏蓝色为辅，具有典型的地域文化特征，彰显了独特的川藏铁路地域文化。同时车头外形参照仿生设计，从鸟头的鸟喙翘起的羽毛的形象中提取出“Z”字造型的元素，使车头侧面具有一定的视觉特征。此方案通过地域文化色彩提取设计进行设计，使列车奔驰在川藏铁路上时不仅与周围环境色有所区别，降低潜在的安全风险，还具有地域文化特征的色彩涂装，与环境浑然一体。

5结语

文章以川藏铁路列车为例，基于自然色彩系统理论进行列车涂装设计方法的研究，采用NCS 系统对四川省与西藏自治区的色彩物质层元素图片进行调研分析，利用专业取色软件对该区域典型地域文化色彩进行提取，形成了相应的色彩环和色三角。现今，对于列车的设计开始转向于心理层面，注重感性美学与文化认同，同时需要满足乘客的审美认知。运用自然色彩系统这一体系能够快速准确地捕捉地域文化特征的色彩，从色彩环和色三角中获取色彩的色相、饱和度、明度的布局，批量化定性定量研究各地域中不同的色彩在文化媒介中运用的比例，从而对如何获取典型地域文化色彩进行研究。捕捉后的地域文化色彩与具体对象相结合后，进一步考虑同种色彩在不同地域中所传达的涵义，使这些典型地域文化色彩有机结合，为我国地域文化列车色彩涂装设计提供更加科学的依据。