模塊化竹材兒童家具設(shè)計可行性分析

吳 萍，鮑宗亮，朱佳琪，柴愉雙，于海涵

（1.浙江科技學(xué)院，浙江 杭州310023；2.國家林業(yè)和草原局竹子研究開發(fā)中心，浙江 杭州310012）

在2018年6月《關(guān)于繼續(xù)落實〈中共中央國務(wù)院關(guān)于加快林業(yè)發(fā)展的決定〉的意見》中多次強調(diào)了綠色、低碳、環(huán)保的概念，提倡引領(lǐng)綠色設(shè)計之風。新型竹材因為具有良好的生態(tài)性和環(huán)保性而為國內(nèi)外所青睞。由于我國木材資源逐漸缺乏，竹材資源相對豐富，竹子材料供應(yīng)充足且是可再生能源，強度大、剛度好、耐磨損、成品封閉性好等優(yōu)勢讓其成為設(shè)計新寵。

據(jù)2018年國家統(tǒng)計局人口普查數(shù)據(jù)顯示，中國14歲以下兒童約2.2億，其中城市人口有8 000萬，隨著全面二胎政策的推行，新生兒童的數(shù)量將會在未來幾年呈現(xiàn)遞增趨勢，預(yù)計未來將每年新增300萬新生兒，構(gòu)成了巨大的家具消費群體。隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展，人們物質(zhì)文化水平及認知程度的提高，家長們消費觀念逐漸轉(zhuǎn)變，國內(nèi)兒童家具消費市場每年都呈遞增趨勢，有充分的發(fā)展空間。父母在為孩子們挑選家具產(chǎn)品時，往往更側(cè)重于產(chǎn)品材料的安全與環(huán)保。

1 竹材

由于兒童群體的特殊性，兒童家具設(shè)計通常是色彩斑斕，形式有趣的。用材上也大都采用塑料、木材。隨著人們安全環(huán)保意識的增強，實木家居慢慢取代了塑料家具?，F(xiàn)階段，中國木材資源相對缺乏，加上人口劇增及工業(yè)的快速發(fā)展，木材資源無法滿足中國家具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如何找到一種替代品，緩解木材資源的逐步匱乏，迫在眉睫。

中國是竹子大國，竹子易繁殖、生長快、產(chǎn)量高，而且具有一次造林成功，可年年砍伐的特點，相對于木材、塑料資源可謂是豐富得多。開發(fā)竹材家具，可以緩解木材資源的緊張，同時發(fā)揮竹材資源的優(yōu)勢。

首先竹材天然、優(yōu)越的物理力學(xué)性能，與木材相比，在同樣承載力學(xué)強度下竹材家具構(gòu)件能以較小的尺寸滿足強度要求［1］。《竹材家具木圓榫接合強度的研究》表明，利用正交實驗方法得出最優(yōu)化卡榫數(shù)值，即當竹質(zhì)圓榫、方榫直徑為10 mm，其插入深度為19 mm，這時的結(jié)構(gòu)強度及承重性都表現(xiàn)為最優(yōu)化，其中竹榫與榫孔配合的過余量為±0.2 mm。

其次，竹材縱向具有良好的柔韌性，可以制造出多曲面，利用薄竹纏繞技術(shù)使竹材在非線型曲面家具設(shè)計上造型更為豐富［2］，增加童趣設(shè)計。

圖1 非線型曲面竹家具Fig.1 Nonlinear curved bamboo furniture

最后，我們在對原竹進行加工時，可以保留竹材天然的大小不一、形式多樣的紋理紋樣。通過碳化、二次碳化的技術(shù)得到不同色系的竹材紋樣。進行兒童家具設(shè)計時，將原竹與毛線、布料、皮革等各種材質(zhì)相結(jié)合，既可以呈現(xiàn)明亮輕快的調(diào)子，也可以詮釋典雅高級的風格。

2 模塊化設(shè)計

2.1 模塊化的含義

模塊的概念源自兒童積木玩具，將多個形狀相同，形態(tài)相似的部件或單元要素進行組合，每塊積木就是基本的模塊［3］。模塊化原理的基礎(chǔ)就是利用積木的多種造型、色彩、結(jié)構(gòu)、功能進行變化組合或重組。每個單元模塊具有特定的功能，共同為系統(tǒng)功能服務(wù)，其中每個模塊之間具有連接的要素。

2.2 模塊化設(shè)計方法

模塊設(shè)計是將產(chǎn)品的一些單元模塊通過一定方式組合及整合，構(gòu)成一個具有特定功能的新型產(chǎn)品。模塊設(shè)計是當前設(shè)計的一個重要設(shè)計方法，其目的在于解決產(chǎn)品的種類、設(shè)計周期、成本、投放市場時間、售后維修和更新等矛盾。作用在于模塊化設(shè)計可以通過不同單元模塊的組合滿足用戶的自身需求；同時模塊化也方便了用戶對產(chǎn)品的維護，延長了產(chǎn)品的使用周期。以家具設(shè)計為例，將設(shè)計大致分為3個階段即家具模塊化總體設(shè)計、家具模塊設(shè)計和家具模塊化產(chǎn)品。再分別從3個大的階段細分小方案實施，具體如圖2。

2.3 兒童家具中模塊化的作用

2.3.1 提升趣味性 將模塊化設(shè)計應(yīng)用于兒童家具中，孩子們可以隨時更改家具造型，重新組合，像是在玩一個大型的積木玩具，實時滿足了他們天生的好奇心和新鮮感，提升了他們的動手能力。

2.3.2 保證功能性 兒童在不同的成長階段所需要的家具功能和尺寸不同［4］。對家具五金件、零部件、接口等進行了標準化設(shè)計的模塊化家具，可以使各個模塊之間互換銜接，來滿足結(jié)構(gòu)、尺寸、角度的不同需求，或通過增加刪減局部構(gòu)件來實現(xiàn)功能的延伸和拓展，從而實現(xiàn)用途的轉(zhuǎn)換。

圖2 模塊化設(shè)計方法Fig.2 Modular design method

2.3.3 突出安全性 兒童天生好動，喜歡不停地探索，兒童家具設(shè)計時安全性尤為重要。模塊化設(shè)計要保證各個模塊的互通、連接，設(shè)計中對于家具邊角、棱角處理上要進行圓滑處理，以達到各個模塊之間的有效配合，從而提升家具的安全性。

3 兒童家具中的模塊組合方式

3.1 嵌套式

嵌套式組合是指同一種家具構(gòu)建中可以套裝其他不同規(guī)格的家具模塊，是由多個模塊組成的一種類似于箱體的組合方式［5］。從功能性角度分析，內(nèi)部的各個模塊具有獨立的功能性同時也兼具組裝的功能。消費者可以根據(jù)自身需求選擇將其拆分或組合。

圖4 嵌套式組合方式Fig.4 Nested combination

3.2 桿架式

桿架式是由條形桿架模塊和插件模塊相互穿插組成。使用中根據(jù)不同形式的插件模塊靈活拆裝，同時也可以實現(xiàn)功能的擴充。通常用于儲物柜、鞋柜、書桌等家具。

3.3 拼裝式

拼裝式家具在組合、拆裝時利用模塊之間的輔助零部件完成。操作時通過移動模塊單件或零部件模塊進行拼湊和組合，其強調(diào)了家具的裝飾功能，弱化其實用功能。常常用于兒童的休閑場所。

3.4 隔板式

這種家具模塊通過隔板轉(zhuǎn)換空間、功能、結(jié)構(gòu)，當和其他模塊組合在一起時，可以調(diào)節(jié)隔板的高低、間隔、大小、位置以衍生其他新的功能，給消費者帶來不一樣的體驗。

圖5 桿架式組合方式Fig.5 Pole-frame combination mode

4 模塊化竹材兒童家具設(shè)計案例分析及設(shè)計探索

4.1 經(jīng)典案例分析

中國的竹材加工技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)一直處于世界領(lǐng)先水平，形成了獨具特色的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。三防處理、阻燃、碳化、薄竹纏繞等技術(shù)給竹材的加工工藝保駕護航，實現(xiàn)了設(shè)計功能和造型上的多樣性。

4.2 設(shè)計探索

設(shè)計從前期市場調(diào)研結(jié)果及研究理論出發(fā)，選定了學(xué)齡前兒童為設(shè)計對象。材料上選用了竹材。整體色調(diào)上保留了原竹的天然色彩及紋理，中部區(qū)域處利用了碳化及二次碳化技術(shù)使其顏色更深，加強穩(wěn)定性導(dǎo)向。平均分布于周邊的3個儲物盒內(nèi)部進行了有色油漆處理，以豐富家居的色彩層次，貼近兒童心理感受。

圖6 隔板式組合方式Fig.6 Diaphragm type combination mode（圖片引用自黃佳辰，模塊化設(shè)計在現(xiàn)代家具中的應(yīng)用）

圖7 模塊化竹材家具一［6］Fig.7 Modular bamboo furnitureⅠ

根據(jù)竹材的特點，該設(shè)計是由若干竹質(zhì)零部件構(gòu)成，主要采用榫卯及輔助膠接合，這種接合方式讓模塊化設(shè)計理念得以實現(xiàn)。設(shè)計中，我們引入了CAM（計算機輔助制造）技術(shù)，在竹材的加工上采用了CNC數(shù)控加工技術(shù)與3D打印技術(shù)相結(jié)合。在快速、高效、精準地切割平面二維形態(tài)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了三維立體形態(tài)的切割，為竹材的加工提供了更豐富的形態(tài)，底端的滑槽結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了收納盒閑置時將其收攏、節(jié)省空間、方便運輸?shù)裙δ埽▓D10）。

圖8 模塊化竹材家具二［5］Fig.8 Modular bamboo furnitureⅡ

圖9 模塊化竹材家具三［7］Fig.9 Modular bamboo furnitureⅢ

圖10 設(shè)計初探Fig.10 Preliminary exploration of design

5 結(jié)語

家具設(shè)計結(jié)合模塊化設(shè)計理念，將運輸、組裝、拆卸等工作移交于消費者，使消費者更直觀、便捷地了解家具材料的安全性及環(huán)保性，使用起來更放心、舒心。另外，將竹材替代木材，利用各種技術(shù)讓竹材應(yīng)用于兒童家具設(shè)計中。①結(jié)構(gòu)方面，對傳統(tǒng)竹材家具結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將竹制家具標準化、拆裝化、模塊化。②材料上嘗試將竹材與毛線、布料、皮革、金屬等多種材料相結(jié)合，打造不同基調(diào)的設(shè)計風格。③造型上，充分利用竹材的物理特性，將竹材家具造型多樣化；同時表面設(shè)計上可以刻意保留竹材天然的表面紋理，為家具造型錦上添花。