摘要：

竹材是一種應(yīng)用非常廣泛的天然材料源，在我國資源充足、價格低廉且具有良好的環(huán)保性能。在可持續(xù)發(fā)展成為共識的當(dāng)代社會，作為一種應(yīng)用歷史非常悠久的環(huán)保制作材料，竹材的開發(fā)利用應(yīng)當(dāng)獲得越來越多的重視。本文通過客觀分析竹材的材料、結(jié)構(gòu)、工藝，并以生態(tài)材料開發(fā)設(shè)計的角度，對竹材用于產(chǎn)品設(shè)計的可行性、設(shè)計要點進(jìn)行了深入研究，積極探索竹材在生態(tài)產(chǎn)品中的開發(fā)與利用。

關(guān)鍵詞：

竹材 生態(tài)材料 竹結(jié)構(gòu) 竹材設(shè)計

中國分類號：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2015）07-0027-03

竹材屬于禾本科竹亞科植物，是一種天然的環(huán)保材料。竹子取材方便、易于加工、應(yīng)用廣泛，自古以來就是我國人們生產(chǎn)、生活和文化領(lǐng)域的重要資源。竹子的循環(huán)周期短，種植生長所用的面積小，而且對土地和土質(zhì)要求不高，又具有較強的適應(yīng)環(huán)境的能力，再加上其成本比較低，加工簡單，堅固耐用，具有很強的產(chǎn)業(yè)化特征和文化內(nèi)涵。由此可見，竹材這一低碳環(huán)保的再生資源將越來越會被人們充分利用和青睞。

一 竹材的生態(tài)價值

竹類植物資源因其分布廣、生長快、—次造林可永續(xù)利用、用途多、生態(tài)和經(jīng)濟價值高等特點，被譽為“綠色的金礦”。竹材具有木材的品質(zhì)，更具有超越木材的韌性，經(jīng)過適當(dāng)處理使用壽命可達(dá)30年之久。

竹材是一種生態(tài)材料。材料的生態(tài)適應(yīng)性判斷依據(jù)主要有以下兩個方面：（1）材料對生態(tài)環(huán)境的壓力，包括：1.直接對人類、生物造成危害，例如影響健康、中毒、產(chǎn)生疾病等；2.對生活環(huán)境產(chǎn)生壓力，例如垃圾等；3.破壞可再生資源的循環(huán)系統(tǒng)；4.對非再生資源的大量消耗。（2）判斷材料生態(tài)適應(yīng)性的必要條件，包括：1.材料生產(chǎn)過程所需能耗低；2.材料生產(chǎn)過程無污染；3原材料可再資源化；4.不過渡消耗資源；5.使用后或解體后可再利用；6可保證原料的持續(xù)生產(chǎn)；7.廢材的最終處理不污染環(huán)境；8.對使用者的健康無危害。

由此看來，竹材本身并不對環(huán)境造成壓力，生產(chǎn)過程中所需的耗能與其他材料相比極低，并且可實現(xiàn)本身的能量轉(zhuǎn)化，如焚燒竹枝等。只是，在目前的條件下，對竹進(jìn)行深加工過程中，由于需要添加黏合劑、防腐劑等人工合成原料會對環(huán)境造成一定的污染。但總的來說，竹材本身符合材料生態(tài)適應(yīng)性各項指標(biāo)，是一種很好的生態(tài)材料。另外，竹材能調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度，吸收紫外線及抗靜電，有益人體健康。竹材本身紋理通直、細(xì)致、光滑、色澤簡潔、富有彈性，易于漂白、染色和炭化等處理，加工過程的能耗和污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼鐵、鋁等，在密度相等的情況下，任何木材都無法達(dá)到竹材的彎曲度，所以不失為—種優(yōu)質(zhì)的替代材料。

二 竹子是綠色生態(tài)材料

在綠色環(huán)保備受追捧的今天，人們越來越呼喚純天然的綠色產(chǎn)品，自然清新的設(shè)計風(fēng)格已成為時尚，這也使得當(dāng)今的家居飾品趨向清新、自然、古樸，甚至原始的野味。就像絲綢一樣，竹子同樣具備天然和環(huán)保兩大特性，而且竹的造型也能干變?nèi)f幻。竹在中國人的日常生活中更比比皆是，與衣食住行有密切的關(guān)系。由于竹具有堅、韌、柔、直、抗壓、抗拉、抗腐等多方面的特性，是很理想的建筑材料。竹材在外力作用下的抵抗力稱為竹材的力學(xué)強度，單位為MPa。竹材的抗拉強度約為木材的2-25倍，抗壓強度為木材的1. 5-2倍。表1列出了竹材的各種力學(xué)強度。

表2、3將竹子的性質(zhì)同其他建筑材料進(jìn)行了比較，可明顯看出竹子的優(yōu)勢。

從表中可以看出，竹子的抗壓和抗拉性能都很好。而且生長在斜坡的竹子比生長在山谷的竹子結(jié)實，在貧瘠干旱的土地上生長的竹子比在肥沃的土壤中生長的竹子結(jié)實。這些在選用竹子時也要作為考慮因素。

竹子也是很容易降解的再生材料，我們可以用很少的工序、很少的附加材料，來對竹材進(jìn)行加工，我們還可以直接利用竹子表面特殊的紋理作為設(shè)計的圖案，既簡單，又能最大限度地體現(xiàn)出讓人享受自然清新的觸覺感受，更給人以與自然的情感溝通。傳統(tǒng)對竹子的用法只是用竹子原始的狀態(tài)，或是經(jīng)過簡單的加工，精細(xì)的雕刻，這些都符合中國傳統(tǒng)理念中人與自然相協(xié)調(diào)的觀點，也恰好吻合了現(xiàn)代人的環(huán)保需求。

每種材料都有與它固有的視覺、觸覺特性相吻合的表情，運用自然材料使室內(nèi)洋溢著大自然的氣息，必然會成為營造室內(nèi)綠色環(huán)境時所刻意追求的效果。木、磚、天然石等自然材料給人以質(zhì)樸、親切之感，并能改善生硬的視覺環(huán)境所造成的冷漠感。竹子作為傳統(tǒng)的易降解可再生和速生的材料，竹材是一種極具潛力的綠色資源。

三 竹結(jié)構(gòu)

竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的開發(fā)，使竹材能夠用于建筑領(lǐng)域，成為房屋建筑的優(yōu)良材料。竹材在制造風(fēng)電槳葉方面的應(yīng)用，使竹質(zhì)產(chǎn)品向高附加值方向發(fā)展。竹材槳葉具有的資源可再生、產(chǎn)品環(huán)保以及材料比強度高等優(yōu)良性能，加上國家政策的大力支持和鼓勵，預(yù)示其將來會有巨大的市場空間。近些年出現(xiàn)的竹重組材以其較佳的尺寸穩(wěn)定性和較高強度的特點，廣泛用于家具、地板制造和室外用材，現(xiàn)在已經(jīng)具有較好的市場。另外，關(guān)于圓竹的直接應(yīng)用，因其具有出材率高和充分利用竹子優(yōu)良特點等優(yōu)勢，在解決防腐開裂等問題后，將在一些房屋建筑、地板以及家具制造等領(lǐng)域得到較大的發(fā)展，具有巨大的市場發(fā)展空間。

竹子自身具有很多優(yōu)點，如前面已經(jīng)提到的，它是一種便宜，生長迅速的植物，竹子本身是圓筒形的，圓形的交接在節(jié)點處比較困難；另外竹纖維是縱向生長的，這樣竹子很容易在縱向破裂；竹子表面很光滑而且堅硬，捆綁材料很難固定住。目前常用的一些連接竹結(jié)構(gòu)的方法可以比較好地解決這一難題。

1）捆綁連接法

捆綁連接法是最常見的連接方法，用傳統(tǒng)的自然植物連接，如椰子的纖維、棕櫚葉、樹的內(nèi)皮和竹藤等。捆綁之前將藤條在水中浸泡—下，藤條在干燥后會收縮變緊，從而捆綁得更牢固。橫梁末端和綁帶起到了傳遞受力的作用，如果捆綁得不夠緊，橫梁很可能會在孔洞里裂開。

2）榫卯（螺栓）連接法

具有次級連接元素的構(gòu)件經(jīng)常用于與繩索的上下連接。在這種連接方法中，作為螺栓的構(gòu)件負(fù)責(zé)傳遞拉力與壓力。在木構(gòu)件中，這種連接由榫卯來完成。金屬螺釘是穿孔材料，如果竹材不夠新鮮，竹子就很容易被楔形的螺釘劈裂，因此要選用砍伐后不久的竹材穿孔，另外穿孔不能太靠近竹子的端部，否則竹子會很容易裂開。

用作板狀結(jié)構(gòu)時，有竹條面層、竹排板、圓竹片竹簾板、麻將快板、編結(jié)板等結(jié)構(gòu)形式，再用圓竹、竹篾條等材料進(jìn)行封邊處理。

各種裝飾部件的裝配結(jié)構(gòu)可采用打孔銷釘法、壓條裝配法、纏結(jié)裝配法、膠合裝配法或者用活動結(jié)構(gòu)裝配法等。四竹子的應(yīng)用

4.1 傳統(tǒng)用法

1）利用其割裂性編織用具、竹簾、竹席、竹籬、傘骨、燈籠等；

2）利用其負(fù)荷力制作曬竿、擔(dān)架、腳手架、梁柱、門窗、地板、竹橋、竹筏及其他家具、用具（見圖1）；

3）利用其彈力制作弓、弩、釣竿等；

4）利用其抵抗力制作手杖、傘柄、撐竿、竹釘、竹箍等；

5）利用其中空特性制作水車、水桶、水管、煙筒及各種樂器（見圖2）

6）利用其外觀特性制作竹索、蔑欖、工藝品、玩具等。

4.2 現(xiàn)代用法

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，除了在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品質(zhì)量外，竹子還被開發(fā)出了更多新的用途（見圖2）。主要是以竹代木，將竹材制成各種建筑用板材，比如膠合板、纖維板、裝飾板等代替各類木質(zhì)板材。竹質(zhì)人造板材質(zhì)細(xì)密，不易開裂、變形，具有抗壓、抗拉、抗彎等優(yōu)點，各項性能指標(biāo)均高于常用木材。

五 竹產(chǎn)品——兒童玩具車設(shè)計

5.1 背景

在當(dāng)代生活環(huán)境成長的兒童，較少接觸大自然，在兒童玩具車選材考慮到這點，所以選擇具備天然和環(huán)保兩大特性竹材，給人以質(zhì)樸、親切之感，并能改善生硬的視覺環(huán)境所造成的冷漠感。竹子作為傳統(tǒng)的易降解可再生和速生的材料，竹材是一種極具潛力的綠色資源。

城市化迅速擴張在使得人們更加適應(yīng)科技進(jìn)步，享受文明發(fā)展的同時，也大大改變了我們的生活方式，使得兒童的活動空間的極為有限，現(xiàn)在城市里的孩子恐怕很難體會到山林河流的大自然環(huán)境玩耍中的樂趣。玩具車近幾年才涉及兒童教育領(lǐng)域，雖然在技術(shù)上有了很高的水平，但還是不免處在外觀造型單一，忽略了功能和人文的設(shè)計。我們作為設(shè)計者應(yīng)該將兒童的興趣點，游樂、色彩等全面考慮，一個出眾的造型能夠博的兒童的眼球，同時在玩的時候還能為兒童的教育和成長起到幫助，是每個設(shè)計師都迫切想要達(dá)到的目的。

5.2主要研究問題及萬法

（1）分析兒童行為心理、生理問題，使他們覺得有樂趣引到孩子各方面的發(fā)展。

（2）玩具車的部分結(jié)構(gòu)件與造型之間的關(guān)系。

（3）玩具車的功能、造型人機的關(guān)系。

（4）玩法是不是具有趣味性一玩具的趣味性是必不可少的，由一車多變化多玩法的方式，來滿足兒童的玩的樂趣需求。

（5）材料上的選取方向——綠色環(huán)保和可持續(xù)。

5.3兒童的人機尺寸

5.4玩具主要材料分析

通過調(diào)查分析可以總結(jié)得出市場材料一般都是木質(zhì)、熟料、金屬、等其他材料。為了使玩具車具有獨特性，所以本設(shè)計的兒童玩具車用新穎的材料-竹子（環(huán)保材料）為主要材料，配合竹子與竹子的銜接件采用金屬連接。

5.5 方案

明確整車和局部比例關(guān)系和各個部分的聯(lián)系，在一個大的框架內(nèi)進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)竹子的形狀與特性展開設(shè)計，從仵子與竹子之間的銜接件設(shè)計進(jìn)行入手，合理通過設(shè)計的金屬銜接件來連接竹子的結(jié)構(gòu)線條，找出市面上的玩具車特征的造型。大量的草圖整合選擇大體形態(tài)，再針對竹子本質(zhì)特點和前期有關(guān)兒童方面分析的結(jié)果，設(shè)計出整車造型并與金屬結(jié)構(gòu)件相互呼應(yīng)。最后用組裝、移動、放大縮小、配色等方式調(diào)整視覺比重，完成設(shè)計。

在前期的設(shè)計思路方向上，變換材質(zhì)，選擇以竹子為主要材料的玩具車設(shè)計，給人一種親和力的感覺，根據(jù)竹子的形狀和特性，不斷地調(diào)整竹子與竹子之間的金屬銜接件大小與形狀，找尋穩(wěn)定與靈巧的最佳結(jié)合點。

玩具車造型時尚而夸張，平衡視覺比重問題和增強玩具車的功能性。在形態(tài)的設(shè)計上進(jìn)一步尋找結(jié)構(gòu)件合理化造型搭配。

5.6 平面尺寸效果圖（圖3）

5.7 模型制作（圖4）

材料：斑竹、ABS板、油漆、

工具：刀、砂紙、游標(biāo)卡尺、撰孔器、膠水

5.8 實物展示（圖5）

5.9 設(shè)計說明

選擇以竹子為主要材料的玩具車設(shè)計，給人一種親和力的感覺，根據(jù)竹子的形狀和特性，不斷地調(diào)整竹子與竹子之間的金屬銜接件大小與形狀，找尋穩(wěn)定與靈巧的最佳結(jié)合點。

為了平衡整車功能比重，在車子后輪子部增加了變化的設(shè)計，改變了車子的整體視覺效果，使玩具車具有不同的玩法，在增強功能性能的同時使得玩具車具有趣味性。包裹設(shè)計和流線型設(shè)計的充分結(jié)合，使得此設(shè)計既運動靈活又親和沉穩(wěn)。

此設(shè)計是鼓勵兒童從騎三輪車轉(zhuǎn)向兩輪平衡，然后直接騎自行車，而不需要輔助輪！訓(xùn)練輪子存在的潛在危險是可能會延遲孩子平衡性的自然發(fā)展，可能導(dǎo)致其后來運動技能欠發(fā)達(dá)。孩子學(xué)會腳踏三輪車，然后學(xué)會騎自行車，逐步學(xué)會掌握平衡，增強其協(xié)調(diào)和自信。

六 結(jié)束

通過以上對竹子的介紹可知，竹子在我國作為產(chǎn)品材料被開發(fā)是切實可行的。竹子已突破傳統(tǒng)的利用領(lǐng)域，在建筑、造紙、輕工、食品、家具、包裝、運輸?shù)刃袠I(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。竹子有很多優(yōu)點，比如說：自重輕，強度大，富彈性，較安全，加工容易，而且生長快，價亦較廉。就物理性能來說，竹子具有很好的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益。竹材制品不僅可以替代石化產(chǎn)品，對竹材的某些性能進(jìn)行研究還發(fā)現(xiàn)，在某些場合它甚至能取代金屬材料制品，如非洲的坦桑尼亞將竹管替代塑料或鋼管，用于農(nóng)村給水，據(jù)稱竹管可使用長達(dá)15年，可以為我們借鑒。

在今后，國內(nèi)應(yīng)該多關(guān)注竹子這種生態(tài)材料的應(yīng)用，應(yīng)該有更多的設(shè)計師從事這方面的研究和實踐，引進(jìn)國外先進(jìn)經(jīng)驗，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，設(shè)計出經(jīng)濟耐用舒適的竹產(chǎn)品。有了設(shè)計師的努力和嘗試，相信這種低造價、低技術(shù)、無污染的生態(tài)材料——竹，必將在未來和應(yīng)用中體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。