陳亞楠 張仲鳳

為進一步提高家具產(chǎn)品附加值，實現(xiàn)由“中國制造”向“中國智造”的升級轉變，家具行業(yè)未來將更多地把發(fā)展基點放在創(chuàng)新上，依靠創(chuàng)新驅動，塑造引領型發(fā)展。家具系統(tǒng)的創(chuàng)新設計包括家具產(chǎn)品的造型、功能、工藝與結構的創(chuàng)新設計。因為結構承擔著造型的連接點，功能的實現(xiàn)點，工藝的關鍵點等多方面的重要角色，所以家具結構的創(chuàng)新設計在整個家具系統(tǒng)的創(chuàng)新設計中至關重要。

1 家具結構設計的內(nèi)容

結構賦予家具功能，是功能的物質(zhì)載體，它通過安排家具各零部件間的連接方式和相對位置實現(xiàn)設計初期所規(guī)劃的特定使用目標；同時結構也是家具承重部分的構造，是受力物體的架構形態(tài)，物體可以借由結構在一定程度上抵抗外力引起的形狀或大小的改變。家具結構設計的內(nèi)容就是依據(jù)設計主體持有的目標，通過一系列手段，確定家具產(chǎn)品各構成元素間的連接方式和裝配方式。除了解決連接和承載問題，家具結構設計過程中還必須協(xié)同造型、功能、工藝設計等重要環(huán)節(jié)，充分考慮實用價值、生產(chǎn)成本、運輸成本、產(chǎn)品生命周期和節(jié)能環(huán)保等問題。最終得到一系列能夠實現(xiàn)預期外觀形態(tài)與功能要求，并能用以指導家具生產(chǎn)制造的結構工程圖紙[1]。

2 家具結構創(chuàng)新設計的要求

結構設計的基本要求有：合理利用材料、保證使用強度、加工工藝合理、充分表現(xiàn)造型需要[2]。結構創(chuàng)新設計則要求綜合考慮社會生產(chǎn)、生活方式的變革、新技術及其應用的影響、新思想理念的發(fā)展趨勢等，針對以上幾個方面的變化發(fā)展對家具結構創(chuàng)新設計提出新要求。

2.1 提高拆裝性能

便于拆裝的結構使得家具整體可以分解為合適的若干零部件，可減少運輸空間，提高裝載量，從而降低成本。因此家具結構創(chuàng)新設計要求簡化拆裝過程,減少緊固件數(shù)量,避免可能造成破壞的結構方式，只設置必要且合適的接口，使家具整體在拆裝性能方面進一步得到完善[3]。

2.2 適應信息化生產(chǎn)

通過計算機控制生產(chǎn)設備和使用參數(shù)化的設計工具是今后家具生產(chǎn)方式發(fā)展的必然趨勢?；跀?shù)控生產(chǎn)條件下的家具結構創(chuàng)新設計要求接合部位的形狀根據(jù)設備刀具的運行狀態(tài)做出改變，整合和簡化復雜的加工基準面，重新設計符合定制化生產(chǎn)的結構造型[4]。同時參數(shù)化設計工具的廣泛應用要求家具結構創(chuàng)新設計放眼定量研究，在設計過程中借助數(shù)學模型，以精確的數(shù)據(jù)計算來分析構件的強度和受力情況，有針對性地進行結構改進設計。

2.3 關注新材料特性

材料的理化特性，如強度、硬度、韌性、耐磨性等會影響到家具結構零部件的成型加工方式和表面處理工藝，也會在一定程度上限制零部件之間的接合形式；材料塑性、剛性等力學性能的高低，關系到家具結構能否有效抵抗外部載荷的作用，包括在沖擊載荷和循環(huán)載荷下產(chǎn)生的結構疲勞，以及在靜載荷和變載荷作用下產(chǎn)生的蠕變[1]。所以只有充分掌握新材料的特性才能在結構設計中發(fā)揮新材料的優(yōu)勢，創(chuàng)造出理性優(yōu)美的新結構。

2.4 遵循生態(tài)設計理念

1）精簡結構零部件，使之符合標準化、規(guī)格化，以便組織專業(yè)化、聯(lián)動化的生產(chǎn)過程，幫助節(jié)能減排；

2）使結構零部件間具備靈活的互換性，支持回收受損結構中善好的零部件以重復使用；

3）賦予家具產(chǎn)品合理的使用壽命，綜合考慮產(chǎn)品精神報廢和追求完美品質(zhì)的不同需求[3,4]。

3 家具結構創(chuàng)新設計的方法

著名的家具設計師朱小杰曾談到，創(chuàng)新設計不等于原始創(chuàng)新，而是一種模仿后的組合，是先接受先人與他人的智慧，再重新用自己特有的、擅長的、成熟的技藝進行的組合。家具結構創(chuàng)新設計可以歸結為以下幾種方法。

3.1 改進傳統(tǒng)的家具結構

中國傳統(tǒng)家具的結構形式由箱型壺門結構發(fā)展至框架結構后，逐漸臻于成熟穩(wěn)定。傳統(tǒng)家具結構具有歷經(jīng)時間考驗的實用性和經(jīng)典審美意趣的同時，也因為新技術的發(fā)展和現(xiàn)代社會生產(chǎn)、生活方式的巨大變革逐漸暴露出不可忽視的局限性。

改進傳統(tǒng)家具結構的具體做法有：傳統(tǒng)結構的形制創(chuàng)新和面向數(shù)字化的傳統(tǒng)結構優(yōu)化等。

3.1.1 傳統(tǒng)結構的形制創(chuàng)新

提煉傳統(tǒng)結構的拆裝形式將其應用于現(xiàn)代家具的連接配合可以得到家具結構的新形制，這種古為今用的結構創(chuàng)新設計方法，既保留了古典家具優(yōu)美的結構造型又改進了其中不適應時代特征的缺陷，對傳承優(yōu)秀文化遺產(chǎn)具有重要意義。

例如，牙條是傳統(tǒng)家具中既作為結構部件使用，又具有裝飾作用的一類結構，但家具經(jīng)過長期使用牙條部位容易脫落，為解決這個問題，對牙條結構進行改進設計。圖1中的案，將牙條與面板改進為一體結構，解決牙條脫落問題的同時保留了傳統(tǒng)結構的榫卯符號[4]。

圖1 牙條結構的創(chuàng)新設計Fig.1 The innovation design of the article tooth structure

3.1.2 面向數(shù)字化的傳統(tǒng)結構優(yōu)化

許多傳統(tǒng)結構受結構造型制約只適應于手工或半手工生產(chǎn)，這種情況與現(xiàn)代工業(yè)追求的成本效益難以協(xié)調(diào)，因此為實現(xiàn)傳統(tǒng)家具的定制化生產(chǎn)，應對傳統(tǒng)榫卯結構的造型進行創(chuàng)新設計使其能適應于數(shù)控銑削或激光切割的加工。圖2為基于CNC數(shù)控加工中心銑削特點改進的榫卯結構，其加工基準面經(jīng)過整合更適應于數(shù)控設備的刀具運行狀態(tài)[5]。

圖2 基于CNC數(shù)控加工中心改進的榫卯結構Fig.2 The modified mortise and tenon joint structure based on CNC

3.2 借鑒跨界的結構形式

尋找其他領域中可以化為己用的結構形式是家具結構多元化創(chuàng)新設計的重要途徑之一，跨界的學習借鑒有助于整合其他行業(yè)的獨特視角，為家具模塊化設計中連接節(jié)點問題提供有益參考。

中國木結構建筑中的木拱廊橋是一種以梁木穿插、咬合、別壓形成的拱橋，橋的底座是由圓木成角度拼接對拱形成的“八字結構”。建筑師趙英明根據(jù)木拱廊橋的特殊結構原理設計出圖3所示的廊橋桌，其結構強度主要來源于構件自身強度和構件間的摩擦力、成型角度以及水平距離等因素的協(xié)調(diào)，不需一釘一鉚卻非常堅固。

圖3 木拱廊橋結構的書桌Fig.3 The design of desk referenced the structure of wooden arch bridge

3.3 利用異種材料進行節(jié)點連接

形形色色的新材料為家具結構創(chuàng)新設計拓展了新思維，將造型效果對比強烈，力學性能優(yōu)勢互補的異種材料搭配起來用于家具節(jié)點的連接可以創(chuàng)造出令人耳目一新的結構形式。圖4為硅膠與實木構件的節(jié)點連接，硅膠化學性質(zhì)穩(wěn)定、機械強度高，且具有良好的彈性和防滑性能，將其用于固定圓木桿件的搭接,既可以保證結構的穩(wěn)定性，又可以獲得靈活的拆卸性。

圖4 硅膠與實木構件的節(jié)點連接Fig.4 Node connection of silicone and wooden components

但要注意，利用異種材料進行節(jié)點連接，關鍵在于綜合考慮異種材料間的性能差異，理化性能相差過于懸殊的異種材料會限制結構的接合方式，也會降低結構有效抵抗外部載荷的能力。

3.4 借助計算機輔助技術

SolidWorks和 Virtools 等計算機輔助設計軟件用于家具結構創(chuàng)新設計具有突出優(yōu)勢。借助計算機輔助設計軟件進行家具結構創(chuàng)新設計的一般步驟是：參數(shù)化建?！鷳密浖M行結構受力分析→依據(jù)分析結果，針對性修改結構細部→以各零部件間的約束關系為基礎，仿真模擬結構的逆向拆裝→導入虛擬裝配平臺，觀察裝配順序→調(diào)整裝配工序→提高裝配效率[6,7]。

3.5 應用去結構化的設計思想

去結構化的設計思想認為，以組裝為制造核心的工業(yè)時代設計正在向以信息構建實體的技術要素為制造核心的信息時代設計轉變，新技術如3D打印的成熟解決方案將成為家具設計從工業(yè)時代邁向信息時代的最后一個壁壘[8]。未來家具的機械性與組裝性將逐步精簡，最終結構元素將歸于隱退。在家具結構創(chuàng)新設計中應用去結構化的設計思想，探索如何消弭關節(jié)以獲得均質(zhì)、連續(xù)的有機整體，并使其能適應批量化生產(chǎn)和長途運輸，是未來結構設計的發(fā)展方向之一。

4 結語

社會的變化發(fā)展一方面拓寬了家具結構創(chuàng)新設計的范圍，對結構創(chuàng)新設計提出了新的要求，另一方面新技術的涌現(xiàn)又極大地豐富了結構創(chuàng)新設計的方法，未來家具研發(fā)仍將不斷探尋新的結構創(chuàng)新使家具技藝與美得到真正統(tǒng)一。

[1]柯清, 楊舒英, 楊諾, 等. 基于穩(wěn)健設計思想的家具結構優(yōu)化設計[J].林產(chǎn)工業(yè), 2016, 43(2):30-33.

[2]張仲鳳. 家具結構設計[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2014:45-46.

[3]徐秋鵬. 中國傳統(tǒng)家具結構形式現(xiàn)代化的研究[D]. 無錫:江南大學,2004.

[4]薛坤. 傳統(tǒng)家具榫卯結構的性能與設計進化研究[D]. 南京:南京林業(yè)大學, 2013.

[5]薛坤, 許柏鳴. 傳統(tǒng)家具的拆裝結構研究與現(xiàn)代設計應用[J]. 包裝工程, 2012(6):57-60.

[6]何風梅. 基于ANSYS的板式家具結構強度分析與優(yōu)化設計研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學, 2008.

[7]賈夢琳, 虞江. 3dsMax和Virtools虛擬技術在家具裝配中的應用[J].家具, 2013(2):53-56.

[8]阮昊. 貓桌:可縮放尺度的空間原型與其面向設計未來的探討[J].裝飾, 2015(5):105-107.