绿色设计理念下榫卯结构灯具的设计创新
中山职业技术学院 王炼 王文彬
随着全球范围内资源和能源的日渐匮乏，以及环境污染问题的日趋严重，节能、环保的绿色设计已成为工业产品设计制造的必然要求[1]。绿色设计理念，又称生态设计、环境设计等，主要指在进行产品设计时应综合、立体地协调人、自然、社会的关系，从质量、功能、使用周期等方面就产品的细节进行充分思考，并就相关因素进行深入研究，从而实现在制作和使用各个环节的环保[2]。
中国榫卯文化源远流长，榫卯结构在中国传统的建筑及家具领域应用得十分广泛。如今，我们再提榫卯，它已不再是单纯的结构形式、连接部件，其已经被赋予了时代的标签，代表了中国传统木作手工艺的千年传承与设计精华[3]。
榫（sǔn）：通常竹、木、石制材质器物，呈现出“凸”形态，连接两个或两个以上部分，剡木入窍，称为“榫头”。卯（mǎo）：是方便榫头嵌入的孔眼，保证榫头得以结合的“凹”形态，榫与卯相互嵌入，由不同方向嵌接并相互咬合形成榫卯组合，从而达成一种微妙且复杂的平衡，不需要任何的铁钉和胶水固定。研究后发现，流传至今的榫卯结构庞大而复杂。
现在市场中的榫卯结构灯具同质化严重，经常利用原有的榫卯结构做简单的造型，设计者没有提取元素或是只从材料、光源、功能等方面进行再设计，原创性欠缺，导致产品缺乏市场竞争力。灯具制造商生产的产品，大多数均来自市场销售量较高、制作成本较低的成品灯具。这类灯具好模仿，没有研发和制作难度，最大程度地减少了企业研发费用，造成市场榫卯结构灯具美感缺失、形式化较重的现象。
绿色设计理念实践，主要是从产品的寿命即整个生命周期，着重考虑产品的环境属性中可拆卸性、可回收性、可利用性、可维护性等，并将其作为设计目标，保证产品应有的功能、质量、生命周期等要求。力求产品在材料、功能、质量等物理性能不变的前提下，对人们生活的环境污染降到最小[4]。设计者可选择具有中国传统文化精髓的榫卯作为设计点，将绿色设计理念与灯具相结合，分别从材料、结构、技术和功能4个方面进行创新：
4.1 材料创新
根据灯具市场分析发现，在销售中百分之九十以上是榫卯灯具产品，为实木直接拼接后直接加上光源，完成简单的灯具设计。如果沿用这样的设计思维，直接照搬传统榫卯结构，很难取得较大突破，可以尝试与现代材料相结合的方式作为创新点，材料部分使用实木，需要根据创意本身与其他材料进行搭配。如图1这款灯具产品，利用传统榫卯结构进行灯光效果的改良，直接借鉴工程灯常用的栅格结构，防止灯光直接照射到地面，同时减弱灯光对眼睛的照射，丢弃将传统结构单独做造型而不考虑光效的老旧设计方法，将现代材料与传统木材混搭，再融入造型简单的亚克力灯罩当中，兼具美感与环保性。
图 2 拱模型包装设计
4.2 结构创新
中国传统的榫卯有很多种经典的结构，如直榫、燕尾榫、楔钉榫、抱肩榫、银锭榫、粽角榫等达到上百种样式[5]。对榫卯结构研究后，设计者需要打破固有设计模式，尝试元素提取与再设计。可借鉴家具设计中经常使用的扁平化概念。扁平化概念适合快速拆卸与安装产品，有效利用空间，最大程度地减小损耗，同时可以标准化大规模生产，且使用者能参与互动（安装）。设计者试图将扁平化设计思维加入榫卯结构灯具设计理念当中，减少灯具的生产与组装、包装材料、空间等方面的浪费，符合绿色设计理念的要求。产品佛光寺斗拱模型包装设计，如图2所示，就是在包装盒内将榫卯结构拆分成多个小型组件，所有零部件都平铺在盒子当中，极大地节省了空间，使用时取出即可进行产品安装。
4.3 技术创新
传统灯具的光源以白织灯泡为主，但是它需要安装空间，灯具的造型受到很大的局限，不利于多元化的造型设计。然而科技进步带来光源技术的更新，采用LED作为光源成为了现代主流趋势，它具有体积小、节能、寿命长、效能高、原料污染小等特点，在极小的空间内放置LED灯珠或LED灯带也能保证足够的照度，为灯具造型设计减少了障碍。LED灯“解锁”，借鉴了传统榫卯水平构件与垂直构件相互结合再设计，如图3所示。单从外观整体造型中来分析，属于中规中矩创新度不高的类型，但从光效上来看确实有一定的参考价值。这款灯具将LED灯珠作为光源，然后与磨砂的树脂材料相结合，灯光透过树脂发出，显现出一种朦胧光感，整体别有一番意境，将传统与科技融为一体，凸显了灯具的光效与材质相结合的美感。
图3 灯具“解锁”
4.4 功能创新
随着灯具产品设计的进步，以往的大多数灯具只以照明功能或单一光效改良设计为主，而现在已经满足不了大部分消费者的需求。灯具设计必须从多功能、便捷性等方面进行考量，再结合色彩、纹样等进行综合性整合设计。如冬奥斗拱香插夜灯，设计者在特定的榫卯结构元素中，基于传统进行了革新，如图4所示。选取经典的斗拱结构，提取并运用到符合现代审美的灯具产品中，其设计的灵感来源于传统斗拱的外形特征，将其外观直接运用在底座设计当中，然后将LED灯珠放置在底座下方，通过透明的亚克力发光，具有气氛灯具的作用。顶端为两个圆桶造型做镂空纹饰设计，它结合了传统的香插功能，既能燃放熏香又利用了镂空纹样，让熏香的烟雾从有传统纹样的缝隙中散发出来。这款灯具属于创新复合型功能型产品，集聚美观性与实用性为一体。
图4 斗拱香插夜灯
5.1 设计调研
设计者从绿色设计理念下的榫卯灯具设计问卷开始，设定好相关的调研时间、调研目的、调研方式、问卷分析等具体细节问题后发放问卷，经过215份真实有效的数据资料分析，明确消费者喜好及需求，如表1所示。总结出有用的数据，提取关联词语。如造型主题为大自然，造型风格为简洁大方、光效方面为可调节与多种光效相结合，色彩则以暖色系为主。有了这些关联词和数据的支撑，设计者就不会按照自己的偏好或想象进行天马行空的设计，浪费过多的时间和精力。而是会在设计的前期，就利用明确数据与关联词，了解和提炼有用的相关信息，在此基础上再以发散思维展开设计，这样设计的产品不会偏离消费者的审美及要求，为后面的设计打下了良好的设计基础。
表1 问卷调研总结
5.2 设计理念
确定设计大方向后，按照绿色设计理念下的榫卯灯具主题进行设计。在前期的榫卯结构研究中，发现榫卯结构多达数百种，结构均有自身的特点与文化内涵，造型更是丰富多彩。为了融入既定的灯具设计范围，如何找到简结且符合一定主题的榫卯结构成为难点。基于对传统结构的继承与发扬，同时减少重新设计结构的时间，设计者选用了榫卯结构中成熟且经典的样式代表斜肩榫。一般的榫与卯相接大多数为90°直角，而斜肩榫的卯眼与榫肩均非直角连接构成，接口并不垂直，表面转斜肩连接形成大于90°，斜肩榫结构形式在榫卯特殊结构中有明显的特征。所以在众多的备选方案中，选择了斜肩榫作为这款灯具设计元素的结构来源，既符合主题又具有一定的美感，如图5所示。
5.3 设计思路
5.3.1 结构设计
确定主题与结构后，开始灯具方案的构思。先从绿色设计理念下的榫卯灯具设计问卷中整理好的关联词出发。如大自然这一词语，在互联网上选取了数百张图片，但范围较广导致无法快速找到创新点，思考许久无法确定具体的素材，后来缩小了关键词查找范围，将元素定位树木，符合表现大自然的主题元素。然而树木品种繁多、形态大小各异、简洁的表现复杂的物体，又成为另一个难点，再次回到调研数据后，关键词中有简洁这一词语，即刻提醒了设计者需要将复杂的树木形象进行简化。最终，以点线面设计方法当中线的构成法，将树当作一个整体，再将复杂的叶子和树干形态以线条的形式做简化，初步的造型意向就在设计者的努力下完成了效果图的绘制工作。
5.3.2 材料搭配
灯具材料搭配的首要原则为符合用电安全。然而现在全球气候变暖，也需要尽量运用可再生、可循环、使用周期较长的材料进行设计。而传统的木材虽然可再生，但是生长周期较长，设计时应尽量采取搭配或减少材料的设计方法。此款灯具选用铝合金，其重量轻、散热好、价格实惠、工艺成熟，又属于可回收类型的材料，设计者希望贯彻绿色设计理念的理念，减少耗材的同时绿色环保，最终选择了较轻的铝合金材质与木头混搭进行拼接创新。为了保证灯具的平衡性，主体支架选用木材，分支为铝合金。木头材质使用时间长会有轻微变形，需要将榫肩部分大小进行微调，铝合金的卯眼保持不变，防止因外在环境变化灯具脱落的风险，这样的设计方案既能保持结构的牢固性，又保证材料不会受到变形而影响产品的正常使用，耐用性很高。
5.3.3 灯光搭配
灯具作为照明产品，灯光最为重要。需要根据中国照明行业标准，对不同空间的照度标准值理性分析后，再根据科学的参数进行设计。这款吊灯属于客厅灯，标准照度标准值为100lx。选用了LED光源，因为其环保耐用、工艺成熟、价格低廉，非常适合灯具使用。设计者通过运用灯罩大小，区分光照的强弱，把大功率的主光源放在大灯罩内，其余小功率辅光源则放在小灯罩内，外观直接判断灯光的强弱，十分便利。为了满足消费者可调节与多种光效结合等一些系列需求，灯具顶部安装灯光冷暖调节智能系统，可进行个性化的设置，提供了多种光效的可能性，迎合大众对不同光线的需求。
5.4 设计呈现
产品三维模型制作需要根据前期手绘效果图进行模型的建立，属于手绘稿的美化与规范化过程，符合大规模生产的需求。该项目选用了工业设计行业中Pro/E软件，它是目前最全面、集成最紧密的产品开发软件，包括了工业设计和机械设计等方面的多项功能，可以做到功能仿真、制造、产品数据管理等，同时非常适合灯具模型制作。使用产品三维模型制作可以最大程度地还原设计者的想法，并实现360°全方位的产品展示，有利于在生产之前看到产品的最终效果，对产品的修改与样板的制作起到重要的作用。模型制作完成后，还需要对产品进行渲染，在渲染的过程中，针对灯具的材质、颜色、光线、肌理等需要非常细致地调整，让产品呈现出三维效果，如图6所示。
图6 产品效果图
随着市场上人们对物质文化的要求逐年上升，单一的色彩设计已满足不了当今的消费者，产品色彩朝着多元化设计的方向发展。配色以暖色系为主，最终在30个配色方案中，选择出3款作为展示最终效果，如图7所示。木纹加乳白色搭配清新自然，符合消费者的喜好，木纹属于自然主题，适合大众喜好；
果绿色加暖白色属于用色较为大胆的配色，适合对灯具又有一定个性需求的消费者，整体既有色彩感又具有美观性；
大理石纹加深灰色，效果高档大气有独特的材质美，适合追求质感的消费者。虽然灯杆有多色搭配，色彩均属于较为低调色彩的搭配。为加强灯具的现代感，灯罩选用金色，银色的金属电镀工艺效果，打破灯具支架过于素雅的感觉，应尽量接近消费者的意向。
图7 产品换色方案
2021年全国“两会”上，“碳达峰、碳中和”首次被写入政府工作报告，快速成为热议的话题。报告中指出中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，实现“碳达峰、碳中和”刻不容缓。因此，这次灯具设计源于榫卯文化与绿色设计理念的结合，具有创新性与实用性，符合国家政策，值得大力推广关于传统文化与产品的结合设计的相关产品。文章展现了整个灯具的完成的设计过程，方案以消费者需求为主要考虑范围，从各个方面将绿色设计理念融入榫卯结构当中，深入研究并发掘榫卯结构文化内涵，让传统工艺在现代设计中得到更好的传承和发展。
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