形态安全属性与创新设计研究

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摘要：目的产品设计为形态学的外在表现，安全为形态学的基本属性。深入剖析形态的安全属性，构建面向安全的产品创新设计体系，在满足用户需求的同时，生成产品的创新设计解。方法从历史的角度研究形态学的安全属性的源流与表现，分析安全属性的物质与精神层面，从结构和色彩两个维度剖析设计形态的物质需求与精神需求的耦合统一，提出综合考虑安全属性的设计形态创新方法，以面向安全的创新设计，指导设计实践的发展方向；并以视觉假体创新设计为研究案例，诠释基于安全的设计形态创新设计。结论提出的方法与设计实践，以安全为主导思想，通过形态的具体表现，满足物质与精神的双重需求，关注以人为本的可持续性发展，有效指导了面向安全的创新设计。

关键词：形态学；安全属性；创新设计

在产品设计需求不断被提高的今天，关于设计与安全的问题同样受到关注。设计形态中“安全”属性是设计核心要素，设计面对的不仅是日常应用，而且被提升到关系人类发展延续的生命体中。在当下的设计形态研究中，如何面向安全的创新设计发展是人们需要面对、探讨、研究和解决的问题。近现代国际科学领域中，“形态”这一概念，被赋予更多的衍生意义，而“形”与“态”的界定，是基于人为形态的可视性方面与非可视性方面进行的对应性研究，由此厘清有关于人为形态创作的机理。设计师通过材料、色彩、结构等方式塑造设计作品可视性的“形”，同时通过“形”深入发掘“态”所呈现的内涵，这是设计界必然需要深入研究、分析的领域。形态的安全属性是设计领域思考的先决性因素。

1安全属性的物质与精神层面

1.1安全属性的物质层面。马克思主义哲学中的“物”有三种形态：从认识的角度，是指事物；从本体论出发，是指物质；从唯物使观看，是指社会存在[1]。这里主要取本体论，物质之意，探究设计中由物质形态引发的安全思考。2015年据英国《金融时报》报道，在德国大众汽车公司的一家工厂中，机器人“出手”杀死了一名工作人员，有关设计的安全问题再次引发热议。这名不幸身亡的工作人员是大众的承包商，事发时正与同事一起安装机器人，但机器人却突然抓住他的胸部，然后把他重重地压向一块金属板，最终导致这名工作人员因伤重不治身亡。然而，由于事发时这名工作人员正在安装机器人，所以他在安全笼中，而他的同事站在笼外，却没有受伤。这个机器人在整件事情中没有出现技术故障，也没有遭到损坏。“物”的创造和使用主体均为“人”，人在面对造物时，要遵循的第一原则即为“安全”。产品创造从物质本身出发，通过各项条件的组合，保持产品系统的稳定性、可靠性，结合审美因素，构成物质本身所能提供给使用者的本体安全效应。例如，在生产过程中若某一基础环节出现故障或协调性误差，设计安全的稳定链接就会被打破，物质本体也将带来安全隐患。1.2安全属性的精神层面。布鲁诺•赛维总结象征主义的移情作用论（Einfuehlung）关于形式的心理作用，认为建筑只是制造某种预定的人类反应的一个机器而已。例如他们认为水平线让人体验到一种内在感、合理性、理智；垂直线象征着崇高，代表着果断有力；螺旋线表示升腾、超脱；立方体显示肯定感；圆给人以平衡感、控制力，一种掌握全部生活的力量；球体代表完满[2]。由此，不同形态的设计，会给人不同的心理暗示，《设计心理学》一书借鉴了W.H.梅奥尔所著的《设计原则》中关于“物质心理学”的概念和事例，指出“物质心理学”应该是研究物品预设用途的学问。预设用途是指物品被人们认为具有的性能及其实际上的性能，主要是指那些决定物品可以作何用途的基本性能[3]，而设计师根据预设目标受众的心理情感反应，设计出形态与之匹配的产品，从而引起良好的心理反应。石器时代“人面鱼纹盆”，见图1，器物口径为339.8cm，绘画表现为内壁彩绘，描绘对象为“人面”与“鱼”，将“人面”取几何造型并与“鱼”图形相结合。在多处发掘中均出现石器时代的带有“鱼”图形的彩陶器皿，可以从中发现当时人类生活与鱼之间的关系。在物质生活相对匮乏的时代，鱼作为主要食物来源或繁衍的象征意义的对象，以图案的形式出现于器物之上，所带来的不仅是形式上的丰富，而且是心灵情感上的安全与满足。

2设计形态的安全属性

2.1结构设计形态与安全。早在中国石器时代所使用的石器工具的设计中，已存在明显的安全意识[4]。旧石器时代石斧见图2，在形态设计中，器物一端为几何状尖厉口，另一端的手持部分设计为有相对弧度的把手，既保证了使用安全，又符合了人体力学的设计理念。西方古罗马时期建筑万神庙（又名万神殿），见图3，始建于公元前27年，是一座希腊围柱式长方形建筑。由于古希腊建筑材料为石材，梁柱结构无法承受如此大的重量，所以从安全角度来看，古希腊围柱式建筑，柱之间的距离都不会很大，从结构上保证了建筑设计的安全性。根据这个设计理念，公元2世纪，古罗马哈德良皇帝在原神庙的基础上彻底改建万神庙，把它建成罗马特有的穹隆圆顶形建筑。公元3世纪，古罗马皇帝卡拉卡拉在圆形神庙前建了一座与其相连的长方形神庙，并将长方形建筑作为这个神庙的入口。万神庙圆形大殿上覆盖着一个直径为43.5m的大圆顶，为了支撑屋顶，大殿的墙厚6m多。圆顶用砖和三合土砌成，为了减轻圆顶的重量，屋顶越往上就越薄，并在圆顶的内部做了深深的凹形方格。由此可见在设计形态中，物质的安全属性与结构和材料是密不可分的。2.2材料应用与安全。设计是人的造物活动，造物一定是以形态的形式存在的，而构成形态的密不可分的要素即为材料。木材、石材、塑料，金属等不同的材料赋予产品不同的特性，产品的安全属性是设计材料选择的根本[5]。中国早期建筑大量使用木材，一是因为木材分布广、易建造，并且具有较好的抗震性，保证了建筑的安全性；同时，木材榫卯结构的发明与使用，进一步提高了木建筑的结构设计的安全性，体现着中国古代工匠智慧的结晶。当然，木材在原料上虽具备天然的优势，但与石材相比，耐火性、坚固度相对较差。19世纪初，钢筋混水泥的发明解决了这些问题，法国著名建筑师奥古斯特•佩雷以钢筋混水泥作为主要材料，完成了巴黎富兰克林路25号公寓、香榭丽舍剧院和兰斯圣母大教堂的设计，从设计安全的角度证明了钢筋混水泥在现代建筑中的决定性作用。现代建筑芝加哥学派，“摩天大楼之父”路易斯•沙利文对于建筑的设计理想也正是基于此材料[6]。通过以上案例，说明新材料的不断演进推动着设计的不断创新，而导致新材料在设计领域大量应用的一个不容忽视的内因是安全性。人们对设计安全的持续追求，导致了新材料在设计过程中的应用与推广，同时也推动了设计风格的演变与设计形态的变革。2.3色彩设计与安全。设计形态中色彩使用的准确性，是安全属性的重要因素之一。色彩心理学的研究由来已久，不同的色彩会影射出的不同心理反应：红色—激情、热烈，黄色—明亮、温暖，蓝色—自由、放松，紫色—浪漫、幻想，黑色—冷漠、压抑、神秘等。设计创作中，色彩的设定，可根据使用者的预设性反应，例如室内墙面的白色、机车的黑色等。设计中色彩与安全之间具有潜移默化的联系，准确的色彩使用可有效减少产品的安全隐患。考虑安全的色彩设计的经典案例是英国伦敦菲里埃大桥的设计。它的著名并不仅因大桥本身的雄伟壮观，而且因为经常有人跳桥自杀，所以曾被人称为“自杀大桥”。后来伦敦市政府尝试听取医学家普里森博士的建议，将桥身从黑色粉刷成为蓝色，当年跳桥自杀的人数锐减56.4%。这个案例是典型的色彩设计，无疑通过色彩的调和，可以影响人的情绪，缓解其潜在的心理压力。

3综合考虑安全属性的设计形态创新

3.1需求分析与安全属性的确定。任何时代与环境条件下的设计，安全是永恒的设计主导思想。当今时代，创新设计面临着各种挑战与发展机遇，设计师需要面对众多问题。因此，有必要通过设计形态中的结构、材料、色彩的具体表现，满足用户物质与精神的双重需要，从而建立起面向安全的创新设计框架，见图4。安全作为产品设计的先导因素，贯穿于设计师的设计构想与整个设计过程之中，最终使设计形态表现满足使用者物质与精神的双重需求[7]。美国著名建筑师、工业设计师，埃罗•沙里宁，1948年创造了子宫椅（WombChair），见图5，在产品命名上就可以让使用者认知并感受到充分的“安全感”；在设计形态表现中，设计师经过反复的物理、力学、人体工学等实验完成设计结构，用严谨的科学态度对待产品设计。子宫椅主体采用玻璃钢材质，由模具出模成型，材质坚固不易变形；表面选用绒布，坐垫为弹性海绵，温暖、柔和；椅脚采用纯不锈钢材质，达到了镜面的效果。整个椅子设计细节的处理舒适、优雅、时尚[8]，使用户在体验过程中无意识地产生减压的生理和心理效应，似乎在母亲子宫内，获得充沛的安全感。3.2面向安全的创新设计形态。人是社会发展的主体，面向安全的创新设计是以物质与精神层面为基础，以适应人类的生存与发展，触发人们美好的体验感受为目标，启迪人们对未来的渴望，使人们关注可持续发展对人类未来的影响，在人们享受生活、创作生活的同时，珍惜未来生态与人类共同发展的命运体[9]。从地球的概念来看，“合适”又有着超越国家和地区的阐释。地球作为人类与其余生态共有的一个生态圈，它要求设计从可持续发展的角度来向人提供合适的产品，任何无视资源浪费、环境污染、没有节制的物品都应该被拒绝[10]。20世纪八九十年代美国通用公司汽车总造型师厄尔，其设计风格奔放流畅，富有创新精神，开创了战后汽车设计中的“高尾鳍”风格和流线型外型风格，对战后乃至今天的汽车设计都产生了重要的影响。然而对于其而言最著名的不仅于此，他还提出并通过了“有计划的废止制度”，分别是：功能性废止、款式性废止、质量性废弃。设计师通过此制度，目的是吸引消费者因新鲜感而购物，实现利润最大化。此设计最大受益者为制造商，对于社会而言，刺激了人们物欲虚荣心的膨胀，不但没有满足使用者物质与精神的需要，反而滋生了“用毕即弃”的消费主义精神。1972年前后的能源危机中，日本汽车凭借其独特的设计理念迅速占领市场，1980年日本取代美国，成为世界汽车生产的第一大国。在具体设计形态上，日本汽车外型简单、采用大量的弧线、内饰精美、噪音小、做工精良；在能耗上，注重节能减排，大部分使用复合材料制造车身，自重低，发动机负担相对较小，油耗低，适应可持续发展的设计原则；在安全问题上，性能优越，日本汽车利用钢板薄、接口多、复合材料易碎和人体柔软的特点，当外力侵袭时，车身破碎、车架接口断裂都成为外力吸收的承载体，从而保护柔软的人体。设计的更替一定是以人为核心主体，安全为设计前提，是物质与精神需求的耦合统一。关注人类可持续性发展，成为创新设计发展的主要方向。

4面向安全的设计形态创新实践

4.1创新设计形态与安全分析。创新的实质是创新思维的形态学表达，其理论基础是设计形态学。创新设计形态与安全分析，强调安全主旨思想下的系统理论体系、强调多学科交叉、强调创新、强调应用、强调心理安全。建立安全驱动下的创新设计形态分析包括：创新设计形态的物质安全分析、创新设计形态的心理安全分析、创新设计形态的安全评价标准[11]。创新设计形态的物质安全分析。一是建立仿生学、美学、人体工学、材料学、建筑学、生物学、机械学、医学等多学科交叉的知识体系，从中提取产品创新设计元素，例如桥梁设计所采用的，仿生学的结构与形式、材料学的物理因素、美学的视觉呈现等[12]；二是基于设计师自身设计经验，强调形态创新设计的同时，满足功能性与使用性的基本物质安全属性；三是从用户使用感出发，在功能性设计解，也就是面向功能的设计方案的基础上，获得产品形态设计中，产品的使用性安全设计解，最终通过设计解的非功能性优化与表达，获得满足设计师内在功能需求和外在使用行为的产品形态安全设计解，保证设计师对产品“形”与“态”需求的统一。创新设计形态的心理安全分析。一是从设计师自身的内在心理安全需求出发，通过科学提取设计师内心模糊的安全需求，以及设计知识功能相关性分析，获得创新形态设计中产品安全设计解；二是从设计师对产品在特定情景下的使用行为心理安全需求出发，提取设计师给予产品的心理安全设计解，达到设计师与用户之间创新设计形态心理安全的耦合，并通过心理暗示等情感元素获得使用心理上的安全感满足。创新设计形态的安全评价标准。建立客观量化和主观心理安全标准相结合的评价机制。一是建立客观产品评价体系，引入国家产品安全标准，建议加强对创新产品物质属性检验标准的规范，客观评价设计创新形态的物质安全；二是在物质安全的基础上，根据设计心理学内容，界定心理安全范围，引入产品心理安全评价体系，让产品在投入市场前，进行试用者心理评价，测量产品用户心理安全指标，达标后方可投入市场。4.2创新设计实践案例与设计形态分析。接下来以笔者主持的国家973计划课题的视觉假体创新设计作为研究案例，诠释基于安全的设计形态创新设计[13]，见图6。视觉是人类认识客观世界、感知美与和谐的重要途径，大脑所接受信息的70%以上来之视觉。从产品需求与产品形态角度进行分析，需求对象为视觉残障人士，满足特殊人群在以安全心理为主导下的物质层面与精神层面需求。物质层面以满足其视觉需要为核心，辅以眼动需求，并避免手术产生的高风险；精神层面上，产品需要满足用户作为障碍人士的特殊心理要求，即满足其自信、美观与交流渴望的需求。传统视觉假体以安装在视觉残障人士上的摄像头为视觉点，使用电极刺激视神经，但在实际操作过程中，手术植入存在一定的安全隐患，同时外挂的电线影响美观，导致安全与美学形态都没办法得到满足。笔者课题组在视觉假体创新设计中以安全原则为基础，发明了一种模拟眼球运动和视觉信号采集功能的视觉假体装置：采用内壳体、外壳体模拟眼球外形的机构[14]，利用单输出微电机和双输出微电之间的配合实现视觉假体旋转功能，解决“眼动”的物质安全需求；将微摄像头和微蓝牙模块置于人工眼球内，将信息数据无线传输进行处理和反馈控制，符合人体工学，解决了“视觉与手术高风险”的物质安全需求。在产品外观设计形态方面，采用了黑色镜架模式，将微电子摄像头置于镜架中，此结构设计使用户使用便捷，墨色镜片设计提高了用户的审美需求，从而建立起残障人士自信、乐观的心理健康要素。视觉假体创新设计实践改善了植入者的视觉感受，提高了其完成视觉任务的能力，综合考虑了用户体验、审美功能与实用功能，以眼镜为媒介，通过传感，解决了技术驱动创新中的美学问题，视觉假体创新设计模型见图7。面向安全的设计形态创新，是机械、电子、材料、艺术、人文等众多学科的融合设计，这是新形势下对设计的跨学科要求。因此，研究多学科融合的面向安全的创新设计，具有重要的研究意义。

5结语

唐代文人刘长卿信步冲冲拜访山中一位道人，不想对方并不在家，于是写下“一路经行处，莓苔见履痕。白云依静渚，春草闭闲门。过雨看松色，随山到水源。溪花与禅意，相对亦忘言”[15]。“过雨看松色，随山到水源。溪花与禅意，相对亦忘言”本是生活中不愉快的体验，可当“雨、松、溪花、禅意”交织在一起，便在幽溪深涧中领悟人生，在摇曳的野花中领略清幽，使作者感受到了另外一番美好的精神体会。生活亦是如此，本没有处处完美的境况，可当科技的进步使“创新设计”以顺应人类发展姿态的出现，满足人们安全、舒适、美好、和谐的物质需求与精神需求，人们的心境自然也就得到了舒展。形态的安全属性是设计的基础，形态的创新发展是设计的未来，新时代下面向安全的创新设计，不仅服务于人们生活的方方面面，同时启迪着设计师对创新设计的思考，面向安全的创新设计已然成为“使生活更美好”的桥梁。

作者:王伶羽 胡洁 单位:上海交通大学