公交车造型设计研究

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摘要:公交车作为城市公共设施的一部分，其车容车貌对城市形象的塑造及文化旅游宣传都起着十分重要的作用，由此分析了影响公交车造型的主要因素及当前公交车“千车一面”状况形成的原因，提出了结合文化仿生来打造公交车造型的概念，探讨了仿生设计基于公交车造型的优劣势。以成都市文化元素的收集和提取为例，通过问卷调查和分析模型最终筛选出大熊猫来代表成都市文化元素与公交车造型结合设计，通过对文化仿生基于公交车造型的设计流程的详细阐述，旨在推进公交车造型的多元化发展，助力公交车运营的转型升级与城市公共设施的打造。

关键词：造型；城市文化；仿生；公交车；方箱型

公交车具有行驶速度慢，允许乘客站立，停靠频繁等特性，其车型多为方箱型，前围也以“平脸”、“方脸”居多。仿生设计主要指通过模拟某些形式及原理来设计出具有类似生物体某些特征的一种思维方法应用于工业设计领域实现了自然因素与技术要素的无缝结合[1-2]。当前，城市建筑的扩张和街道的延伸以及物质财富的增长[3]，并没有阻止因缺少社会认同感而带来的“冷漠”，这种现象含蓄地反映出城市公共空间人性化与人文关怀的缺失。公交车享有“城市名片”的美誉[4]，其造型和建筑、雕塑等一样对城市环境起着重要作用。套路化的设计使当今公交车造型日趋雷同并与时代脱节，既无法满足现代人的审美情趣，也无法与城市形象相符[5]。基于这种背景，本文提出以城市文化仿生来打造公交车造型的理念，旨在遵循技术标准与设计规范的前提下，为公交车造型设计提供更多可能性。

1影响公交车造型的关键性因素

1.1人机环境的影响。与长途客车不允许乘客站立相对，公交车专门为乘客设有站立区[6]，因而更需要宽敞的空间，从几何学来看，长方体对内部空间的利用率远胜其它几何体，可容纳更多乘客，因此和建筑设计一样，公交车车身形态大多为长方体。其次，公交车车速一般不超过60km/h，可以忽略气动阻力，因此不需要特别追求流线感，故其“前脸”多为大平方正。随着时展，公交车造型也在不断改变，比如在一些新能源公交车的前大灯之间已经看不到中网了，再如伴随保险杠功能的弱化和向内收缩的趋势[7]促成了公交车前、后围可塑面积的增大。以上公交车造型的形成与改变都与人机环境有着难以分割的联系。1.2骨架系统的影响。公交车隶属客车的一种，其车架结构与轿车具有明显不同，轿车多以冲压件成型，车壳兼具承载与外装饰两部分功能，然而基于安全性考虑，客车一般都要在车壳（蒙皮）内部加设承载骨架。公交车的骨架系统不仅要承载整个车体的重量，同时还要承受来自地面的各种力和力矩的作用[8]。由于钣金蒙皮是透过机械张拉工艺被延展固定于骨架表面[9]，所以骨架系统的宏观布局对公交车的造型影响重大。长期以来，“方箱型”骨架已经形成了一套较为成熟的基于有限元模型的力学分析系统，但是近年来一些专家认为只要满足力流动传递的连续性，骨架的成型方式也可以是多元的[10]。还有专家认为，骨架的艺术造型和工程技术应当在功能特性上得到充分融合，骨架系统的设计是多学科优化的结果，需要在不同学科之间达成一致性[11-12]。这些研究为骨架设计跳出“方箱型”框架形式提供了有力支撑，也为公交车造型提供了更多选择方案。1.3制造成本和工艺水平的影响。由于公交车的骨架与蒙皮系统是分开的，按理说外部蒙皮可以获得更大的造型自由度，然而大部分公交车依就“长得”方方正正，究其原因在于成本和工艺的限制。无论对于骨架还是外蒙皮系统，整体造型采用长方体的制造难度远比其它形式要低。“方箱型”对于车体内外来说都有弯曲少、直线多的几何特点，表现在对骨架方刚的焊接、外部蒙皮的张拉以及车身表面刮腻子都比曲面形态所需的成本和工艺难度低很多，这也是公交车大多为“方箱型”的一个关键性原因。1.4文化观念的影响。二战后，“国际主义风格”席卷全球，“少即是多”的工业设计理念深入人心，从这个时候开始，长方体也由于使用简便确立了其在公交车造型中的统治地位。七十年代中期，后现代主义浪潮席卷欧美，开始对冷漠、机械、呆板、以及缺少装饰的艺术风格进行批判，借打破功能主义观念的束缚，强调先锋性[13-14]来反对国际主义风格。这时出现了很多个性化的改装汽车，人们以小众设计来彰显叛逆精神，力求打破理性主义基于交通工具的统治。正如列斐伏尔认为的那样“艺术的价值在于它使人从理性主义的压力和日常生活的规范中解脱出来，提供了消费社会的工具理性认识所缺乏的关于生命的意义和体验”[15]。可见作为公共交通与社会生活的参与者，公交车造型必然会受到不同时期文化观念的影响。

2基于公交车仿生造型的优劣势分析

2.1优势分析。2.1.1打破同质化瓶颈。伴随技术交流与协同开发越来越紧密，很多客车厂的公交车都变得越来越雷同，“方箱型”公交车引发的“千车一面”的效应让大众化产生了严重的审美疲劳。从此角度上考虑，以城市文化元素仿生的手法为公交车造型融入新活力，能够在一定程度上打破这种造型瓶颈。2.1.2提升情感化语义。形态语义学将方形结构视为对男性气质和高度理性主义的隐喻[16]，由于“国际主义风格”倾向尽可能简化的装饰和依靠内部机构来规范外部形态，使得工业设计优先保证物理功能的高效运转，其次才是与使用者之间情感交流。仿生设计的一个重要特点是通过对提炼元素的深入分析来反映背后隐藏的造型语义和内涵特征[17]。它不是对原型如出一辙的照搬，而是模仿并高于原型，比如当人们看到某种产品时，透过造型能够感受到背后的情感。甲壳虫就是一个典型例子，可爱别致的造型向人们间接展示了其适合女性操作，舒适型强，安全稳定等方面的优势。2.1.3助推城市形象建设和旅游宣传。当前，不少城市都十分重视城市形象的打造，城市形象需要透过视觉感知和文化符号来体现，文化符号则需要透过创意设计与传播载体来表达[18]，作为市政基础设施，公交车理应成为文化符号的载体。从这个角度来看，目前公交车的造型难以胜任城市形象建设和旅游环境打造的要求。因此提出以文化仿生来推进公交车与城市建设的联系，不但可以使公交车成为更加符合城市形象宣传的符号载体，还能为地方旅游业的发展增添更多的亮点。2.2劣势分析。2.2.1工艺难度加大。一般产品造型大多以基本几何体或组合体为基础，如果想拥有不规则造型，制造难度都会加大。随着数控加工和各种先进成型技术的不断发展，能够应用到公交车造型中的手段也变得越来越多。就方箱型公交车来说，其造型主要由大面积平整的张拉蒙皮组焊而成，即便有小局部的曲面形态，处理起来也很容易。相比之下，仿生形态包含的曲面量大、转角多，为了保证精度只有先“化大为小”，后再以组焊钢板或拼接玻璃钢来获得整体造型。因此对技术人员的生产经验和效率都提出了更高要求，包括成型的准确度、工艺路线的选择、误差与腻子量的控制以及交工时间的保证等[19]问题。2.2.2成本增高。首先，工艺难度的增大必然会导致成本的增高。其次，要想在不降低生产效率的情况下保证公交车造型的质量，要么加大劳动强度，要么引进更多的人手和先进设备，无论哪一种手段，都会使研发成本大幅上升。2.3优劣势比较及对策分析针对上述优劣势分析，本文拟从三个方面提出对策。首先，在政策面上可以抓住公交车新能源化这一大趋势，结合新能源公交车对传统燃油公交车展开大换血之际，淘汰一批老旧的车型与骨架结系统。可以通过举办竞赛活动来收集相关公交车造型方案，政府应当积极发挥牵头作用，鼓励企业对公交车大胆改良和创新，对于结合城市文化仿生的方案给予加分和补贴。其次，在工艺层面上可以对复杂形态进行适当简化处理，文化仿生注重的是情感交流，重在传“神”与意会，而非对实物形态的真实还原。比如为动物或器物赋予人格化的表情来拉近它们与人的距离，以高度概括和符号化的形式来展现其特点能够给人以更加深刻的印象，同时也能有效控制成本和工艺难度。再者，要做好社会宣传工作，对于结合城市文化仿生来打造公交车造型这一话题，多数市民和游客会感兴趣，当然也有少数人不理解，因此要做好解释工作。

3公交车城市文化仿生案例

3.1成都地区文化元素的收集和提取。收集的成都市及周边文化元素以物质形态和非物质形态分为两大类，如表1所示。3.2基于市民和游客熟悉度的筛选。针对以上收集的元素进行问卷调查，其中发放问卷150份，回收问卷139份，有效问卷119份，有效问卷率超过2/3强。问卷发放以成都市各大景区为主，对不同性别、年龄、职业的人群进行调查，具有一定程度的广泛性。归纳后，成都市文化元素的熟悉度如图1所示，排在前五位的是：武侯祠、大熊猫、金沙遗址、杜甫草堂、夫妻肺片。3.3基于仿生结合度与功能匹配度的筛选。根据上述分析得到5个熟悉度最高的文化元素，如图2所示，将其与“仿生结合度”以及“功能匹配度”结合起来选出最终结合到公交车造型的文化元素。“仿生结合度”以每个文化元素的“H”来表示，即在图中分别代表5个文化元素的环型台越高表示由文化元素体现出来仿生形态越容易与公交车造型融合。“功能匹配度”以每个文化元素的“S”来表示，即在图中分别代表5个文化元素的环型台水平面的面积越大表示该文化元素配合公交车的功能设计越容易。对于“功能匹配度”而言，是由单元环型格组成，一个文化元素最多可以拥有五个单元环型格，每一个环型格代表公交车“五围”中的一个围合面（公交车底为围无法做造型，所以去掉）。如果一个文化元素能够融入公交车的某一个围合面进行造型创意，那么它就拥有这个单元环型格，拥有的单元环型格越多代表文化元素的环型台水平面的面积也就越大。因为圆环台的体积有“V=SH”，所以通过观察每个文化元素代表的圆环台的体积大小可以概括地衡量出哪一个文化元素与公交车造型结合设计最容易。比如武侯祠、杜甫草堂可以选择其中的建筑形态结合到公交车造型中，因此将其“仿生结合度”均设为“中”，从“功能匹配度”来看，古建筑的屋顶形态完全可以作为公交车的顶围造型，而独具特色的门窗等装饰元素也可以融入左、右侧围，所以武侯祠与杜甫草堂的环型台具有相同的“S”和“H”，因此体积相同，表示它们结合到公交车造型中的难易程度基本一致。对于环型台体积最大的大熊猫和最小的夫妻肺片来说，前者身体形态可以看作是一个倒大圆角的长方体，与目前多数公交车采用的“方箱型”骨架结构具有较强的匹配性，因此基于“仿生结合度”设置为“高”，加上大熊猫身体上的各部位都能三维形态融入公交五个围合面的造型中，因此其拥有的单元环型格也是最多，体积自然最大。就夫妻肺片来看，虽然可以被喷绘或以浮雕形式出现在左右侧围，但是由于其片状形式，很难通过仿生以三维立体形态结融入公交车造型中，所以夫妻肺代表的环型台高度为0，体积最小。通过以上分析，选择拥有环型台体积最大的大熊猫代表成都市文化元素与公交车造型相融合。

4设计方案表达

4.1方案草图。大熊猫是我国国宝，虽然憨态可掬却也拥有千姿百态，但并非所有姿态都适合与公交车结合。经分析，大熊猫睡姿、坐姿、仰姿等都难以与公交车基本车架结构相适应，而正常行走的姿态最容易匹配公交车骨架结构，故以大熊猫行走姿态为基础设计的公交车方案如图3所示。4.2方案定稿。图3中的方案经专家对比评审后，确定以方案三为基础进行CAD深化，效果如图4所示，考虑到成本，车体内部还是以“方箱型”骨架结构为参照，不另行设计新的骨架系统，只是针对局部改进，外型预期在外蒙皮连接处尽量以大圆角代替小直角，力求接近大熊猫的身体形态，从而给人以亲切、圆润的视觉感受。相较于普通公交车“大平方正”的前脸，该方案的前围弧度较大，向后弯曲呈斜面状从而有利于阻力的减小。其中大熊猫眼睛位于前风窗玻璃之上，耳朵则位于前围和顶围的交界处，大熊猫后脑勺与前肢融合在一起以褐色涂装延伸到整个车体前部1/5处，包括前乘客门的上半部。车身中段包括后乘客门及向后延伸的一部分以白色搭配简单装饰条的方式进行涂装，到整个车身后部约2/5处涂装由白色又转为黑色并一直延伸将整个后围包住，这种黑白搭配的交叉变化强化了大熊猫腹部和前、后肢的区别。从文化意象仿生的角度来看，该设计并没针对公交车就大熊猫形态如传统形象或符号[20]一模一样地刻画，而是通过解构、抽象、重组等系列动作将一个带有卡通感的、并非完全写实的大熊猫在相关技术标准的限制下较为完美地融入到公交车造型中。对于将大熊猫形态基于公交车造型再创造的过程中就做了不少“减法”处理，删除了一些难以结合公交车功能部件设计的形态元素，如大熊猫的嘴巴、鼻子、胡子等则，而通过突出眼睛、耳朵及黑白交叉涂装等内容来展现公交车中的大熊猫造型意象。这种“减法”手段也可以被看作是对仿生原型的提炼重构，即通过点睛之笔将大熊猫形象注入公交车造型中。4.3后续测试与迭代优化。通过CAD完成粗模后，可以进行油泥模型的制作并以此为基础不断改进，但是考虑到油泥模型制作周期长，上色效果难以做到像真车涂装一样光滑均匀，加上本方案拼接面与细节均较多，聘请专业油泥模型师费用高，故改换为铣削加工制作1：20的树脂模型，如图5所示。接下的工作来由川汽下属野马集团客车部车辆工程师根据树脂模逆向创建CAS专业数模，同时展开工艺实施可行性及车体结构的力学和稳定性分析。根据专家意见，可制造性的关键在于压低成本，就当前造型来看，可以针对当前方案减少倒角和圆弧面来压低制造成本，特别是基于侧围和车身中段部分可以沿用大众化公交车平直张拉的蒙皮形式，如此一来车架底盘连同骨架系统都可以从通用库中直接调用方案再进行局部改进和优化。即是说从降低成本和制造难度的角度出发，方案三可以适当妥协朝着大众化公交车的设计方向靠拢一些，将造型亮点集中于“前脸”和后围，侧围、顶围及相关外饰覆盖件等则退回通用化设计方案。需要注意的是，对于前围大熊猫头部的塑造来说，专家建议采用玻璃钢成型的方式，一是原料成本低，二是塑型不受限制，调整和修补起来容易，制作时可以先进行小块糊制，固化脱模后再组装到一起，最后用磨光机等工具打平曲面毛刺。根据项目组评估，该大熊猫造型公交车可以试运于成都市特色旅游景点路线，一方面为乘客提供更加优质的乘车服务，另一方面也能起到为城市形象代言和宣传的作用。由于该公交车拟采用纯电动的驱动方式，即便小批量试制也能得到国家新能源政策相关补助，目前本项目已由川汽野马申请5项外观专利和3项实用新型专利，同时申请了成都市“加强创新能力建设”、“推动创新成果产业化”、“规模企业上台阶奖励”、“企业间协作配套奖励”、“基础制造装备配套支持”、“采购工业设计服务补助”等政府补助。

5结束语

近年来，公共基础设施的打造对城市整体形象的塑造起着越来越重要的作用，有“城市名片”之称的公交车造型自然会对城市交通及景观环境产生一定的影响。另外随着城市轨道交通的迅猛发展也给公交车造成了巨大得的运营压力。面对这种情势，本文提出了以城市文化仿生为基础来创新公交车造型，力求通过差异化的设计来助力公交车的转型发展，文中深入地分析了影响公交车造型的关键因素和基于仿生设计的优劣势，最后通过对成都市文化元素的提取给出了一套较为完整的文化仿生公交车造型案例。

作者:张钰粮 刘洋 单位:1.成都大学 2.四川汽车工业集团