产品生态设计领域基本特征及其研究热点

封 珩，熊 娅

1 生态设计理念的发展与差异

Papanek Vicotor在上世纪90年代早期就提出最终产品80%的生命周期成本决定于产品开发设计阶段，尤其是设计阶段的早期，即以概念设计为界限的前段［1］。从这个论点出发，较为广泛的认识是约70%～80%产品生命周期的环境影响决定于产品设计阶段，尤其是设计的初期。因此，在产品设计阶段将产品的环境影响因素纳入考虑，对降低产品的环境影响具有决定性的意义。就狭义层面来说，从日益加剧的资源、能源压力，全球及区域的环境污染趋于严重的角度来理解，所谓产品生态设计(eco -design)是指在产品设计和开发过程中将产品全生命周期的环境影响因素纳入考虑的一种设计方式，目的在于尽量减少产品全生命周期的环境影响。从这个层面来说，生态设计有许多概念相似而提法不尽相同的变体，例如面向环境的设计［2］，生命周期设计［3］，以及具有环境意识的设计［4］等。造成这种细微差别的原因之一是方法论发生领域不同，比如面向环境设计来源于面向“X”的设计，”X”代表产品的某个特征(可加工性、可回收性等等)，而环境特性是作为产品其中的一个特性而集成在所有“X”中加以综合考虑的，生命周期设计则是基于生命周期理论在设计中的应用等。此外还包括欧美关于该概念名称的地域差别，比如欧洲更多地将此种方式称为生态设计，而在美国用得更多的是面向环境的设计。

要在更为宏观的层面来理解生态设计，就应把生态设计放在一个更具广延性的背景下，这个背景就是可持续发展。尽管不同的相关者在不同的时空对于可持续发展的内涵有不同理解，如发达国家倾向于将其理解为仅与环境相关的问题，而发展中国家则偏重于发展问题(此所谓“南北差异”)［5］。虽然存在这样那样的认识差异，但的确有某些简化的方式对可持续发展进行定义，主要目的在于放弃争论，而将这个人类共同的发展目标转化为针对某一具体对象可执行的目标，如某国、某地区、甚至某个公司。其中最为著名的模型包括生态效率(ecoefficiency)［6］，生态效益(eco-effectiveness)［7］，三底线模型(triple bottom lines)［8］等。生态效率比较侧重降低单位产品或服务的物耗、能耗等，总的来讲就是强调经济建设与资源消耗及环境污染脱钩，因而，与该概念相对应的是生态设计的狭义定义。三底线模型突出的是可持续发展中协调性及平衡性的问题，强调环境、经济及社会的平衡发展，基于该途经，近年来提出了可持续设计的概念，此类设计模式强调环境、经济、社会的协调性，因此在设计过程中须将这三类因子同时纳入到设计中加以考虑。生态效益是指在提供用以满足人类需求的产品、服务的同时，不但降低对环境、资源、能源产生的负效性，同时在可能情况下产生正效益，该模型强调的是一个协同增效的问题，即对经济、环境、社会协同产生的正效益，基于此概念提出的设计思想称为面向可持续性的设计，强调在设计中找到协同增效点。

综上所述，目前学界对于生态设计还没有一个较为统一的认识，在使用这一概念时，不同层面的理解均同时存在。因此，为讨论问题方便，以及考虑到我国的具体国情，在分析生态设计的基本特征时沿用已有的生态设计的狭义定义，即在产品设计和开发过程中将产品全生命周期的环境影响因素纳入考虑的一种设计方式，目的在于尽量减少产品全生命周期的环境影响。

2 生态设计的基本特征

根据生态设计的定义，生态设计的基本特征体现在以下几方面:

2.1 生命周期特征

生态设计的宗旨在于降低产品全生命周期的资源消耗以及环境污染，而根据生命周期理论，产品都具有一定的生命周期，即原材料开采、制备、加工、零件及产品的制造、装配、原材料、零件、产品的运输、产品的使用、以及产品最终处置的整个过程，每个阶段都会对环境造成性质不同、程度各异的影响。产品设计其实就是一个优化过程，是在某种条件下达成的各种因素的最佳妥协。在产品设计中考虑环境因素，就是一个综合的取舍优化过程，该过程既包含同一生命周期不同环境因素之间的取舍，也包含不同生命周期阶段相同及不同的环境因素的取舍，同时还要考虑环境因素与其他设计目标的取舍，比如成本、功能、安全性、可靠性等。因此这样复杂的一个取舍过程，必须建立在对产品全生命周期的各项环境影响的综合评估基础上，而不是仅仅局限于某一个生命周期阶段或某种性质的影响。全生命周期考虑的好处在于，它首先给出了一个有关产品环境影响的全面的综合的描述，在此基础上，才能综合评价产品的环境特性，从而为产品设计的优选提供客观的参照标准;反之，设计者则无从知晓产品哪个生命周期阶段的何种影响占主导地位、应予以优先关注，也就无从优选设计目标。

从另一个角度来看，充分考虑全生命周期的环境影响，利于在一定程度避免所谓的“反弹效应”，即产品某生命周期阶段的某种环境特征的提升造成其它一个或多个生命周期阶段的某一种或多种环境特征的损害。例如由于汽车油耗指标的降低导致使用频率的增加就是一个典型的“反弹效应”的失利。

生态设计的生命周期特征还不仅仅局限于对环境影响的充分考虑，因为从系统的角度来讲，产品开发过程是针对产品以及产品之外与产品有关的其它系统组成的整体，该整体被称为产品系统，如生产系统、运输系统、使用系统以及回收及处置系统。同时产品开发过程是一个创造价值的过程，该过程不仅为产品制造者及使用者创造价值，还对产品系统的相关者创造价值，因此，产品生命周期特征还应包含生命周期增值的概念，比如产品的良好的回收特性会对产品回收者产生价值。从产品生命周期增值的概念来讲，生态设计相对于传统的末端治理方式是一种更具吸引力、更为积极的环境策略。一方面，此种策略弥补了末端治理只增加成本而不创造价值的劣势，另一方面，它通过产品系统的上下游的联系，使环境问题在全生命周期轴上得以解决，而不像末端治理仅能解决局部的某阶段的环境问题。

2.2 生态设计的多标准特性

如果将生态设计作为一个学科，其中一个显著的特点就是多学科交叉的特性。这是由于生态设计所涉及的两大领域——生态和设计领域所决定的。生态领域本身就是一个多学科交叉的领域，涉及生态学、地球科学、化学、物理学、工程学等，而设计所涉及的领域则更为宽泛，包含了从自然科学、社会科学到工程学的众多学科。因此，生态设计必然是一个多因素，多标准共存的复杂领域，而由此带来的两个问题值得我们关注:

一是生态设计的复杂性问题。一方面，生命周期环境影响的综合评价本身就是一个复杂的问题，其中不仅包含对产品整个生命周期各个阶段消耗和产生各类物质、能量、废弃物进行客观科学的统计评价，同时还包含一些两难的取舍，其中某些甚至含有超出了科学范畴的价值判断，比如如何确定全球气候变化和非生物资源耗竭的权重，如何确定对生态的影响和对人的影响的权重等等，从而增加了其不确定性。另一方面，生命周期环境影响的综合评价还只是生态设计的一部分，除此之外，生态设计还应包含传统设计的各类问题。Luttropp提出的生态设计涵盖的领域包括产品功能、安全性、可靠性、成本、运输属性、人因工程学特性等等20余个方面的内容［9］。当将环境因素整合到原有的传统设计领域进行考虑时，生态设计的复杂性不言而喻。

二是多标准的特性还带来了知识沟通的困难。产品开发过程实际上也可被认为是一个信息集成编码的过程，各类与产品有关的无序的信息，通过一定的收集、归类、分析、解释、合成编码最终形成有序的产品信息。由于产品复杂程度的增加、涉及领域的不断外延、以及产品开发时间的不断缩短，产品设计——尤其是复杂产品的设计由单个设计师承担完成的情形已不多见，更多地是由来自于公司内外具有不同学科背景的人所组成的产品开发团队分工协作完成。在这样的过程中，设计团队的内部及外部就产品的各类信息及知识进行沟通就显得十分重要。顺畅的知识沟通能使产品开发按照计划顺利推进，保证产品开发过程在时序上的有效性。同时通过与产品价值链上所有相关方的有效沟通，决定待开发产品是否能够满足这些相关方的有关要求，是产品生命周期增值的重要保证。产品生态设计多标准的特征决定了该过程在知识表达上的多样性和复杂性，特定知识领域的人在各自领域概念、术语的表达方式各不相同，普通客户、环境专家以及设计师在表达方式上存在较大差异，比如环境专家倾向于使用浓度、分子式等环境专业术语表达产品环境信息，而设计者则倾向于使用重量、长度、载荷、速度等工程度量来表达产品信息。这种表达上的差异越来越成为影响生态设内外部沟通的障碍。

2.3 生态设计的多相关方特性

生态设计的多相关方特性主要来源于对产品要求的不断进化。随着产品提供的满足用户需求的功能日益增加且日趋多样化，产品结构更加复杂，产品规格进一步细化，其所涉及的领域也不断外拓，最终的结果就是与产品开发发生直接或间接联系，在产品全生命周期时间轴上可能出现的相关方呈不断增加的趋势。生态设计旨在满足产品在环境方面的诉求，除需要涉及传统设计的相关方外，还涉及一些生态设计领域特定的相关方，如环境专家，环境法规、政策、标准制定者、执行者，资源、能源回收者，废物处置者等等。因此，生态设计具有多相关方的特征。

生态设计多相关方的特征要求产品对相关方提出的相应诉求予以回应，这一方面使产品成为紧密联系的生命周期轴上各相关方的沟通平台，从而使各生命周期阶段出现的不同环境问题有可能通过这一平台加以统一解决或改善，如原材料采掘的资源消耗、生产过程的排放、产品使用的能源消耗、废物的处置回收等等，当然，这也是生态设计较末端治理等单点、单一相关方的被动反应型的环境策略而言，更为积极主动的原因之一;而另一方面，我们也应注意，多相关方的特征同时又意味着涉及更广泛的领域，更多因子及信息处理量，更难于进行的内外部沟通，以及更不确定的解。这些问题目前已成为生态设计研究中不可回避的热点。

2.4 早期介入的特征

根据约70%～80%产品生命周期环境影响决定于产品设计初期——即以概念设计为界限的前段的观念，就要求环境问题在设计的初期得以正确描述和加以解决。因此，早期介入的根本原因和解决产品设计中存在的产品认知度与设计自由度之间的矛盾直接相关。因为在设计早期，产品认知度较低，产品的功能及物理结构、加工方式、材料选择以及使用方式等尚未完全确定，因此设计者可以相对较为自由的对产品进行描述，同时可以较为自由地更改设计而不需要付出更多的物力、人力及成本。到了设计后期，尤其是细部设计阶段，随着产品的功能及物理结构、加工方式、材料的选择、以及使用方式等产品基本信息逐渐确定，对产品的认知度会慢慢升高并逐渐达到顶点。但随之而来的是设计的自由度的下降，也就是说，当所有产品的相关细节确定后，更改设计所需耗费的人力、物力以及成本会逐步增加，因而更改的可能性也就逐步变小。最坏的一种情况是在产品投放市场后问题尚未解决，这时设计的自由度趋近于零，几乎不可能更改。唯一的弥补方法就是对产品进行再设计或直接重新设计，但往往伴随高昂的成本。从环境影响的角度来说，如果存在的是环境问题，那么该产品投放市场后这些问题会继续存在;如果存在的是其不能提供相关服务或不能满足某相关方要求的问题，产品就面临被市场及客户淘汰的可能性，这样该产品的生态效率就趋近于零，也就是说单位环境投入所产生的服务或功能趋近于零，从而产生最大的资源、环境浪费。因此，早期介入是解决产品环境影响问题的一个有效手段，同时也是生态设计的一个基本特征。

尽管早期介入的方式有助于解决产品设计中涉及的环境问题，但在实际的操作层面，早期介入也面临一定的障碍。产品生命周期环境问题的复杂性及不确定性以及分析评价此类问题方法的复杂性决定了客观科学的环境问题描述是建立在大量信息的基础之上的，而描述产品主要环境问题如资源、能源消耗、污染物的排放、废弃物的回收与处置等等的相关的信息与产品的物理层面的信息有直接联系，如产品的物理结构、外形、材料的种类及耗量、生产加工方式等，但此类物理层面的信息在设计过程中是在产品的需求、功能、功能结构确定以后经过了一个或数个叠代过程后才逐渐变得清晰的，在设计的早期，产品概念确立以前，需求逐渐被厘清并转化为产品的功能及其结构的描述，而此时关于产品物理层面的信息是不完整的，或者说不足以支撑综合的环境问题描述，这样的情景即便不会使早期介入变得不可行，也是早期介入的一个极大的障碍。因此，如何有效地遵循生态设计的这一特征，也是目前该研究领域的一个瓶颈，同时也是热点。

3 生态设计基本特征的内在联系

根据以上生态设计的基本特征介绍，可以看出各个特征相互独立，同时又存在内在联系。对于生命周期特征而言，它提供了一个具有指向性的路径，既使产品系统的环境问题得以系统的评价与描述，又使产品的增值机会在此路径上得到识别。在生命周期范畴内讨论环境与设计问题必然与多标准及多相关方的特征存在接口，因为从系统论的层面而言，产品系统可定义为产品与相关系统进行能量、物质、信息交流，而全生命周期特征拓宽了这种互动的范围。对于同一个产品系统而言，互动范围的拓宽，使用的描述评价标准也必然随之增加。多标准特征与生命周期特征的接口很好的表现在生态设计领域内生命周期评价(Life cycle assessment)方法及相关工具的研究与应用占有十分重要的地位这一现象上。此外，多标准特征带来的生命周期评价方法及工具的复杂性，又催生了对简化及简略版的生命周期评价方法及工具的研究，较为著名的简化生命周期评价工具包括带有环境责任的产品评价矩阵(ERPA)［10］，材料、能量毒性矩阵(MET)［11］等。

生命周期特征与多相关方特征的关系表现在生命周期特征带来的产品增值机会的增加与多相关方的密切联系。产品增值机会是通过其对象来进行识别的，在产品生命周期轴向上出现的多相关方正是产品增值的潜在对象，而对其进行识别也可以看成生命周期特征与多相关方特征的接口。这个接口体现在生态设计领域内越来越多的研究转向建立产品功能及成本与生命周期环境因子的联系上，突出的有生态质量功能矩阵 EQFD［12］，生态功能矩阵EFM［13］等的研究。

此外生命周期特征与早期介入特征同样存在一定的联系，早期介入的目的在于及早的描述与产品相关的环境问题，从而为优选设计生命周期策略，即产品的生命周期路径，提供支持。因此早期介入特征与生命周期特征的接口在于及早地确定生命周期策略。同时，早期介入的一大障碍在于缺乏有力的数据支撑，为克服这个障碍，目前生态设计领域的一个研究热点在于基于产品分类基础上的预定义的生命周期策略模型。具有代表性的有A.Gehin［14］，以及Catherine Michelle Rose［15］等人的研究。

对于多标准及多相关方特征之间的联系而言，实际上接口在于因多标准特征引起的知识表达方式的不同而形成的不同的相关方的沟通障碍。而突破这种障碍目前也逐渐成为生态设计领域的一个研究热点。该方向的研究具有代表性的主要包括功能法以及功能模型及功能实体论与环境知识表达的集成，其中Srikanth Devanathan等［16］的研究具有一定的代表性。由于功能法主要运用于产品设计的早期，因此它与早期介入的特征具有天然的联系，同时也就造就了早期介入特征与以上二者之间的联系。

4 遵循自身特色发展生态设计

尽管在国际上生态设计作为一个概念提出已经有超过30年的时间，但在中国尚处于起步阶段。目前，在中国尤其是对中国企业来讲， 与产品生态设计相关的内、外部条件，如相关的法律法规、行业导向性政策、市场激励、管理者的意识、设计者的能力建设、工具的开发等等诸多方面都尚待完善。另一方面，我们应该看到，中国作为发展中国家应根据自身的社会、经济及环境的发展现状及特点，对各方面进行完善，致力于开拓具有中国特设的生态设计之路，这也是生态设计能否在中国得到健康发展的首要条件。

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