模块化竹材儿童家具设计可行性分析

吴 萍，鲍宗亮，朱佳琪，柴愉双，于海涵

（1.浙江科技学院，浙江 杭州310023；2.国家林业和草原局竹子研究开发中心，浙江 杭州310012）

在2018年6月《关于继续落实〈中共中央国务院关于加快林业发展的决定〉的意见》中多次强调了绿色、低碳、环保的概念，提倡引领绿色设计之风。新型竹材因为具有良好的生态性和环保性而为国内外所青睐。由于我国木材资源逐渐缺乏，竹材资源相对丰富，竹子材料供应充足且是可再生能源，强度大、刚度好、耐磨损、成品封闭性好等优势让其成为设计新宠。

据2018年国家统计局人口普查数据显示，中国14岁以下儿童约2.2亿，其中城市人口有8 000万，随着全面二胎政策的推行，新生儿童的数量将会在未来几年呈现递增趋势，预计未来将每年新增300万新生儿，构成了巨大的家具消费群体。随着中国经济快速发展，人们物质文化水平及认知程度的提高，家长们消费观念逐渐转变，国内儿童家具消费市场每年都呈递增趋势，有充分的发展空间。父母在为孩子们挑选家具产品时，往往更侧重于产品材料的安全与环保。

1 竹材

由于儿童群体的特殊性，儿童家具设计通常是色彩斑斓，形式有趣的。用材上也大都采用塑料、木材。随着人们安全环保意识的增强，实木家居慢慢取代了塑料家具。现阶段，中国木材资源相对缺乏，加上人口剧增及工业的快速发展，木材资源无法满足中国家具产业的发展。如何找到一种替代品，缓解木材资源的逐步匮乏，迫在眉睫。

中国是竹子大国，竹子易繁殖、生长快、产量高，而且具有一次造林成功，可年年砍伐的特点，相对于木材、塑料资源可谓是丰富得多。开发竹材家具，可以缓解木材资源的紧张，同时发挥竹材资源的优势。

首先竹材天然、优越的物理力学性能，与木材相比，在同样承载力学强度下竹材家具构件能以较小的尺寸满足强度要求［1］。《竹材家具木圆榫接合强度的研究》表明，利用正交实验方法得出最优化卡榫数值，即当竹质圆榫、方榫直径为10 mm，其插入深度为19 mm，这时的结构强度及承重性都表现为最优化，其中竹榫与榫孔配合的过余量为±0.2 mm。

其次，竹材纵向具有良好的柔韧性，可以制造出多曲面，利用薄竹缠绕技术使竹材在非线型曲面家具设计上造型更为丰富［2］，增加童趣设计。

图1 非线型曲面竹家具Fig.1 Nonlinear curved bamboo furniture

最后，我们在对原竹进行加工时，可以保留竹材天然的大小不一、形式多样的纹理纹样。通过碳化、二次碳化的技术得到不同色系的竹材纹样。进行儿童家具设计时，将原竹与毛线、布料、皮革等各种材质相结合，既可以呈现明亮轻快的调子，也可以诠释典雅高级的风格。

2 模块化设计

2.1 模块化的含义

模块的概念源自儿童积木玩具，将多个形状相同，形态相似的部件或单元要素进行组合，每块积木就是基本的模块［3］。模块化原理的基础就是利用积木的多种造型、色彩、结构、功能进行变化组合或重组。每个单元模块具有特定的功能，共同为系统功能服务，其中每个模块之间具有连接的要素。

2.2 模块化设计方法

模块设计是将产品的一些单元模块通过一定方式组合及整合，构成一个具有特定功能的新型产品。模块设计是当前设计的一个重要设计方法，其目的在于解决产品的种类、设计周期、成本、投放市场时间、售后维修和更新等矛盾。作用在于模块化设计可以通过不同单元模块的组合满足用户的自身需求；同时模块化也方便了用户对产品的维护，延长了产品的使用周期。以家具设计为例，将设计大致分为3个阶段即家具模块化总体设计、家具模块设计和家具模块化产品。再分别从3个大的阶段细分小方案实施，具体如图2。

2.3 儿童家具中模块化的作用

2.3.1 提升趣味性 将模块化设计应用于儿童家具中，孩子们可以随时更改家具造型，重新组合，像是在玩一个大型的积木玩具，实时满足了他们天生的好奇心和新鲜感，提升了他们的动手能力。

2.3.2 保证功能性 儿童在不同的成长阶段所需要的家具功能和尺寸不同［4］。对家具五金件、零部件、接口等进行了标准化设计的模块化家具，可以使各个模块之间互换衔接，来满足结构、尺寸、角度的不同需求，或通过增加删减局部构件来实现功能的延伸和拓展，从而实现用途的转换。

图2 模块化设计方法Fig.2 Modular design method

2.3.3 突出安全性 儿童天生好动，喜欢不停地探索，儿童家具设计时安全性尤为重要。模块化设计要保证各个模块的互通、连接，设计中对于家具边角、棱角处理上要进行圆滑处理，以达到各个模块之间的有效配合，从而提升家具的安全性。

3 儿童家具中的模块组合方式

3.1 嵌套式

嵌套式组合是指同一种家具构建中可以套装其他不同规格的家具模块，是由多个模块组成的一种类似于箱体的组合方式［5］。从功能性角度分析，内部的各个模块具有独立的功能性同时也兼具组装的功能。消费者可以根据自身需求选择将其拆分或组合。

图4 嵌套式组合方式Fig.4 Nested combination

3.2 杆架式

杆架式是由条形杆架模块和插件模块相互穿插组成。使用中根据不同形式的插件模块灵活拆装，同时也可以实现功能的扩充。通常用于储物柜、鞋柜、书桌等家具。

3.3 拼装式

拼装式家具在组合、拆装时利用模块之间的辅助零部件完成。操作时通过移动模块单件或零部件模块进行拼凑和组合，其强调了家具的装饰功能，弱化其实用功能。常常用于儿童的休闲场所。

3.4 隔板式

这种家具模块通过隔板转换空间、功能、结构，当和其他模块组合在一起时，可以调节隔板的高低、间隔、大小、位置以衍生其他新的功能，给消费者带来不一样的体验。

图5 杆架式组合方式Fig.5 Pole-frame combination mode

4 模块化竹材儿童家具设计案例分析及设计探索

4.1 经典案例分析

中国的竹材加工技术和产品研发一直处于世界领先水平，形成了独具特色的生态产业链。三防处理、阻燃、碳化、薄竹缠绕等技术给竹材的加工工艺保驾护航，实现了设计功能和造型上的多样性。

4.2 设计探索

设计从前期市场调研结果及研究理论出发，选定了学龄前儿童为设计对象。材料上选用了竹材。整体色调上保留了原竹的天然色彩及纹理，中部区域处利用了碳化及二次碳化技术使其颜色更深，加强稳定性导向。平均分布于周边的3个储物盒内部进行了有色油漆处理，以丰富家居的色彩层次，贴近儿童心理感受。

图6 隔板式组合方式Fig.6 Diaphragm type combination mode（图片引用自黄佳辰，模块化设计在现代家具中的应用）

图7 模块化竹材家具一［6］Fig.7 Modular bamboo furnitureⅠ

根据竹材的特点，该设计是由若干竹质零部件构成，主要采用榫卯及辅助胶接合，这种接合方式让模块化设计理念得以实现。设计中，我们引入了CAM（计算机辅助制造）技术，在竹材的加工上采用了CNC数控加工技术与3D打印技术相结合。在快速、高效、精准地切割平面二维形态的基础上实现了三维立体形态的切割，为竹材的加工提供了更丰富的形态，底端的滑槽结构设计实现了收纳盒闲置时将其收拢、节省空间、方便运输等功能（图10）。

图8 模块化竹材家具二［5］Fig.8 Modular bamboo furnitureⅡ

图9 模块化竹材家具三［7］Fig.9 Modular bamboo furnitureⅢ

图10 设计初探Fig.10 Preliminary exploration of design

5 结语

家具设计结合模块化设计理念，将运输、组装、拆卸等工作移交于消费者，使消费者更直观、便捷地了解家具材料的安全性及环保性，使用起来更放心、舒心。另外，将竹材替代木材，利用各种技术让竹材应用于儿童家具设计中。①结构方面，对传统竹材家具结构进行优化，将竹制家具标准化、拆装化、模块化。②材料上尝试将竹材与毛线、布料、皮革、金属等多种材料相结合，打造不同基调的设计风格。③造型上，充分利用竹材的物理特性，将竹材家具造型多样化；同时表面设计上可以刻意保留竹材天然的表面纹理，为家具造型锦上添花。