浅析可拆卸竹材定向刨花板家具设计

朱珍珍，朱诗留，张婷婷，郭 勇，刘盛全，刘焕荣，陈玉霞

（1.安徽农业大学林学与园林学院，安徽 合肥230036；2.国际竹藤中心，北京100102）

中国作为竹资源大国，产地众多、种类丰富，素有“竹子王国”之美誉［1］。竹材具有一次成林、生长快、纤维长、方向性明显和可再生等特点。相较于木材，竹材有着相似的化学组成，但竹子的生长力更加旺盛，3-5 a即可成熟使用，力学性能更佳。而木材的生长成型周期长，短期内无法快速培育出数量可观的木材资源以供使用。因此，面对人类对木质材料日益上升的需求，以及木材资源严重短缺的现状，利用竹材替代木材在建筑及家具领域的应用已成为必然趋势［2］。如利用竹刨花制造的竹OSB板（BOSB，Bamboo Oriented Strand Board），凭借其优异的物理力学性能取代木质材料而广泛应用于结构材、建筑、室内装饰、包装及集装箱地板等领域。然而，由于竹OSB板具有硬度大，强度高的特性，在进行钻孔、开榫及洗削加工过程中极易损伤刀具和板面，既增加了加工成本，又导致竹OSB板无法像传统木质人造板一样进行五金件连接，进而限制了其在家具设计与制造领域的应用。为此，笔者从家具结构设计与构件连接角度出发，将可拆卸设计理念引入竹OSB板家具设计，试图通过采用更易安装的插接式结构或新型连接件完成竹OSB板家具的构件设计与安装。这不仅有利于简化竹OSB板的加工流程，降低加工成本，还有助于简化竹OSB构件的安装方式，提高板材使用频率。由此，笔者对可拆卸竹OSB板家具的设计优势以及设计要求展开了充分的讨论与探究，以期推动竹OSB板在家具制造方面的应用进程，提升其产品附加值。

1 可拆卸家具及其特性

1.1 可拆卸家具概述

可拆卸家具将可拆卸性设计理念融入到家具设计之中，要求家具具备零部件可以连续拆卸并自由组合的能力。在设计过程中，不单单强调制造与装配的设计，家具零部件设计的标准化，还增加了对于拆卸性的考虑，要求可以运用不同的连接形式，更快速便捷的进行家具的制造与组装［3-4］。

目前，可拆卸家具的连接形式主要可分为有介质以及无介质连接2种，有介质连接包括连接件接合、五金件接合与榫接合，无介质连接指的是零部件相互之间运用插接与卡接等接合形式［5］。如图1展现的美国设计师大卫·奎克（Davod Kawecki）的作品——“迷题”扶手椅，作为可拆卸家具早期的探索作品之一，完美的诠释了无介质连接的特点。可将该座椅拆分为7个零部件，在无连接件的条件下即可通过准确的插接组装形成最终的座椅成品。

图1 “谜题”扶手椅Fig.1 The＂riddle＂armchair

1.2 可拆卸家具特征优势

1.2.1 可装配与可拆卸性 无论是家用家具、办公家具还是展示家具等各种类型的家具，使用寿命受多种因素影响，但通常情况下，家具受到损坏无法使用的原因多是某个部件的损坏，尤以连接件居多，但并不排除板材本身损坏的可能性，因为家具的某一小范围部件的损伤导致家具的功能性、美观性受到影响并最终被丢弃，增加了用户购买家具的成本，不利于可持续性的发展，同时造成了资源的浪费现象。家具的可装配与可拆卸性弥补了家具使用过程中的不足，通过对零部件的及时更换可以提高家具的使用时限，提高资源的利用效率，加大了环境的保护力度。

1.2.2 可组合性 21世纪的快节奏使得人们渴望打破一成不变的周围环境，追求创新、缤纷的生活氛围。家具作为人类居住环境的重要组成部分，也在不断的更新与发展，以满足人的需求。可拆卸的设计理念为家具的重组设计和自由组合提供了思路，可依据其可拆卸与可装配性实时调整家具结构。如面对室内环境变化时，可依据家具外部尺寸的可调节范围，利用家具便携的拆装组装能力对原有家具部件进行2次组装，通过改变板材位置，调动板材数量达到对家具的外部尺寸、内部构造的转变，从而适应新的使用环境。这一过程不仅节约了使用者购买新的家具的资金成本，而且可以在家具设计中有效融入个性化需求，提高使用者对家具组装的参与体验度。

2 竹OSB板在可拆卸家具中的应用特性分析

竹OSB板是以竹材刨花为原料制备的结构类似于木OSB板的一种新型人造板，其制备过程主要包括竹材刨花的选取（确定刨花尺寸）、干燥、施胶、定向铺装及热压成型［6］。与纤维板、胶合板、细木工板等传统木质人造板相比较，竹OSB板在原材料来源上更具优势。竹材的再生能力强、生长周期短，且竹材纤维长度远大于木纤维，最长可达木纤维的几百倍，而纤维素含量却相对较低，赋予竹材更优良的韧性，可以长期稳定的为竹OSB板的制备提供优质高强刨花［7］。而与竹胶合板、竹集成材以及重组竹等竹材人造板相比，竹OSB板又具有竹材利用率高、制备过程简便高效、生产成本低等优势。如竹集成材与重组竹的制备过程中，需要对竹材进行表面处理，去除竹青竹黄后再加工成规格竹片，而竹青竹黄的去除会造成原材料的丢失以及竹材横向细胞的破坏，导致竹材的性能优势在这一过程中受到损耗。竹OSB板在加工过程中则不存在去除竹青竹黄的步骤，可直接利用竹材的纵向径面制备竹片刨花，竹青竹黄位于刨花的两侧，不会影响板材的胶合性能，更利于保持竹材的固有的理化性能［8］。使竹OSB板材具有强度大，韧性好，内结合力强，握钉力大，线性膨胀系数小等优良特性，实际使用中的变形量小，可承载极大的压力，在建筑承重性结构用板领域可发挥较好的作用。同时，由于竹青竹黄的存在较为完整的展现了竹材的天然色泽。大小、排列形式不一的竹材刨花经压缩成板后形成的独特粗犷肌理给人以自然朴实的视觉观感，即便经过清漆涂饰后也依然能较好的展现原色素板鲜明质朴的独特风格。鉴于此，一些设计师和家具公司已逐渐开始采用竹OSB板替代部分木质人造板作为家具部件的基材或结构材应用于家具的设计与制造中。同时，将竹OSB板与玻璃、金属等不同材料进行有机组合搭配（如图2所示），打造出了更为多元化的家具造型效果，赋予家具自然、生动的本性［9］。

图2 BOSB板在家具领域中的应用Fig.2 Application of BOSB in furniture

然而，也正因为竹OSB板的高强特性，在机械加工过程中易造成刀具及板面发生严重磨损（如图3所示），无形中引起加工成本上升，且竹OSB板上进行精确的榫槽和孔眼加工困难，无法像传统板式家具一样采用偏心连接件、圆棒榫、铰链等五金连接件进行有效连接，进而限制了竹OSB板在家具制造领域的广泛应用。因此，亟需设计一种更适用于竹OSB板连接和装配的方式，实现竹OSB板构件的高效连接。而可拆卸设计的理念为此提供了良好借鉴，可利用可拆卸装置中的插接式结构或开发一种新型连接件实现竹OSB构件的简单组装，制造成可拆卸的竹OSB家具，这对推动其在家具制造领域的工业化生产和广泛应用具有重要意义。

3 竹OSB板在可拆卸家具中的设计要求与运用

3.1 竹OSB板家具总体结构设计要求

面向可拆卸的竹OSB板家具，在设计时要充分考虑到家具的装配与拆卸性，控制好装卸的难易程度。家具的连接部位作为设计要点，需要考虑连接的稳固性与便捷性，避免繁琐的连接形式。进行家具的整体装卸时，组装方向的不定性变动会加大家具的装卸难度，合理设计家具组装的角度转换，避免家具组装的多方向同时进行，不仅可以提高装卸效率，也能增加调节组装人员的心情愉悦度，节约装卸时间［10］。

图3 竹OSB板加工过程中对板面及刀具造成的损伤Fig.3 Damage to the board surface and tools during the processing of BOSB

3.2 竹OSB家具连接方式的设计与选择

由于榫卯结构拆装复杂，不利于大批量的加工生产；而竹OSB板强度大，钻孔困难，又不利于五金连接件的使用。因此，在竹OSB板连接方式的设计与选择中，优先考虑连接件接合、插接与卡接这3种连接形式。如图4a所示为插接式连接方式，通过对传统的榫卯结构进行再设计，发展成为简化、便捷的插接式结构，使家具具备零部件可以连续拆卸并自由组合的能力。竹OSB板采用连接件的接合方式如图4b所示，不需要破坏竹OSB板板材结构，连接件可以对2块板材或3块板材直接进行连接，通过调节螺钉的旋入深度可适应不同厚度的板材，便于随时进行拆卸更新，提高家具使用效率。

图4 BOSB板家具的连接方式（a：插接式；b：连接件接合）Fig.4 Component connection mode of BOSB furniture（a：plug-in type；b：connector joint）

3.3 竹OSB板家具的零部件设计

家具由单个零部件组合而成，一个家具的零部件数量过于繁杂，在实际安装与拆卸的过程中不仅操作复杂，安装难度也会相应提高。因此，在进行竹OSB板家具设计时，应当遵循零部件设计的标准化、通用化原则，有条理的对家具部件进行总结与归类，合理控制部件数量，将具有相似或相同功能的部件进行合并，去除具有重复功能的部件［11］。

如图5a所示，通过连接件连接2种规格尺寸的竹OSB板，可以组装出坐凳、书架2种家具，在设计时需要考虑零部件的尺寸、数量，并做到零部件规格的简化，降低生产加工难度，提高组装速率。在采用插接与卡接时则需要考虑竹OSB板的卡口与卡槽的尺寸与位置，同时由于板材的钻孔困难，在设计时应降低卡口与卡槽的数量，做到结构合理性的同时提高接合处的美观性。

3.4 竹OSB板家具的模块化设计

模块化设计理念早在20世纪60年代就已经被提出并广泛运用，这一理念的提出为我们打开了以标准化为基础，以产品构架的共通性为设计要求的大门。对于可拆卸家具而言，模块化设计至关重要，模块是指产品中具有同一使用功能但规格或结构不同却能互换的单元［12］。一个产品由多个要素组合在一起，需将多个要素进行归纳统一，分离出有相似点或相通点的要素，构成一个产品的结构框架，同时提炼出具有特殊作用的不同要素，作为该产品的功能单元。

模块化要求竹OSB板家具零部件设计的标准化与通用化，如图5b所示，书桌的两块桌面板以及左右两侧的旁板均可以进行通用，在安装的过程中不用考虑板件安装的先后顺序，桌面板1可以选择不同的安装位置，也可以撤去桌面板1，保留桌面板2，满足不同身高的人群包括老人、儿童的使用需求。模块的通用性得到了很好的体现，可根据个人的使用需求以及家具的使用功能进行定义并设计模块［13］，更加有利于工厂的生产与加工，高效推进竹OSB板在家具领域的应用。

图5 BOSB板家具的设计方式（a：连接件接合；b：插接式）Fig.5 Component connection mode of BOSB furniture（a：connector joint；b：plug-in type）

4 结语

竹OSB板作为一种生物质板材，具有良好的机械性能、环保可持续性和独特的美学表现力，在家具的设计与制造具有很好的发展潜力。将可拆卸设计理念融入竹OSB板家具设计中，实现竹OSB板家具的结构设计，可有效解决竹OSB板榫槽孔眼加工困难、成本高等问题，有效提高产品加工生产、运输与安装等各个方面的经济效益。且通过可拆卸设计，实现了竹OSB家具零部件的高效维修、更换与回收，增加了家具的使用年限，不仅提高了材料的利用率，还有助于打造绿色、环保、可持续的竹OSB板家具产品，改善居住环境。