调研现代榫卯结构的优化设计

顾倩雯　李如洁　杨子倩

关键词：现代家具 优化设计 榫卯结构 调研 案例

中图分类号：TB472 文献标识码：A文章编号：1003-0069（2022）09-0097-03

引言

榫卯结构受工业化发展的影响，榫卯渐渐的不受到人们的重视。但是这两年人们逐渐认识到榫卯结构的优点，并对榫卯结构进行了很多的优化设计。

一、传统榫卯

在中国的家具发展长河之中，榫卯结构毫无疑问是最璀璨的一颗明珠。榫卯结构是指一种连接两个木件的方式，表面凹凸相接合。榫头就是一个木件突出去的部分，就是榫卯的榫;榫眼则是另一个木件凹下去的部分，就是榫卯的卯，榫和卯两者进行咬合，从而两部分相连接。在中国古代的建筑物和家具中，榫卯结构一直扮演着非常重要的角色。探究榫卯结构的起源，最早是从河姆渡新石器时代就已经存在的，但是直到元代才形成其独特且特定的形式。等到明清，中国传统家具艺术达到鼎盛时期时，榫卯结构不但没有消减，还诞生了许许多多的榫卯类型，这证明榫卯结构在家具中的重要性，其多样性也饱含了许多先辈的心血。榫卯结构在给人视觉美感享受的同时，还需要满足承重力的要求，并且需要经久耐用，每个榫卯结构都必须科学合理的与家具造型相结合，体现了古人的审美情趣。这种不含一根钉子的神奇技艺也受到了国内外人士的广泛关注和喜爱。因此作为中国人的我们更应该珍惜榫卯结构的技艺，并让榫卯可以在新时代获得新的继承和发展。

二、传统榫卯结构的发展局限

但是在工业化飞速发展的今天，传统手工业受到了机械工业化的冲击，人们用机器代替人工进行手工操作，家具制造趋向于流水化生产。中国的家具行业也逐渐往轻便、高效率的方向发展。这种变化使得人们往往愿意选择快捷、易获得的家具，比如宜家的设计家具。宜家的设计家具就颇受年轻人的喜爱，而宜家家居的家具特点往往是年轻化、轻便快捷的板式家具。這种由螺丝和钉子等嵌入式的连接件进行连接的家具，家具的稳定性都不是很好，通常5-10年这种家具就会损坏和淘汰，这使得家具仿佛成了一种消耗品。而现如今仍有许多明清时期的家具依旧可以完好无损地保留下来，这无疑体现了榫卯结构的优秀连接性和牢固性。但是传统榫卯结构由于其自身的复杂特点会有很多发展的局限，使得家具行业会更加偏向于选择钉子、焊接和胶的连接方式，或者是一些主要依靠胶水黏合的榫卯造型的连接方式，而不是选择历史悠久的榫卯结构。接下来叙述一下影响传统榫卯结构的发展的局限有哪些：

首先，机械化生产难度大。榫卯结构的种类繁多，虽然一些榫卯已经实现了机器加工生产，如直角榫、燕尾榫等简单的榫卯。但仍有很多榫卯的工艺比较复杂，很难实现机械化生产，比如抱肩榫、粽角榫等。只能通过人工进行生产，或者另一种是使用机器实现最初步的加工，而后续的加工还是要依靠匠人进行手工制造，因此其生产效率会大大降低。

其次是榫卯结构的成本很高。一方面是木材成本高，另一方面是机器和手工加工的成本高。由于榫卯仅采用木连接，配合一些胶的使用，没有其他钉子的辅助固定，因此榫卯结构对木材的硬度要求较高。我们现在经常使用的刨花板、纤维板等板式家具的木材就无法达到榫卯结构所要求的硬度。榫卯结构通常会使用花梨木、紫檀木、黑酸枝等硬木进行制作，而这些硬木用来做家具都价值不菲。同时，加工榫卯的机器价格也非常昂贵，制造商为了成本和盈利的考虑，一般会选择其他便宜的连接方式代替。如果是数控开榫机这种非常尖端的机器，其价格要更加昂贵，一般的家具制造并不会考虑使用。或者也选择可以加工榫卯结构的木工师傅，这种木工师傅需要技艺非常高超，因为榫卯结构使用的少，学习这门技艺的人相对应的也比较少，技艺精湛的更少。相对应的人工的成本比较高，并且效率比较低，商家更不会考虑这种方式。

最后是榫卯的运输成本高。因为榫卯的装配要求，需要一定的技巧和经验，对负责运输装配的工人也有一定的要求，这有使得工人的人工和培训成本增加。有一些需要和胶进行配合组装的榫卯结构，就不可能像板式家具一样运输到指定地方再进行拼装。通常是在工厂组装好了再进行运输，这使得运输过程中的成本高昂。同时要对家具已经拼装好的形态进行保护，其保护的材料成本也会有所增加，并且拼装好的家具非常占运输空间，也会相应的增加运输的成本。

综上所述，传统榫卯在现代家具行业的发展中由于工艺复杂、机械化难度较高、加工和运输成本昂贵等缺点而受到局限，因此，需要对传统榫卯进行优化设计和改良，在保留榫卯优点的同时，使得榫卯有更加广阔的运用空间。

三、现代榫卯结构的优化设计

（一）优化原则

对于结构的优化设计肯定是要遵循一些原则。才可以在符合规范的前提下，在保留传统榫卯的优点的基础上，进行创新和优化，让榫卯结构在现代家具中的运用更加广泛，同时又不破坏榫卯自身的优点。

首先要遵循安全原则。安全永远是放在第一位的原则。对于榫卯结构这种兼具美感和承重性能的特殊结构，在进行优化设计的时候，既不能为了美观而牺牲榫卯结构的硬度要求，也不能只顾着保证安全，就破坏榫卯本身的结构美观，盲目地加宽加粗木料。需要对优化设计的结构进行反复的测算和实验，确保榫卯结构可以承载足够种的重量，完全满足日常的生活使用，不会存在松动、塌陷等问题，那么这个优化设计才是有可实践特性的优化设计。

其次要遵循榫卯的传统形式原则，榫卯经过历史的沉淀，无数前人的誓言改良，保留下来的结构都有其独特的美感，同时有足够的承重力。这种美感可以表达为：结构需要形成的“平衡、闭合、梯度、呼应、灵动等视觉特征”的形式。[1]因此在做优化设计的时候要尽量不改动外形，主要对榫卯的连接部分进行适当的改良，提升其加工效率，或者增加其力学承重性，在保证其安全性的前提之下，让榫卯结构有更多的可能。这样才会让榫卯的优点继续流传下去。

再者需要遵循的是绿色设计理念的原则，这个理念在这里特别指代对材料的节约和材料的回收利用。因为有的榫卯结构非常复杂，会需要很多直径和厚度很大的木料。但是当代可以利用的木材资源越来越少，直径和厚度大的优质木料更少，我们更加需要节约木料，因此榫卯的优化设计也趋向于向节约木料的方向进行。同时对于材料的回收利用，对于生产所剩的边角料也可以再次进行利用，如圆棒榫这种单个的细小结构零件就可以用比较小的木料进行加工。

最后所需要遵循的原则是符合现代的机械化生产。榫卯结构中有很多复杂的榫卯结构都没有办法运用机械化进行生产。或者先采用机器进行初步加工，之后再采用手工进行之后的加工。或者采用数控开榫机进行榫卯加工，利用设计指令操控加工。多步加工花费了很多生产时间，降低了生产的效率。而数控开榫机这种昂贵的机器又会大大增加生产成本。所以优化设计的方向就应该是符合现代化的生产需求，机械化、流水化生产。

综上所述，榫卯结构的优化设计主要要遵循安全原则、榫卯的传统形式的原则、绿色设计理念原则以及现代机械化原则。

（二）优化方向

现代榫卯的优化设计一定不是凭空想象的，其存在一定的优化方向，归纳概括下来，总的优化方向有如下三种：

第一种是对材料的优化创新。传统的榫卯结构都是采用优质的木材，如黄花梨、金丝楠木等，在优良木材资源日益短缺的现代，这种原因非常限制榫卯的运用发展。对榫卯进行优化，可以使得中低端的木材得以应用，如现代家具经常使用的桦木、黑胡桃等，同时塑料、金属等材料也可以应用，赋予榫卯新的质感和性质，给人以完全不同的体验感。或者也可以进行多种材料的拼接，如在榫头、榫眼间的材料进行搭配，给与榫卯结构新的设计感，从而让家具具有撞色、材质碰撞等高级的设计感，例如塑料可以给予家具通透感，以及色彩的跳跃;金属则会给家具带来现代和未来之感，更加适合于工业风。与此同时也可以增加其力学强度，例如有很多硬度和耐压耐磨性质良好金属，像钢、铜等。

第二种是对技术的优化创新。传统的榫卯结构的各种数据都是依据匠人师傅的几十年的制作经验而总结归纳得出的，其中的不确定性和主观性有很多。但是随着现代高新技术的发展，可以运用现在的科技，对各种木材进行强度测试，同时测算出最适宜的榫卯类型，从而可以找到对于榫卯而言最適合的长宽高尺寸，从而得出一定的生产标准。同时也可以设计出更加符合人体工程学和力学的榫卯结构。

第三种是对生产工艺的优化创新。对传统的设计去繁就简，保留精华。比如删去一些难以机械化加工的榫头，多给予一些机械加工的余量，根据机器的特点，贴合刀头的形状设计一些特定形状的榫卯。同时多运用现下新兴的工艺技术进行生产，如3D打印技术、还有现在的数控开榫机等，对榫卯的加工提出一些新的方式方法。或者运用所学知识改进现有的设备，利用现有的设备加工更多种类的榫卯。现如今愿意学习这门技艺的人越来越少，好的匠人师傅很有可能会后继无人，这样下去会导致手工的榫卯结构鲜少可得。因此需要提高制作榫卯的手工匠人的水平，并且加大对年轻一代榫卯技艺的培训，让更加富有经验的匠人师傅进行授课，使得手工榫卯的加工行业更加欣欣向荣。从而大大提高榫卯的生产效率，可以符合现在家具制造所需的快节奏模式，让榫卯在家具行业具有更多的应用机会。

第四种是榫卯结构功能的创新。榫卯目前只有连接和承重的作用，除此之外还有一些外观上的美观作用。这方面的创新可以在原本功能的基础上给榫卯增添一些更加智能化、趣味的作用，比如榫卯可以与承重感应相结合，或则榫卯的排列改变可以与趣味性游戏相结合，给与榫卯结构更多方面的应用可能。

第五种是榫卯造型上的创新。传统的榫卯结构也非常注重造型感，将榫卯和整体的家具的设计相结合，如云型插肩榫，如图1所示。在满足凳腿和凳面的连接的基础上，在造型设计的方面，增添了卷云纹的雕刻，给连接功能的榫卯结构更多设计上的变化。而现在的家具除了本身的使用功能外，也更加看重设计感，在这种情况下，榫卯设计就可以根据榫卯本身的形态进行设计优化，删去繁复琐碎的部分，选择更加贴合整体家具风格和设计点的榫卯造型，让榫卯结构拥有自己独特的造型形态的美感。

第六种是榫卯结构实现可拆装和降低装配难度。榫卯结构有很多配合胶结合的结构都是不可二次拆装的，这限制了很多临时性的家具需要，同时这种配合胶的榫卯结构都是在工厂组装，这在运输方面也有非常大的困难。同时现在是电商网络的爆发时代，很多人比起线下，更喜欢选择网购，一般的钉连接的家具因为自己组装也非常简单容易，在电商网络上非常畅销。而榫卯结构由于其装配有一定的难度，不是专门进行榫卯装配的工人，一般没有办法自行装配，这极大地限制了榫卯家具的网络渠道销售，从而限制榫卯家具的生产。优化设计可以从降低装配的难度方向进行考虑，会促进榫卯家具在网络渠道的销售。

（三）优化设计案例

从消费者角度来看，市面上的流行风格是北欧、现代居多，这些虽然符合当下的审美，但是缺少中国传统的文化底蕴。如果可以将榫卯结构进行优化，给榫卯更多的优化思路 ，使其更加符合当下的需求，消费者出于文化和认同感的考虑，中式的家具发展就会越来越好。接下来对市面上可知的优化设计案例进行整理介绍。

材料创新方面：

1.钢结构榫卯连接件：榫卯除了木材质之外，现在还有钢材质的。这种材质在硬度、承重力方面有更加优越的性能。许多大型的建筑物都采用钢结构，这些钢结构往往都需要进行焊接、铆接等方式，这种方式不仅破坏结构的完整，在连接件的地方也更容易破坏。而钢结构榫卯连接件则更加结实，同时也更加灵活。由于连接件是可拆卸的，后期的拆卸重装也非常方便。现在的钢榫卯往往会搭配上木纹漆，在外观上可以与一般的木质榫卯相同。这就是在材质方面的优化创新，增强了榫卯结构的力学性质，同时兼具美感。如图2所示。

2.新型可拆装榫卯：传统榫卯结构中本来就有很多可拆卸的，如走马销、还有栓榫和插条榫之类。近些年出现了在连接处加入磁铁的新型榫卯，磁铁不仅可以增加榫卯间的咬合力，同时也便于拆卸，更加方便快捷。这种榫卯的内壁存在很多个固定的凹槽，四周均匀的分布着弹性连接的固定块，在固定块的中央是存在着磁铁块的，根据磁铁的特性，让凹槽与固定块相连接进行使用，这样在使用时就不需要穿孔了。这种磁铁类型的榫卯让榫卯的应用更加灵活便捷。在一些临时楼梯的搭建上已经有所使用，在不需要搭建时拆除，又安全又方便。这个是材质方面的优化创新，根据磁铁的物理属性，将木质改为磁铁，从而拥有更加优越的性能，同时加入磁铁也可以实现反复拆装的需求，使用更加灵活。

3.钢和实木相结合的榫卯连接柜[19]：这种新型的钢和实木相结合的榫卯连接柜，其包括置物架，如图3所示。钢架和实木柜之间是不使用胶和螺丝，而是单纯的采用了榫卯结构。这种柜子的设计初衷是用来摆放珍贵文玩的，要求在足够安全牢固的前提下，同时符合文玩的古朴的气质。而钢结构给予了柜子足够的力学强度，保护文玩在各种情况下不会受到损害，还有非常优越的抗震性能，实木柜又和摆放的文玩的气质相得映彰，历史的古朴感浑然天成。柜子采用榫卯结构相连接，这种结构采用的是钢制的燕尾榫，燕尾榫是采用焊接的方式固定在钢架上，实木柜上有与之对应的竖行的榫槽。两者相连接，满足文玩所需的抗震需求，稳定牢固且美观。这是在材质上的创新，将木质改为钢制的燕尾榫。

生产工艺方面：

1.粽角榫的改良：对粽角榫进行连接处的外形改良，将直角榫改为椭圆榫，同时腿足底部保留了符合机械化加工的余量。此外斜面方头改为垂直于斜面等。这些改动让加工更加方便，接合更加紧密，同时满足力学性能方面的抗压抗弯标准，并且更加符合机械化的数控加工标准。[4]这个是在加工工艺方面的优化，对加工设备有非常深入的认识，针对加工设备的特点对榫卯进行了更加贴合机器的外形优化。如图4所示。

结构功能方面：

1.榫卯儿童玩具设计：榫卯结构由于其需要拼接的特点，也非常适合应用于儿童玩具方面。目前儿童的玩具很多都是搭建型的，而且塑料为主，同时会在表面涂上非常鲜艳的漆，塑料的不仅不牢固，这种漆对儿童的身体也有损伤，更不要提如果被儿童由于好奇，放进嘴里后果更加严重。而木质榫卯在给低龄儿童玩耍时，更加牢固放心，也没有被儿童误吞的危险，同时木材也更加耐用耐磨、绿色安全。榫卯结构可以设计成建筑物的搭建形式，也可以根据儿童喜爱的鲜亮颜色和可爱造型进行卡通人物的搭建模式，使得儿童可以在搭建的过程中开发大脑的同时，获得满足感。如图5所示 。这个是结构功能方面的创新，在承重支撑之外，给予了榫卯玩具的全新功能。

多种创新合并：

1.榫卯结构的简化设计：这个设计是宜家家居对传统的榫卯结构进行深入了解，然后进行优化和改良设计的。将复杂的榫卯结构进行简化，同时还保留了榫卯结构的力学优点。三个木块相互堆叠，彼此切合固定，构成整个牢固的腿部支撑点。如图6所示。在这些榫头的部位，为了增加榫卯之间的摩擦力，在相互可以接触的地方还添加了螺纹。这个设计极大的简化了榫卯结构的装配工序，节省的装配时间，消费者即使没有装配方面的经验也可以徒手装配成功。这种设计非常的牢固耐用，还不破坏家具整体的完整性，同时简化了榫卯结构，也可以实现机械化的流水线生产要求。这个就是在生产工艺方面的创新同时，也实现了家具的可拆装。

2.夹头榫连接件改良模块[9]：夹头榫的历史非常悠久，从晚唐时期就诞生了。夹头榫的作用是连接桌椅腿和案面，使四条腿可以均匀地承受重量。传统的夹头榫是全部使用木材质。而新型改良的夹头榫连接模块则在传统的夹头榫的基础上进行改良，如图7所示。在材质上采用黄铜以及铝镁合金两种相结合，给与连接模块优秀的耐磨性和硬度。同时改良过的结构是可拆卸，方便不同的桌椅腿和案面进行结合，给予家具更多的造型可能，并且家具可以实现批量化、流水化的生产，提高家具的生产效率，同时可以实现上门安装，大大降低运输的成本。这个就是材料和功能两方面的优化，既将木质改变成了金属材质，同时也将固定模式改为了可拆装模式，在增加榫卯结构的力学性质的同时，更加灵活便捷。

以上所介绍的榫卯优化设计的案例，从材料创新、造型设计、加工工艺等多角度多方面对榫卯结构进行了优化与创新。使其更加符合现代家具的审美和制造需求，简化了加工工序，降低了生产成本，提高生产效率。同时这些可拆装结构的榫卯优化设计也更加符合网购兴盛情形下远距离运输的情况，可以大大节省运输成本。

探究其本质，顺应时代发展，把最新的家具装配需求和审美标准放在榫卯结构上作出修改。将榫卯结构看作一个载体，承载更多新时代的材料工艺发展成果，让榫卯展现出其他结构所没有的独特闪光点。

总结

榫卯结构的运用使中国古代的建筑物和家具拥有卓越的质量以及独特的线条和结构美感。如何运用所學所知，使其更加符合现代家具的生产和使用标准，同时保留原本传统榫卯的魅力，就是我们所需要关注的重点。本文从优化改良需遵守的原则、方向以及优秀案例三个方面进行介绍，希望可以对榫优化设计提供一些参考和新的思路。