家具设计中的仿生与模拟设计原理

1.仿生与模拟的基本概念与特点 从生物学的角度来看，仿生与模拟是现代设计中的一门边缘学科，它是生命科学、科学技术和审美艺术相互渗透、彼此融合而产生的，其原理就是以仿生学为基础，在产品设计中借鉴和模仿自然生物系统中的某些生存原理、生命构造、生物形态进行选择性的设计，使产品的功能、结构或形态符合人们的使用要求。家具的仿生与模拟就是要运用仿生学原理，以完善的仿生与模拟设计形态来满足人们的使用和审美心理。

在设计过程中家具仿生形态的塑造可以从多方面激发创作的灵感，如受生活中某些生物功能、结构和形态特点的启发，对自然生物的生存原理、构造、形态进行分析，寻求这些生物在自然界中有利的生存机制，并以合理的方法仿照这些生物的构造、形态和功能特性科学地塑造家具形态。这种源于生物形态给人以联想和启发的设计，就称为家具的模拟仿生设计。

现存自然界中一切生物都是经过千百万年的优胜劣汰、适者生存自然竞争的获胜者。为了适应自然环境，每一种生物的生存机制、形体结构都有着极为合理的生存功能、完善的结构形态。从造型设计的角度来看，模拟和仿照这些生物特征进行设计是突破现有工业形态的一个崭新的途径，通过对各种生物的生存方式的学习和借鉴，设计师可以充分汲取生命科学的知识，从而塑造出极富生命活力的艺术形态。

在中国很早就有模仿自然生态设计家具的痕迹，从远古人使用的鸳鸯漆盒、羊首案、牛形俎和宋代婴孩枕，到近代社会生活中以各种植物、动物和人体形态为原型的制作的实用家具，如梅花凳、蛋壳椅、孔雀椅等都是常见的模拟与仿生家具作品。

近年来家具的仿生设计有了极大的发展，人们在塑造具有某些生物特性家具的同时应用了许多新的科学技术。如近些年来人们对养生保健非常重视，模仿人工按摩的工作原理，采用新的机电智能控制技术，设计出与人工按摩极为相似的电子智能按摩床、按摩椅是家具设计领域模仿人体动作的范畴；新材料在仿生设计中应用也比较广泛，新的树脂材料能使壳体仿生家具结构强度更大，也使家具形态的制作更加新颖逼真，如常见的女性唇式沙发、漂亮的蛋壳床、新颖的骨骼座椅和逼真的人形茶几等；电子技术的应用则可以使床面如鸟巢一样富有弹性，使仿脊椎式的椅背调节更加灵活；充气、充水技术则可以使各种人体沙发极富弹性。当然创作数量最大的还是家具外部形态的仿生设计，如腿形茶几、鸟巢床、人形座椅、鱼骨长凳及大量动物形态的儿童家具等。不同时期的仿生家具作品见图5-24。

2.模拟仿生的分类 近些年来由于社会科学技术的进步，仿生与模拟在艺术设计中的应用越来越广泛，在世界范围内逐渐形成了一个“仿生学派”，他们与许多现代设计流派一样，在家具上强调以人为中心，尊重与崇尚自然，注重作品的时尚内涵，使家具创作给人以极强的艺术魅力。从目前来看，模拟与仿生主要包括功能、结构和形态三种模拟仿生设计方法。

（1）功能的模拟仿生。功能的模拟仿生在日常生活中使用的数量很多，一般是指在家具设计中模仿自然生物的某些必须保持的生存原理，塑造与这种生物功能相似的家具形态，使家具的设计更加科学合理。

图5-24 不同时期的仿生家具作品

人们在长期的社会实践中发现，大自然中很多动植物在一些生存功能方面，远远超越了人类在这些方面的认识和科技成就。这些动植物之所以能在复杂的环境中生存下来，是因为它们的器官和形体在长期的进化过程中优胜劣汰、自然进化的结果，其生存的肌体不仅适合相应的自然环境，其进化程度也接近完美。学习和利用这种生物系统的生存功能，模拟制作出有相似功能的家具自然是具有相应的科学性了。除了前述采用智能控制机电技术，设计出与人体按摩功能极为相似的电子智能按摩床、按摩椅以外，人们常见的充气沙发家具则是仿造飞鸟空心状的骨骼功能。其他的如克拉尼创作的鸟巢床，也是仿造鸟类巢穴的功能，以适应人体的不同使用状态。功能模拟仿生的家具见图5-25。

（2）结构的模拟仿生。随着对仿生学的深入研究，人们在仿生设计中不但从生物的形态、功能方面去模仿生物的生存机制，而且从不同生物独特的生存结构机制中受到不少启发。利用生物自身肌体功能结构在生存环境中的合理性，模拟仿制一些旨在保证产品结构有较好使用机能的家具，使其在使用过程中受到相关外力的作用时，能够保持合理的使用状态。如人们常见的独腿几桌类家具，就是人们经常看到水禽在地面上用纤细的腿支撑着较大的身躯，这种肌体的构成形态走起路来会显得非常不稳定，但行动时张开扩张后的脚蹼就会极大增加身体的稳定性。设计家具时利用这种原理，选择新型的不锈钢材料制作茶几的底腿，由于金属强度大，腿部杆件截面虽然很小，但仿照水禽的脚蹼做成的蹼状金属家具底脚，有人称之为附趾，就能给人一种既轻巧又安全稳定的感觉。

从目前来看，除上述常见的仿生结构设计以外，很多其他生物结构也会给人们不同的启迪，借鉴不同生物优异的生存结构，创造出用材经济合理、结构安全精妙，有利于科学使用的家具形态已是技术创新和结构设计的新方向。如家具材料中大量使用的蜂窝板材就是仿照蜂巢结构“以最少材料”构成“最大合理空间”的原则制成的，板材芯体由很多排列整齐的六边形蜂房孔组成，科学计算表明这种结构是相对容量较大、坚固而最节约材料的结构形式。在家具的造型结构设计中也有这样的特点，如蜂巢式书架等。类似的结构仿生家具作品还有很多，如仿蛛网状的网状家具、鸟巢椅、蛋壳椅等。结构模拟仿生的家具见图5-26。

图5-25 功能模拟仿生的家具(www.xing528.com)

图5-26 结构模拟仿生的家具

（3）形态的模拟仿生。这是迄今为止数量最多的一类模拟仿生家具产品，可分为具象形态仿生家具设计和抽象形态仿生家具设计两种形式。

1）具象形态仿生家具设计。具象形态是指现实形态通过视觉生理的自然反应，真实地进入视网膜刺激神经后感觉到存在的实际影像。也就是说具象形态仿生家具设计是以相对逼真的写实态度模仿生物外形去塑造家具的形态，以求得悦目怡神、生机勃勃的家具视觉艺术效果。

由于具象的生物形态形象写实，与人们熟知的自然生活环境有很强的认知性，各种自然生物与人具有较强的亲和力，因此人们心理上非常容易接受。如章鱼凳、唇形沙发、叶形沙发、掌形沙发和人形沙发和茶几等。由于儿童对抽象形态理解能力不强，但对于环境周围朝夕相伴的各种动植物形态接触较多，具象的仿生家具形态尤其受到儿童的欢迎，他们觉得这些形态非常有趣、可爱，将家具设计为各种生物形象他们自然会非常高兴了，这也是儿童家具中动植物形态比较多的原因。当然，这些生物形态还包括各种儿童影视中常见的卡通动物形象如加菲猫、喜洋洋等形态。具象形态仿生家具见图5-27。

图5-27 具象形态仿生家具

2）抽象形态仿生家具设计。抽象形态是指采用简单、概括的几何形体反映事物独特本质的一种形态。这种形态在与人接触时，由于形态在视觉观察中的暗喻作用就会使人产生心理上的“联想”，这种想象出来的形象是一种与生活中现实形态有某种简化、概括联系的作品形式，所以称之为抽象形态。抽象形态仿生家具设计就是将生活中的生物形态用简单、概括的几何形象替代，以此塑造出具有生物形态内涵的家具，突出抽象形态的联想与暗喻作用，从而形成一种感染力丰富、生机盎然的美感。

抽象形态仿生家具的造型形体简洁、高度概括，式样的暗喻特点非常突出，如传统家具中的梅花凳、梅花墩等家具式样对人的暗喻与联想作用的结果，使人既能够看出梅花的一些特点，却又不是梅花真实的复制，而是借助于梅花的形态提炼、概括出梅花形状的几何特点，从而塑造出具有梅花生态内涵的凳类家具。类似的作品还有很多，如葫芦形架格、耳蜗坐具、骨骼与抽象人体座椅等家具。这类抽象形态的心理联想要靠每个人长期的生活审美经验和文化背景的积累才能形成，家具形态的仿生设计也是如此。抽象形态仿生家具见图5-28。

图5-28 抽象形态仿生家具

总的来说，具象仿生设计是以模仿生物外在形象为主，形象相对逼真，有利于抒发对大自然生物形态的眷恋之情，有较强的艺术感染力，但构思的意境相对较低；抽象仿生设计则重在发掘生物形态内在生存属性的精髓，而不追求形态的完全相像，以精炼、概括的手法提炼出能够代表这种生物机能形态的几何要素塑造出家具形象。

人们模仿各种生物在自然中的生存功能，目的就是通过对进化中各种生物的生存机能特性、肌体结构和形体特点进行分析，拓展家具形态塑造的视野，将自然生物中优秀的生存机制进一步应用于未来的家具设计。虽然在广袤的自然界中各种生物千差万别，然而从科学的角度来看，人们对很多生物的生存机能与适应结构的奥秘了解有限，因此仿生学和仿生家具的设计也是建立在对生物的自然进化不断地探索之上的。国内外的模拟与仿生设计实践证明，这种设计思路能够科学合理地解决很多家具设计的难点，提高生活情趣，从而扩大人们对现代科学技术和时尚文化的认识，以提高人们的审美修养。可以说仿生家具设计是一种融合了人的心理暗喻、联想的家具创作，使家具的功能、结构更加完善、合理，更加适应人民生活的需要。因此要求人的文化修养和审美层次相对较高，是较高层次的思维创造活动。