材性·材形·材理

——談?wù)勗煨驮O(shè)計(jì)與合理用材

清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)系 邱松

造型設(shè)計(jì)從事的是有形之物的創(chuàng)造活動，而有形之物肯定就離不開材料。材料是使造型付諸實(shí)現(xiàn)的基本保證，離開了材料我們的設(shè)計(jì)就成了“無米之炊”。材料在造型設(shè)計(jì)中好比為載體，它既能把設(shè)計(jì)者思想閃光的地方淋漓盡致地展現(xiàn)出來，也能將設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的敝端毫不留情地公之于眾。因此如何合理地使用材料，就成為造型設(shè)計(jì)中急待解決的問題。

雖說設(shè)計(jì)思想需要借助材料來實(shí)現(xiàn)，然而材料的特性又時常制約著設(shè)計(jì)的實(shí)施，這一矛盾常常困擾著設(shè)計(jì)人員。那么如何才能解決這一難題呢？我本人認(rèn)為唯一的途徑就是要學(xué)會深入仔細(xì)地研究材料、熟悉材料和理解材料，但是這里我想強(qiáng)調(diào)一下，研究材料并不是要我們設(shè)計(jì)人員都成為材料專家，而是要充分了解不同材料的特性，然后能夠得心應(yīng)手地去使用它，從而保證設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想得以順利實(shí)現(xiàn)。換句話說：我們研究材料的目的不是為了如何生產(chǎn)它，而是為了如何應(yīng)用它。

不同材料皆具有其不同的特性，這我們稱之為材性。如：木材的韌性較好，允許少量的變形，因而采用榫卯和粘接的方式來連接比較適宜，而鋼材的剛性較好，韌性卻較差，因而用焊接和鉚接的方式來連接比較適宜，這就是利用了材料本身的特性。倘若將這兩種材料的連接方式調(diào)換一下，你就會立刻發(fā)現(xiàn)它們變得不合理了。八十年代初，我國建筑業(yè)開始大量使用混凝土構(gòu)造。由于當(dāng)時人們對該材料的材性不甚了解，結(jié)果我們常常會見到一些建筑采用混凝土去模仿木結(jié)構(gòu)和瓦的效果。這顯然很可笑：混凝土既達(dá)不到木結(jié)構(gòu)和瓦的材性效果，同時也埋沒了該材料的自身優(yōu)勢，這如其說是在應(yīng)用材料，還不如說是在浪費(fèi)材料。與之相反，座落在北京官廳水庫上的“亞洲第一橋”，在設(shè)計(jì)時充分利用了混凝土抗拉和抗壓的特性，成功地在兩山之間架起了當(dāng)時（七十年代）亞洲最大跨度的鐵路橋。其實(shí)在我們周圍合理、巧妙地用材料特性的例子比比皆是：如利用尼龍的抗疲勞性制作的尼龍合頁、尼龍搭扣；利用塑料張力較強(qiáng)的特性制作的塑料充氣玩具；利用碳纖維輕便、耐磨性制作的滑雪板、羽毛球拍；利用竹子的柔韌性制作的風(fēng)箏、涼席；利用陶瓷的耐高溫性制作的火箭推進(jìn)器噴射口；利用鈦金屬的記憶性制作的衛(wèi)星、航空器上的可折疊式天線；利用金屬的延展性制作的易拉罐……，這些都無不證明了材料的材性在設(shè)計(jì)中的重要性。

在我們賴以生存的地球上充斥著包羅萬象的材料，其中既有天然形成的，如木材、石材、水泥、土壤等，也有人工制造的，如塑料、橡膠、金屬、玻璃等。不僅如此，隨著人類科技水平的不斷提高，一些高新材料（如：光導(dǎo)纖維、高分子合成材料，碳納米材料等）也不斷被研制、生產(chǎn)出來。面對這林林種種而數(shù)量龐大的“材料庫”，我們要想逐一研究每一種材料顯然是不可能的。因而這就需要我們必須將所有材料按其材性進(jìn)行歸納和分類，以便能夠系統(tǒng)、全面地了解材料的材性，同時還可通過對材料間的比較發(fā)現(xiàn)材料材性的共性或交叉點(diǎn)。例如：鋼材、鋁材、金子都具有延展性，但其程度是不一樣的，金子的延展性最好，用它可以做成非常之薄的金鉑，但其硬度卻不夠強(qiáng)。而相比之下鋼材延展性較差，硬度卻較強(qiáng)。鋁材在三者中居中。假如分別用三種不同的材料經(jīng)沖壓加工成同一容器，我們就會立刻發(fā)現(xiàn)三者的差別所在了。因此作為設(shè)計(jì)者這時候頭腦就必須十分清醒，你要搞清楚你的設(shè)計(jì)所需要的是某材料材性的那一方面，程度如何。在研究材料的材性過程中，我們不僅要注意不同類材料材性上的大的差異，同時還要注意同類材料材性上的小的差異，從而使我們的選材變得更為精確、合理，使我們所選的材料在其材性上達(dá)到極致。通過對材料材性的理解和掌握，可以使我們在造型設(shè)計(jì)中不再著眼于選擇具體的材質(zhì)，而是從造型設(shè)計(jì)所需要的材性出發(fā)，靈活自如地選擇材料。此外，通過對材料材性的研究，不僅有利于我們理解和掌握現(xiàn)有材料的材性，而且也將對未來出現(xiàn)的新材料的理解和掌握鋪墊了良好的基礎(chǔ)。

材料不僅在材性上有很大差異，而且在其外觀形態(tài)上也是千差萬別，這就是接下來要談到的材形問題。材形也就是指材料的外觀形態(tài)。按照材料的形狀我們可以大致把材料分為線材、面材和塊材這三類。所謂線材就是長度（相對于寬度）很長，呈線狀的材料。所謂面材就是厚度（相對于面積）很薄的材料，除這兩者之外剩下的都可稱之為塊材。當(dāng)然，這種劃分并非十分嚴(yán)格。比如將線編織在一起達(dá)到一定的密度，就變成了面，那么究竟達(dá)到什么程度算是面，什么程度算是線呢？其實(shí)這個界線是十分模糊的。一定程度上它處決于我們設(shè)計(jì)人員的需要來劃定，另一方面也處決于我們觀察者的視覺習(xí)慣和心理感受。不同材形的材料，其給人的視覺效果和心理感受也有很大差異，因而這也需要我們?nèi)プ屑?xì)地體會。用材形來將材料進(jìn)行分類，還可以使材料更為直觀化，更便于理解和掌握。

一般來說，線材抗拉性比較好，但抗壓性卻比較差，如鋼絲、尼龍線等。由于線材的通透感比較強(qiáng)，因而用線材制作的造型往往能給人以輕快、空靈之感。被拉伸的線材還能給人以張力感或緊張感，如斜拉橋，拉滿了的弓箭等等。不同線材的特性也存在很大差別，為此，我們在造型設(shè)計(jì)中要值得特別注意，在設(shè)計(jì)和制作過程中盡可能地做到揚(yáng)長避短。與線材相比，塊材的抗拉、抗壓性能都不錯。如：建筑中的結(jié)構(gòu)柱、過梁、橋墩子等。塊材在視覺和心理上往往給人以充實(shí)、厚重和穩(wěn)定之感。但是塊材耗材較多，且自重也較大，因而不宜在造型設(shè)計(jì)中大量的使用。面材是一類較為特殊的材料，這是因?yàn)樗哂袃芍匦裕簭膫?cè)面（截面）上來看，它的外形呈線狀，因而它具有線材的部分特性和心理特征；而從正面上看它又很充實(shí)，因而又具有塊材的一些特性。面材的抗拉性較好，抗壓性較差，但面材經(jīng)過彎曲或折疊后變成殼體或折板構(gòu)造，其抗壓能力則會得到大大提高，如包裝用的瓦楞紙，建筑用的瓦楞板，用金屬板材沖壓成形的金屬鍋、盆等容器。

線材、面材和塊材不僅在形狀上有很大差異，而且在連接方式上也有很多不同。由于線材和面材的接觸面積較小，因而連接方式上多采用鉸節(jié)和剛節(jié)的方式而較少采用滑節(jié)方式。而塊材接觸面積較大，則連接方式多采用滑節(jié)、剛節(jié)而較少采用鉸節(jié)。此外，三種不同材形的加工方法也有很大區(qū)別。線材和面材比較容易變形，延展性也較好，因而比較適合于采用沖壓、鍛造、彎折等加工手段。而塊材相對來說不太容易變形，因而則多采用減法和模具成型法，來進(jìn)行加工處理，如：切削、車、銑、刨、鑄造、注射成型、擠壓成型等。雖說同種材形而不同材質(zhì)的材料都有其共性的一面，但也有其差異的一面，因而在造型設(shè)計(jì)中應(yīng)兼顧兩方面，不要顧此失彼。

在造型設(shè)計(jì)中要想做到充分合理地利用材料、除了需要了解材料的材性、材形之外，還得懂得材料的材理。那么何為材理呢？就是要在熟悉和理解材料的材性、材性的基礎(chǔ)上，針對材料的共性和異性，優(yōu)勢和劣勢進(jìn)行辯證施材，因材制用，因勢利導(dǎo)，科學(xué)而合理地使用材料。這么說也許有些抽象，下面就具體地來談?wù)劜牧系牟睦怼?span lang=EN-US>

用材準(zhǔn)確：即選擇材料時，要充分地反映出該材料材性和材形的特點(diǎn)，充分體現(xiàn)其優(yōu)勢，回避其劣勢。例如：木材順著紋理的方向受力效果比較好，韌性較強(qiáng)，而垂直于紋理的方向則受力較差，韌性也較弱，如果我們不能準(zhǔn)確地掌握木材的這一特性，就很容易造成木材的斷裂。因此我們所說的選材準(zhǔn)確，不僅指要準(zhǔn)確地選擇材料的材性和材形，而且還要準(zhǔn)確地選擇材料的使用方式，從而使材料的材性和材形達(dá)到最佳效果，力求做到因勢利導(dǎo)、物盡其用。

用材經(jīng)濟(jì)：我國雖說地大物博，但材料資源仍很匱乏，因而，作為設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時就得學(xué)會精打細(xì)算，最大限度地去節(jié)省材料。造型設(shè)計(jì)決不是材料的堆砌，更不是用材料價值的高低來衡量造型設(shè)計(jì)的好壞，相反，我們需要運(yùn)用材料材性或材形的性能價格比，來衡量我們所選用的材料是否符合經(jīng)濟(jì)性的原則。例如：玻璃刀上的刀刃是由金剛石制成的，如果采用天然金剛石則價格非常昂貴，而采用人造金剛石，雖硬度比天然金剛石稍遜色一些，但價格卻降下來很多，那么很顯然人造金剛石的性能價格比要比天然金剛石的性能價格高得多。此外，選用可回收利用性的材料也是降低材料成本的重要手段之一。例如：易拉罐使用的材料雖然成本較高，但因其便于回收利用，因而廠家還是很樂于使用它。

加工便利：使用材料必然要考慮到加工工藝。在造型設(shè)計(jì)中加工工藝經(jīng)常制約著我們對材料的選擇，因此我們在選擇材料的同時，也應(yīng)選擇好它的加工工藝。一般來說，同材性或材形的材料，加工便利者從優(yōu)。加工還應(yīng)注意不能破壞或改變材料的材性，而應(yīng)更有效地突出材性的優(yōu)勢。例如：塑料板材的強(qiáng)度不十分好，如果將其彎曲加工成夾角為直角或銳角的形狀就很容易斷裂，而將其加工成夾角為帶弧度的直角，就不太容易發(fā)生斷裂了。

加強(qiáng)環(huán)保：隨著人們生活水平的不斷提高，人們對環(huán)保意識也逐漸在增強(qiáng)。作為設(shè)計(jì)人員更應(yīng)走在人們的前列，從一開始著手設(shè)計(jì)時，就要樹立環(huán)保意識，使我們設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不會對環(huán)境造成破壞和危害。因此，我們在選擇材料時，責(zé)無旁貸地要注重選擇環(huán)保材料，決不要因?yàn)槲覀兪韬龆斐深愃平裉斓?span lang=EN-US>“白色垃圾”污染。環(huán)保材料的使用必將成為今后發(fā)展的趨勢，如果設(shè)計(jì)人員不能清醒地正視這一點(diǎn)，那將會逐漸被社會所拋棄。

因此，在造型設(shè)計(jì)中，選擇材料并不是孤立的，它不僅要充分發(fā)揮材料的材性和材形的優(yōu)勢，而且還要綜合其它許多方面的因素。權(quán)衡利弊，擇優(yōu)使用。只有這樣才能使所選的材料在造型設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用，使造型得以和協(xié)、完美地實(shí)現(xiàn)。

（本文發(fā)表于2001年《無錫輕工大學(xué)學(xué)報》）