榫卯结构在现代设计的创新

摘要：传承千年的榫卯结构以其良好的力学性能、不费一钉一胶的安装工艺闻名于世。其可拆卸性能更是与现今所提倡的绿色设计不谋而合，但随着新材料、新技术的涌现，榫卯工艺正在逐渐淡出人们的视野。如何将榫卯结构的艺术性和实用性与现代设计结合并进行传承与创新是设计者目前需要解决的难题。

关键词：榫卯结构；现代设计；传承与创新

一、榫卯结构概述

“方枘圆凿”出自《楚辞》，意思为方形的榫头是不能固定在圆形卯眼里的。虽比作格格不入，但从此比喻可见，在战国时期榫卯就已经出现在人们的日常生活中。在据今6、7千年的河姆渡时期就已经出现了最早的榫卯。北宋时期由于坐姿的改变促进了榫卯技术日趋成熟，在明清时代达到顶峰，家具的发展使榫卯结构更加趋于完美。在古代，榫卯通常作为连接部件在建筑、家具和农具中使用，但在古代玩具、摆件等领域也出现过它的身姿。民间传统益智类玩具鲁班锁，就利用了榫卯和榫眼的凹凸原理用木条进行啮合，相互结合，相互支撑，协调木条与木条之间所产生的力学作用，寻找到完美的支撑点。框架式榫卯结构大多来源于鲁班锁中力学性能和榫卯咬合的灵感，由简单的燕尾榫、圆榫、方榫等逐渐发展出粽角榫、格肩榫等榫卯结构。国外榫卯最早出现在五千年前的古埃及，因地域和人文环境等原因，埃及更多的建材以石料为主，形成了与其他建筑体系不同的外形特征，他们把珍贵的木材用来制造家具。在图坦阿蒙法老陵墓中挖掘出的座椅、床、箱等木制家具就使用了燕尾榫、暗榫等榫卯结合工艺。后来这种结构方法从东欧突然消失了,并直到14、15世纪才又出现,继续用于拜占庭建筑[1]。由此可见，无论是在国内还是国外，榫卯大多应用在建筑和家具中，因其与木材性能的完美搭配，以及可拆卸性使得损坏部位可以随时补修，因此寿命延长百年仍可使用。直至工业革命后，工场手工业逐渐被工厂机械化生产所取代。在大机械化生产的背景下，20世纪的中国基本上沿用了西方制作家具的体系，结构单一、连接简单的金属连接件和气钉、家具胶黏剂等因制作简单、成本低廉取代了尺度精密、工艺复杂的榫卯结构，榫卯工艺受到了前所未有的冲击，逐渐被人淡忘。

二、榫卯结构在现代加工工艺上的突破

传统榫卯一般需要工匠手工或半手工的方式进行生产加工，生产周期长，人力物力消耗大。现代化工厂则是大批量生产，流水线加工，以满足消费者需求。因此传统的榫卯结构受到了加工简单，安装方便的工业胶和钉子的制约，但因为胶和钉子的连接破坏了木材性能，导致家具出现问题无法修复，而木工数控机床和3D打印技术的出现却为我们进行榫卯机构的应用创新提供了新思路。

（一）人工数控机床的应用

木工数控机床，简称CNC机床，将待加工的榫卯结构通过CAD/CAM软件进行编程，通过精准的铣削加工，减少误差，可快速高效的生产大批榫卯结构。但像粽角榫这种外表看似简单内部结构相当复杂的榫卯，每个转角都需要形成六个45°斜面无缝贴合，三根方材内部还有长短榫的结构，需要人工和机器进行反复加工，制约了进行大批量生产产品的工厂使用。

（二）3D打印技术的应用

3D打印技术是一种全新生产制作产品的方法之一，它不同于CNC机床对材料进行加工处理。而是以三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，采用直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法[2]。因此只需将产品结构数字化倒入模型库中，任何复杂结构都可以通过此技术一次性地制造出来。在未来，随着3D打印技术的不断发展、普及，榫卯结构的产品可以高效、快速地生产出来，通过全新的方式继承和宣传榫卯工艺。

三、榫卯结构在现代设计中的传承与改良

榫卯工艺作为几千年来遗留下的经典结构，随着历史的演变以及制作工具的革新，不同时期有着不同的变化和发展。而从明清时期至今，这一段时期榫卯结构的发展和传承出现了断层。分析其主要的原因一方面是现代化进程中新材料、新技术的涌入使人们对于这项复杂繁琐的古老技艺逐渐失去关注。包豪斯教学在国内的推广，标准化规模化的集体工作方式使老一辈“师徒传承”学习手艺的方式不再流行，很多古老的制作手艺没有继承下去；另一方面，需要克服在现代产品设计中融入榫卯结构元素所具备的合理性、创新性，让榫卯以相似的工艺、全新的面貌重新回归大众的视线中。榫卯结构作为中国工匠呕心沥血创造出的经典，在传承传统工艺的同时，也应该紧随现代化的脚步。榫卯结构如何在现代设计中进行传承和改良，本文从以下三点进行分析。

（一）榫卯的可拆卸性设计

中国古代榫卯建筑和家具不用一钉一铆就能保持很长时间的牢固，磨损消耗大时也可以拆卸用新部件替换。而现在大多数人对榫卯的印象只停留在其可以作为固定连接件使用，却忘记了它的可拆卸性能。现如今运输业发达，人们足不出户就可以网购产品，但固定式家具难以运输，因此，设计师将更多的目光瞄准到生产效率高、便于拆卸、标准化、系列化且具有良好结合性能的家具结构上。而产品中使用钉子和胶，若单一零件消耗或损坏时，产品无法再次循环使用，寿命缩短，造成资源浪费。顺应绿色发展和对榫卯工艺可拆卸性的研究设计，宜家在2013年研制开发出的楔形榫钉是在圆棒榫的基础上加入螺丝的创意，设计出的一款带有螺纹的圆棒榫结构，用来连接固定不同家具部件。2014年宜家设计师进一步改良楔形榫钉，推出的Lisabo系列家具，用部件自带波浪纹的榫头和卯眼进行契合（如图1所示），不需要利用任何工具徒手便可安装。部件本身代替了螺丝等零部件，节省资源，组装方式对家具的损耗更少，延长了家具的使用寿命。榫卯的可拆卸设计不仅只在家具中使用，在其他领域中，塑料、金属、石材、玻璃、木材等都可作为可拆卸设计的材料。源于榫头外凸，卯眼内凹这种咬合方式的灵感，乐高家具就是利用可拆卸可组装设计，采用了ABS塑胶材质，以积木的形式在随意组装零件的同时拼装出富有童趣和灵感的玩具模型。（如图2所示）它的每个连接件都可以拆卸，在组装过程中利用连接件拼装出各种不同的形象.

（二）榫卯结构的装饰性设计

木材因其抗拉、抗压强度以及干缩湿胀等性能成为了长久以来制作榫卯的最佳材料。就近代的明清家具而言，选材多采用鸡翅木、黄花梨木等材质，近现代中又称这类木材为红木[3]。现如今随着木材资源的逐渐稀少，可以用来做榫卯结构的木材更是急剧短缺。而工业革命以来，新型材料的异军突起使榫卯结构的用材不仅只局限于木材，也可以与其他不同材料结合设计或使用其他材料直接设计，在装饰性上不同材质的混搭还可以激发出更多创意，为运用榫卯工艺的产品带来更多设计上的可能性。榫卯在保持其规定的力学强度下，通过改变其大小和形状再现其结构[4]。以图3为例，此榫卯结构以燕尾榫为变形设计，从设计角度看选取颜色差异较大的材质进行混搭，改变了榫头的形状、大小、咬合面积，没有减少榫卯的咬合力度，以外露的方式将榫卯结构的美感和设计感完全呈现出来。图4是一款以工业中常见的胶合板为材料进行简单组装的桌子，采用扁平化的设计，使用数控机床将一整块胶合板进行切割组装。各部分十字卡槽的花式结合，胶合板的侧向纹理与板面的视觉冲突，不仅满足了使用功能与装饰性上的要求，因其简单的切割方式也可以实现工厂机械化大批量生产。

（三）榫卯文化符号的设计

中国符号是可以代表中国形象区别于世界不同国家文化的重要载体。从河姆渡流传至今的榫卯结构经过历史积淀，不仅仅是简单的连接结构，更是中国传统文化符号的代表之一。传统符号与现代观念的结合也是当代设计师不断探索的主题。在现代产品设计中运用榫卯符号设计出符合当代审美并传承中国文化的作品，不仅要保存产品本身的功能性，更要将其文化因素导入产品设计中。由此可见，榫卯可以从造型、含义和结构入手进行设计的再创造。2010年上海世博会中国馆就是在传承和创新中从榫卯的造型入手，所设计建造出的一个具有中国传统符号的例子。采用了斗拱的造型特点，层层叠加，用现代立构有顺序有规则的纵横交错手法，整体形象取自中国西周时期传统礼器——“鼎”（如图5）。在众多的中国符号结合下，中国馆呈现出一种中国文化意在言外的神韵。目前很多设计产品因为形象的原因只选取榫卯的外表造型，贴上中国风或中国韵的标签，放弃了对榫卯含义和结构与现代设计的结合使用。甚至在设计中为了融入中国元素故意添加可有可无的榫卯结构，费时费力，却得不到应有的效果。榫卯的应用不应仅局限于其外表，也不应局限在家具和建筑当中，随着材料、技术和工艺水平的不断发展，思路、视野的不断拓宽，榫卯符号能够应用在更多的领域中。

四、结语

传承千年的榫卯技术不仅只作为一种连接工艺，更带有了中国独具特色的艺术文化。因为成本、技术难点和材料性能方面限制了榫卯的发展，又因为这些限制，榫卯也在逆境中不断地发展创新，但即使如此现如今榫卯工艺的传承与现代化的转变仍面临着诸多难点，我们应该转换视角从不同的方面寻找其传承和发展的可能性，为榫卯结构的现代化再设计提供更完美的设想。

参考文献：

[1]柳翰.西方古典家具史论(一)古代埃及家具[J].家具与室内装饰，2005(1):83-87.

[2]李小丽，马剑雄，李萍，陈琪，周伟民.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014(1):1-5.

[3]徐璐，孙薇.榫卯结构在新型材料中的应用研究[J].家具，2016(5):6-10.

[4]王硕，吴智慧.基于装饰性榫卯结构的设计探索[J].家具，2016(2):57-61.

作者：刘冰 谭向东