浅谈鲁班锁的结构及其功能价值

摘要：通过对中国传统民间玩具鲁班锁的造型、材质以及榫卯结构进行分析，研究了鲁班锁的美学价值、结构特点和文化内涵，并结合阴阳理论、凹凸契合，探讨了鲁班锁对现代产品设计的意义，使其既具有文化性，又具有趣味性，利用结构创新来提升产品的精神价值，拓宽了设计思路，为实现产品模块化设计、可拆卸化设计、绿色设计、提供可靠的技术和经验支持，提高产品的市场竞争力。

关键词：鲁班锁 模块化设计 榫卯结构 绿色设计

引言

鲁班锁（见图1）是古老中国的智慧遗产，相传是三国时期诸葛孔明根据鲁班的发明，结合八卦玄学的原理发明的一种玩具，在没有钉子、绳子、接合剂的情况下，你能将六根木条交叉固定在一起吗？这对空间想象能力是一个极大的挑战。两千多年前的鲁班就发明了一种方法，用一种咬合的方式把三组木条垂直相交固定，六根木条分别冠以六艺，中间有缺，缺缺相合，以十字双交卡榫组成。它看似简单，但设计难度相当高，卡榫仅借木条的不同凹槽放置、拼凑，挖槽的密合度稍有不足都可能影响结构稳固度，需将木块大小不一的卡榫精准放置才能组合成功，而且只要抽掉一根木条，整个接合的木块也即散架了。这种玩具最早见于文字是我国清代一本魔术书《鹅幻汇编》，当时叫“六子联方”。

文章主要从鲁班锁的榫卯结构、鲁班锁的审美价值以及鲁班锁模块之间的相互契合等相关问题进行研究，探讨鲁班锁结构设计及其对现代产品设计的功能价值。

一、鲁班锁的结构

（一）鲁班锁与榫卯结构

鲁班锁的结构和中国木工的榫卯结构十分相似。中国的榫卯结构来自于古代建筑，传统的古代建筑主要是木构架结构，不使用金属钉子，而以榫卯斗拱设计。榫卯结构是两物体相互衔接比较直观而原始的方式，二者靠的是木构件的摩擦力链接，因此尺寸必须非常合适，可丁可卯。如果用中国古代哲学来看榫是突起物，可以理解为阳；卯口是凹的形状，贯通了就是卯眼，可以理解为阴。两者相合是一种阴阳相合。古人也许正是受了动物骨骼和关节中的突起与凹陷的启发，结合阴阳理念发明了榫卯结构。

（二）榫卯结构在建筑和家具上的应用

鲁班锁的榫卯结构在建筑和家具上被广泛应用。榫卯结构是一种很普遍使用的木凿技术，在距今约7000年前的浙江余姚河姆渡文化遗址，就发掘出了大量的结合完好的多种式样的榫卯结构遗物，可以说是我国木构技术史上一件伟大的发明。建筑上侧重结构稳定，可以兼顾结合在同一点上不同方向的受力，合拢时或为一个高强度的完美的整体。

家具中的榫卯结构则成就了中国含蓄内敛的审美观，传统红木家具各连接部位，一律以榫卯相接，凭借榫卯就可以造到上下左右、粗细斜直，联结合理，面面俱到，工艺精确，扣合严密，常使人欢喜赞叹，有天衣无缝之妙。

二、鲁班锁的审美价值

（一）鲁班锁的结构美

鲁班锁的造型不复杂，却带有极强的识别性，特定比例的木方，中规中矩的开槽，给人以有序、严谨的视觉感官。木方之间有一定的相似性，又有明显的独特性。粗看每根都是差不多的方条，斑斑驳驳的开槽错落有致，细看每一根的开槽却有自己的变化。而在拼装时，木方每每相扣紧的同时，又为后面的构件插入留有空间，直至最后一块“锁眼”的安放，整个鲁班锁就结实的抱在一起，互相制约，互相扶持。鲁班锁的结构有十字交叉、十字网格交叉、多轴网格交叉等类型，前两种木条与木条之间只有平行、垂直两种空间关系，后者由于榫卯结构比较复杂，所以造型也比较灵活多样。

（二）鲁班锁的造型美

鲁班锁通常是由六根木棍组成，它们穿插在一起形成一个对称的结构体。

“对称”是指轴线两侧图形比例、尺寸、高低、宽窄、体量、色彩、结构完全呈镜射。在中国传统建筑中，对称的造型非常多，如北京的故宫、四合院等，建筑都是沿一条中轴线延伸展开的对称形式。对称的形态在视觉上有自然、安定、典雅、庄重、完美的朴素美感，符合人们的视觉习惯。

（三）鲁班锁的材质美

作为一种天然材料，木材是装饰材料中最有人情味的一种。也许是因其由生命孕育而成，人们都愿亲近它、抚摸它，它给人以自然、温暖之感。木材具有天然生长而成的美丽的纹理色泽，尤其是锯切或刨开以后，这种纹理会带着光泽而显现出来，而这正是木材美妙的艺术特质。

三、鲁班锁与智力玩具开发

鲁班锁实际是一种涉及立体几何知识的玩具。通过几何分割，可以组成多种锁定方式，6根木条组成的样式多达119963种。古典数学玩具展见证了中国古代的悠远文明，也为现代人传递了知识与乐趣。其实数学就在我们身边，数学就蕴藏在游戏之中。通过鲁班锁，能让我们领略到科学的奥秘与趣味，也能够学到一些科学的知识与方法。中国古典玩具博大精深，因流传中外、喜者众多而博大，因文明高雅、造型优美、数学底蕴深厚而精深。它把促进人们身心健康发展、启迪智慧的功能贯穿于“寓教于玩”、“寓教于乐”之中，使中华文化以娱乐方式，渗透和传播到人们的日常生活中，传播到世界各地。

四、鲁班锁的功能价值

（一）趣味性价值

鲁班锁的凹凸配合实际就是木块之间的契合，契合就是通过机智而趣味的组合过程，把美好的使用心情从开始延续到结束。给设计师提供了充裕的创作空间，激起了创作的欲望；将创意延续到使用的阶段，使形态与使用者和谐互动，在感受契合形态美感的同时，体会设计师深层次的设计内涵。

如图2，儿童学习用品组合，此款设计是将儿童用的剪刀、尺、胶带纸等工具设计成可爱的小动物形象，并且形体之间有一定的契合关系。即形态可爱又使孩子在使用时和使用后都能产生兴趣。可培养宝宝的逻辑思维；培养宝宝的耐心、专注力；缤纷色彩能促进眼球发展。

（二）鲁班锁结构与绿色设计

众所周知，科技为人类创造了现代的生活方式和生活环境，但同时也加速了资源、能源的消耗，并对地球的生态平衡造成了巨大的破坏。能否通过设计把资源滥用的旧观念引向资源保护的新观念，并尽量减少物质和能源的消耗，鲁班锁的结构形态便是通过“共用”节省了材料和空间，有效地减少了资源投入，达到了经济性及环保的要求。

1 模块化设计

典型鲁班锁是由6根形态差不多的木块组合而成，通过木块之间的凹凸缺口配合组成一个相互咬合的整体，而模块化设计是基于模块的思想，将一般产品设计任务设计成模块化产品方案的设计方法。

模块化设计具有很高的技术经济价值，如提高设计生产效率，缩短供货周期；便于产品更新换代利于新产品的开发；提高产品质量和可靠性；良好的可维修性；便于实现标准化、通用化等。

2 基于分块思想的“分割重构”的产品设计

经典的鲁班锁是由6个木条装配起来的，这里把这些木条定义为“块”，一个块的三维尺寸一般为2*2*n，n即为块长，n可以为6、8、10、12或更长，当然也可以是否7、9甚至不规则长度，但至少为6。其实对经典鲁班锁，块长对装配和拆解的结果无实质影响。

在图3中，以块长6为例，一个块可看作宽高长为2*2*6的方形木棒，并可按此尺寸把整个块划分成24个小立方块，但只是图中有编号的12个小立方区域可以被加工成形，剩下的12个未编号的区域将成为组装好的鲁班锁的外部可见区域。这编号的12个区域被定义为“小块”，小块的边长设为1个单位。上层为8个，下层为4个。这些“小立方”区域的木块可以保留，也可以被加工去除，通过不同的组合，块的形状可以千变万化。

在现代产品设计过程中使用“先分割后重构”的方法，基于“自顶向下”的思路，首先设计出整体形态，然后根据不同的功能需要对整体进行分割，由此产生“共线共形”的单体契合形态。同时，在产品与环境之间，基于合理利用材料、节约空间和方便储运的原则进行设计。

结束语

鲁班锁的结构及其功能价值，能够为现代产品设计创作注入新的活力与生命，这对在自然环境日益恶化、社会环境过于功利化影响下的现代产品设计具有重要的指导和借鉴意义。鲁班锁作为一种文化符号，所体现的设计思想丰富、影响深远，其和谐设计思想可以使现代产品设计既具有文化性，又具有趣味性，利用结构创新来提升产品的精神价值，提高产品的市场竞争力。