基于竹集成材的家具产品设计技术研究
陈新义1，刘文金2，张海雁3
(1.西南林业大学，昆明 650224；2.中南林业科技大学，长沙 410004； 3.湖南工艺美术职业学院，益阳 413000)
摘要：目的 竹材具有密度大、强度高、纹理通直、弯曲性能好等特点，且竹资源丰富，是建筑行业及 家具产业中的重要资源之一。“以竹代木”的设计理念可有效缓解木质资源缺乏的问题，但过度依赖于 木家具的设计方法，使竹集成材家具产品丧失了自身的“个性”。针对上述问题，进行科学分析，为竹 集成材家具产品设计提供参考依据。方法 以竹材为基材，从材性、色彩、强度及与其他材质的适配性 上进行充分分析，探索性提出几种适合竹集成材家具产品设计的策略。结论 从竹材基本属性入手，得 出竹集成材家具构件轻量化设计策略；不同的工艺处理后的竹集成材能够得到不同的装饰效果，得出基 于平面及色彩构成零件搭配设计方法；基于竹集成材的尺寸稳定性及与其他材质的相适应性，得出与多 种材质搭配的设计策略。
关键词：竹集成材；轻量化；家具设计
中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2019)14-0162-05
DOI： 10.19554/j.cnki.1001-3563.2019.14.027
Design Technology of Furniture Product Based on Glued Laminated Bamboo
CHEN Xin-yi1, LIU Wen-jin2, ZHANG Hai-yan3
(1.Southwest Forestry University, Kunming 650224, China;
2.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China;
3.Hunan Arts and Crafts Vocational College, Yiyang 413000, China)
ABSTRACT: Bamboo has characteristics of high density, high strength, straight texture, excellent bending performance and abundant resources. It is an important resource in the construction industry and the furniture industry. The design concept of "using bamboo instead of wood" can effectively alleviate the shortage of woody resources. But the glued laminated bamboo furniture products have lost their "personality" because of over-dependence on the design method of wood furniture. In view of the above problems, the paper aims to have scientific analysis to provide reference for design of bamboo furniture products. Several design strategies for glued laminated bamboo furniture products were proposed based on analyses of glued laminated bamboo from material properties, color, strength, and suitability of other materials. From the basic properties of bamboo, the new concept of light-weight design strategy is obtained. Different decorative effects can be acquired by different techniques; the design method based on planar and color components is obtained. Based on the size stability of bamboo and its adaptability to other materials, the design strategy of combination with a va riety of materials is obtained.
KEY WORDS: glued laminated bamboo; light-weight; furniture design
由于木材资源的匮乏，“木材代用”的观点应运 而生。“木材代用”指用其他种类的材料替代木材来
收稿日期：2019-02-21
基金项目："十三五”国家重点研发计划项目子课题（2016YFD060090503 ）
作者简介：陈新义（ 1987—），男，湖南人，西南林业大学博士生，主要研究方向为家具设计与制造。
通信作者： 刘文金（1963—），男，湖南人，博士，中南林业科技大学教授，主要研究方向为木制品设计与制造。
3）先成型后集成的竹集成材。竹片具有良好的 弯曲性能，设计师常用弯曲构件来塑造产品的有机形 态，但竹集成材的整体弯曲比一般木材都难。竹集成 材弯曲构件见图3。如图 3，竹片“先成型、后集成” 的制造工艺可有效解决这一问题，能有效完成多种有
1.3 纹理与质感
在竹壁纵剖面上，竹纤维及维管束沿纵向排列［6］， 形成平行且紧致的竹材纹理，有流畅、整齐之感。竹 材纵剖面及端面纹理效果见图5。在横截面上，呈现 出各种大小不一的“点”状斑点，密集程度由竹壁外 侧向内侧呈现出逐渐稀疏的渐变，有跳跃、渐进之感。
竹节是竹材的天然特征，它展示出竹材独特的视 觉效果，常有“坚贞意志、节节高升”之寓意，且展 现出竹材最自然的形态。竹节均匀而有节奏地分布于 竹纤维之间，活泼而有灵动地打破了平行且光滑平整 的竹材表面，有规则、节奏之感。
1.4 基本物理力学的性能对比
竹集成材具有与竹材相似的物理力学性能，具有 强度大、变形小、尺寸稳定等特征。与传统的木质人 造板相比，它具有良好的环保性能。有研究表明，竹 集成材具有与常用硬木相媲美的优质力学特性，其抗 拉强度、抗压强度等均大于常用木材［7］，竹集成材与 几种常用木材的力学性能比较，见表 1。
表 1 竹集成材与几种常用木材的力学性能比较
Tab.l Mechanics properties of glued laminated bamboo and some commonly used wood
| 力学性能
|
干缩系数/ %
|
抗拉强度/
MPa
|
抗弯强度/
MPa
|
抗压强度/
MPa
|
| 竹集成材
|
0.255
|
184.27
|
108.52
|
65.39
|
| 橡木
|
0.392
|
153.55
|
110.03
|
62.23
|
| 杉木
|
0.537
|
81.60
|
78.94
|
38.88
|
| 红松
|
0.459
|
98.10
|
65.30
|
32.80
|
注：竹集成材基材为楠竹
2 基于色彩搭配的设计
竹片在去青、去黄处理后，呈现出代表自然的“青 黄色”。经过不同的炭化工艺处理后，颜色变深且多 样，呈褐色、深褐色等。色彩搭配是产品设计的主要 技法之一［8］，因此，不同色彩的竹片材经自由组合， 可制得具有不同色彩特征的家具产品构件，尤其在大 幅面构件中表现突出。
2.1 形式多样而有节奏的“斑马纹”
以经过一种炭化工艺处理的竹片与未经处理的 竹片所表现出的两种色彩为基本单元，作规则、平行 的布置，构成规律、有序的“斑马纹”图案。
几种常见的斑马纹效果见图6。设计实践证明， 有几种常见的集成方法可得到不同的“斑马纹”效果： （1）选用不同宽度的竹片，以窄面接窄面构成，得 到渐进的效果；（2）竹片单元尺寸一样，以宽面接窄 面构成，可得到错落有致的效果；（3）同尺寸的竹片 单元，以窄面接窄面构成，可得到紧致的效果。
根据排列组合的规律，可根据设计需要进行其他
排列组合。
■炭化竹片 □本色竹片
图 6 几种常见的斑马纹效果 Fig.6 Effects of several common zebra-stripes
2.2 形制自由的平面设计
竹集成材的制造工艺赋予其产品色彩搭配更多 的自由度。根据图案设计，以竹片为基本单元制造预 制件，而后集成胶合，大大地丰富了竹集成材的造型 特征。两种典型的图案造型见图7。
图 7 两种典型的图案造型
Fig.7 Two typical models
为追求木家具结构造型特征，攒边与抹头部位用 炭化竹片集成一定宽度，经 45°切角制成预制件，芯 板部位用本色竹片集成制得。最后，各预制构件经集 成胶压后呈现框架结构的艺术效果，见图7a。某构 件表面需要规则的“回”字形装饰，亦可通过不同的 颜色搭配完成，搭配效果见图 7b。
2.3 竹质基材的贴面材质
在“节约用材”的设计趋势下，科技木皮往往充 当一种很好的覆面装饰材料［9］。同样，竹集成材亦可 刨削制成科技竹皮，见图 8。在很多复杂、异型且竹 集成材难以经铣削成型的零件表面，通过覆面贴皮， 可使其具备竹材的效果。
3 轻量化竹集成材家具构件设计
人们常常以错误的“惯性思维”将竹集成材运用 到家具产品设计中。他们遵循木家具的设计习惯和规 范，却忽略了竹集成并不是木材的事实［10］，因此，设 计出来的产品往往“笨重”且难以体现竹集成材的特 征。虽然竹集成材的外观属性与木材有相似之处，但 是其各项力学性能均不同于木材，过度的生搬硬套显 然不合适。
轻量化的设计理念应为竹集成材家具产品设计 的指导思想。所谓的轻量化设计，是以减轻产品物理 自重和视觉自重为目标的设计，即在不牺牲消费者审 美需求的情况下，增加使用的有效性，同时还减少材 料用量，提高产品性价比［11］。以下两种典型的构件设 计技法可有效实现产品轻量化。
1）构件实际体量的减重。这一技法指在满足结 构、功能及审美的情况下，减少构件自重。空芯结构 板件见图9。采用空芯结构不仅可以有效地减轻构件 重量，而且不失美观。
2）轻量化的视觉效果。这一设计技法即对厚度 尺寸较大的构件边部采用特定的型边，如“鸭嘴”、 “倒梯形”等。构件虽自重减少不多，但其视觉效果 与未处理前迥然不同。几种常见的边部形状处理，见 图10。
4 与其他材质的适配性及构件设计
木、竹材尺寸的稳定性受干缩系数的影响，其他 材料则是受胀缩系数的影响［12］。两种或多种材料的搭 配使用主要参考相互的尺寸稳定性。研究表明，竹集 成材与其他主要类型材料的干缩（胀缩）系数差异性 较大，但均在可控范围内，可以搭配使用［13］。
4.1 金属材料作为装饰部件的搭配设计
以竹集成材与金属材料（铝合金、不锈钢等）的 搭配设计为例，金属材料的密度、强度均大于竹集成 材，若选用较大的截面尺寸，势必增加产品的自重， 与前述的轻量化设计理念不符。设计实践证明，有几 种典型的方式可实现竹集成材与金属材料的搭配。
1）金属材料（铝合金、不锈钢等）作为装饰件 与竹集成材搭配。无论是方材还是板材，边部直角部 位呈现应力集中现象，且在使用中会出现“崩边”的 缺陷。金属包边结构见图11。如图所示，以"L"型截 面铝合金予以包边，不仅能起到装饰作用，而且可以 很好地缓解应力集中现象。
2）金属材料（如铝合金、不锈钢等）作为主要 结构部件的局部加强。以承载性较好、截面为矩形的 腿部构件为例，矩形截面腿部结构见图 12。用截面 尺寸小的矩形截面铝合金板作中间支撑件，两边覆以 较小截面尺寸的竹集成材，可以在一定程度上减少竹 集成材的使用，同时铝合金截面的外露可起到装饰 效果。
4.2 与木材相适应的构件设计
家具产品中常用到一些弯曲或弹性构件（如椅 背），而木质家具构件往往难以达到弹性效果。竹材 具有优异的弹性，可作为主要承载构件，上下表面覆 以装饰木材（通常为薄木），保持构件在使用过程中 的弹性，竹集成材与木材搭配结构见图 13。对一些 有特殊要求的构件（如床的排骨架），还可在构件制 造过程中给构件施加应力，使构件保持一定的形态， 制备成预应力构件。
4.3 与皮革及布艺材质的相适应性设计
科技发展使多种材料的搭配成为现实。例如市面 上常见的“皮包木”、“布包木”等，就是用皮革或布 包覆在木材表面。然而木材本身的物理力学性能决定 了此类构件的截面尺寸大小。竹集成材具有强度大的 优势。这一优势表现出其对木材的“替换性”，即在 达到同等力学性能的情况下，可以减小构件截面尺 寸，同时还符合 “节约用材”、“轻量化”的设计理念。 “皮（或布）包竹”的结构见图14。
1皮革或布 2竹集成材
图 14 “皮（或布）包竹”的结构
Fig.14 Diagram of leather （or cloth） covered bamboo structure
5 结语
虽然“以竹代木”在很大程度上缓解了木质资源 缺乏的问题，但是沿用木家具产品设计的法则，对竹 集成材家具进行设计显然是行不通的，因此，充分了 解竹集成材的基本特征，合理选用设计策略势在必 行。通过大量调研与前期研究发现，从物理力学性能 的角度分析，竹集成材具有强度大、尺寸稳定等基本 特征，因此，“轻量化”、“节约用材”的设计理念应 为竹集成材家具设计的指导思想。同时，其优异的尺 寸稳定性使竹集成材与其他材质的搭配设计成为可 能。从竹集成材表面性能与效果上分析，竹片经高温 炭化可呈现出不同的色彩，应充分运用色彩构成等设 计方法，以获得不同的视觉效果。
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