库卡波罗座椅设计思想及其参数化应用研究

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库卡波罗是芬兰设计发展的关键性人物,是功能主义设计大师,是继阿尔托和塔佩瓦拉后的芬兰家具设计宗师。21世纪以来他对芬兰设计有着深远影响。他是人机工程学在座椅设计上运用的先驱。他设计的座椅以舒适性著称,且形成了一个完整体系。历经超过40年的市场检验,这些设计至今仍有大量款式在售。库卡波罗的座椅设计思想具有很高的参考价值。相关的现有研究已经形成比较完整的系统,但在座椅体系的发展脉络和功能主义定位上还有待完善。库卡波罗座椅设计上显现出的参数化特征和蕴含的参数化思维还未有研究涉及。本研究对现有的库卡波罗座椅设计思想研究进行了一定补充,以参数化的方法分析了库卡波罗座椅的人机关系特点,形成了参数化二维弯曲与三维弯曲的座椅形态成型方法,形成了相应的风格调整方法。这对座椅设计而言具有一定的参考和实用价值。主要内容如下:(1)以时间、形态特征和成型方法为线索,结合现有资料,将库卡波罗座椅设计的发展分为萌发、探索、系统成型三个阶段。将发展脉络分为了二维弯曲和三维弯曲两大分支。在对比分析中指出库卡波罗的功能主义更接近芬兰功能主义中的“改善功能”路径。他以人体舒适性为目的的设计完善后可为以座椅形式多样性为目的的设计提供基础。库卡波罗的座椅设计和多功能人机工程学座椅相比,倾向于让座椅以更简洁的方式针对不同的使用场景发挥作用。库卡波罗座椅与中国传统座椅存在契合,同时库卡波罗座椅具有较高的风格适应性。(2)结合依据库卡波罗座椅设计需求在Grasshopper平台建立的人体模型和世界各国男女身高数据,对泊莱诺、丰思奥、思卡思的三把椅子进行了人机兼容性分析,发现他们都能满足身高1500mm至1900mm的兼容,但各有所偏重。其中思卡思的兼容程度更高。模拟腰椎间盘在不同座椅形态影响下的受压情况,对椎间盘体积变化,以及椎间盘上接触面受压情况转化而来的偏转和旋转数据进行对比,发现靠背贴合腰椎对腰椎间盘的受压均衡和稳定有明显帮助,对上接触面的转动也有抑制作用。建议在考虑座椅靠背对腰椎间盘的影响时,在座椅满足基本设计目的以及使人体处于放松姿势的前提下,尽量使靠背形态贴合腰椎,同时考虑选择更大的后仰角度。此结果支持了库卡波罗以座椅形态贴合人体的思路。(3)参数化重构了库卡波罗人机测试模型并延展了其功能。以设计办公椅和休闲椅为例进行实际设计。根据每一位受试者的数据快速生成了针对性的座椅形态。排除异常项后以计算均值的方法获得了工作椅和休闲椅的参数。工作椅的腰部、背部、肩颈部的后仰角度为7.0°、15.3°、3.1°;休闲椅的相关后仰角度为18.4°、26.8°、5.8°。数据形成的工作椅和休闲椅的叠影大部分集中于厚度<30mm的区域,此数值可作为软垫厚度的参考。以“线弧单元”的多次自我嵌套描述了二维弯曲的各种情况。完成了泊莱诺椅、丰思奥椅、思卡思系列和丰托思系列的坐部参数设置。这些椅子代表了库卡波罗座椅设计的二维弯曲脉络,说明该参数化模型可充分描述库卡波罗座椅的二维弯曲形态。(4)以贴合面向被贴合面移动的方式获得三维弯曲座椅形态。贴合面的局部受到被贴合面的阻挡,最后形成所需形态。对不同贴合程度的靠背进行了与人体模型接触界面的压力分布有限元分析。发现在实验测试的范围内,贴合度越高,对应部位的舒适性越好。就整体设计而言,可以考虑使用预设单元格边长为60时的贴合曲面为进一步设计的基础。根据建模的实际问题,形成了浅贴合和深贴合两种方法。深贴合过程会在每次浅贴合后进行四边形重建,可解决浅贴合过程中贴合面突破被贴合面的问题。浅贴合的迭代次数和深贴合的贴合次数可影响贴合深度。以此为基础可完成类卡路赛利椅造型的建模。(5)以单向排列、切割、四边形重建、内部单元排布四种基础造型方式影响座椅造型,并分析每种影响的具体特征。发现每种方式都有某个因数可对输出风格影响较大。参数化方法生成的座椅层层嵌套的特性导致大风格下有若干小风格,小风格下还可以有子风格。对不同层级的风格调整可产生不同程度的风格影响。在以单元图案影响设计结果的尝试中,单元图案由5点连接成线再对称而成。9个设计结果由三种连线方法和末端点的三种设置的排列组合而来。结果发现了四个偏向人们固有认知的风格。说明单元排布方式可能可以成为探讨这些固有风格的方法。本文以参数化设计为主要方法和切入点对库卡波罗座椅设计展开研究,以其功能主义思想为指导,其发展的主脉络为线索,基于其人机特点,重构并延展了库卡波罗人机测试方法,形成了二维弯曲座椅造型模块、三维弯曲座椅造型模块和风格调整模块,组成了一套参数化库卡波罗座椅设计方法。
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