公交車造型設計研究

導語：公交車造型設計研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:公交車作為城市公共設施的一部分，其車容車貌對城市形象的塑造及文化旅游宣傳都起著十分重要的作用，由此分析了影響公交車造型的主要因素及當前公交車“千車一面”狀況形成的原因，提出了結合文化仿生來打造公交車造型的概念，探討了仿生設計基于公交車造型的優劣勢。以成都市文化元素的收集和提取為例，通過問卷調查和分析模型最終篩選出大熊貓來代表成都市文化元素與公交車造型結合設計，通過對文化仿生基于公交車造型的設計流程的詳細闡述，旨在推進公交車造型的多元化發展，助力公交車運營的轉型升級與城市公共設施的打造。

關鍵詞：造型；城市文化；仿生；公交車；方箱型

公交車具有行駛速度慢，允許乘客站立，停靠頻繁等特性，其車型多為方箱型，前圍也以“平臉”、“方臉”居多。仿生設計主要指通過模擬某些形式及原理來設計出具有類似生物體某些特征的一種思維方法應用于工業設計領域實現了自然因素與技術要素的無縫結合[1-2]。當前，城市建筑的擴張和街道的延伸以及物質財富的增長[3]，并沒有阻止因缺少社會認同感而帶來的“冷漠”，這種現象含蓄地反映出城市公共空間人性化與人文關懷的缺失。公交車享有“城市名片”的美譽[4]，其造型和建筑、雕塑等一樣對城市環境起著重要作用。套路化的設計使當今公交車造型日趨雷同并與時代脫節，既無法滿足現代人的審美情趣，也無法與城市形象相符[5]。基于這種背景，本文提出以城市文化仿生來打造公交車造型的理念，旨在遵循技術標準與設計規范的前提下，為公交車造型設計提供更多可能性。

1影響公交車造型的關鍵性因素

1.1人機環境的影響。與長途客車不允許乘客站立相對，公交車專門為乘客設有站立區[6]，因而更需要寬敞的空間，從幾何學來看，長方體對內部空間的利用率遠勝其它幾何體，可容納更多乘客，因此和建筑設計一樣，公交車車身形態大多為長方體。其次，公交車車速一般不超過60km/h，可以忽略氣動阻力，因此不需要特別追求流線感，故其“前臉”多為大平方正。隨著時展，公交車造型也在不斷改變，比如在一些新能源公交車的前大燈之間已經看不到中網了，再如伴隨保險杠功能的弱化和向內收縮的趨勢[7]促成了公交車前、后圍可塑面積的增大。以上公交車造型的形成與改變都與人機環境有著難以分割的聯系。1.2骨架系統的影響。公交車隸屬客車的一種，其車架結構與轎車具有明顯不同，轎車多以沖壓件成型，車殼兼具承載與外裝飾兩部分功能，然而基于安全性考慮，客車一般都要在車殼（蒙皮）內部加設承載骨架。公交車的骨架系統不僅要承載整個車體的重量，同時還要承受來自地面的各種力和力矩的作用[8]。由于鈑金蒙皮是透過機械張拉工藝被延展固定于骨架表面[9]，所以骨架系統的宏觀布局對公交車的造型影響重大。長期以來，“方箱型”骨架已經形成了一套較為成熟的基于有限元模型的力學分析系統，但是近年來一些專家認為只要滿足力流動傳遞的連續性，骨架的成型方式也可以是多元的[10]。還有專家認為，骨架的藝術造型和工程技術應當在功能特性上得到充分融合，骨架系統的設計是多學科優化的結果，需要在不同學科之間達成一致性[11-12]。這些研究為骨架設計跳出“方箱型”框架形式提供了有力支撐，也為公交車造型提供了更多選擇方案。1.3制造成本和工藝水平的影響。由于公交車的骨架與蒙皮系統是分開的，按理說外部蒙皮可以獲得更大的造型自由度，然而大部分公交車依就“長得”方方正正，究其原因在于成本和工藝的限制。無論對于骨架還是外蒙皮系統，整體造型采用長方體的制造難度遠比其它形式要低。“方箱型”對于車體內外來說都有彎曲少、直線多的幾何特點，表現在對骨架方剛的焊接、外部蒙皮的張拉以及車身表面刮膩子都比曲面形態所需的成本和工藝難度低很多，這也是公交車大多為“方箱型”的一個關鍵性原因。1.4文化觀念的影響。二戰后，“國際主義風格”席卷全球，“少即是多”的工業設計理念深入人心，從這個時候開始，長方體也由于使用簡便確立了其在公交車造型中的統治地位。七十年代中期，后現代主義浪潮席卷歐美，開始對冷漠、機械、呆板、以及缺少裝飾的藝術風格進行批判，借打破功能主義觀念的束縛，強調先鋒性[13-14]來反對國際主義風格。這時出現了很多個性化的改裝汽車，人們以小眾設計來彰顯叛逆精神，力求打破理性主義基于交通工具的統治。正如列斐伏爾認為的那樣“藝術的價值在于它使人從理性主義的壓力和日常生活的規范中解脫出來，提供了消費社會的工具理性認識所缺乏的關于生命的意義和體驗”[15]。可見作為公共交通與社會生活的參與者，公交車造型必然會受到不同時期文化觀念的影響。

2基于公交車仿生造型的優劣勢分析

2.1優勢分析。2.1.1打破同質化瓶頸。伴隨技術交流與協同開發越來越緊密，很多客車廠的公交車都變得越來越雷同，“方箱型”公交車引發的“千車一面”的效應讓大眾化產生了嚴重的審美疲勞。從此角度上考慮，以城市文化元素仿生的手法為公交車造型融入新活力，能夠在一定程度上打破這種造型瓶頸。2.1.2提升情感化語義。形態語義學將方形結構視為對男性氣質和高度理性主義的隱喻[16]，由于“國際主義風格”傾向盡可能簡化的裝飾和依靠內部機構來規范外部形態，使得工業設計優先保證物理功能的高效運轉，其次才是與使用者之間情感交流。仿生設計的一個重要特點是通過對提煉元素的深入分析來反映背后隱藏的造型語義和內涵特征[17]。它不是對原型如出一轍的照搬，而是模仿并高于原型，比如當人們看到某種產品時，透過造型能夠感受到背后的情感。甲殼蟲就是一個典型例子，可愛別致的造型向人們間接展示了其適合女性操作，舒適型強，安全穩定等方面的優勢。2.1.3助推城市形象建設和旅游宣傳。當前，不少城市都十分重視城市形象的打造，城市形象需要透過視覺感知和文化符號來體現，文化符號則需要透過創意設計與傳播載體來表達[18]，作為市政基礎設施，公交車理應成為文化符號的載體。從這個角度來看，目前公交車的造型難以勝任城市形象建設和旅游環境打造的要求。因此提出以文化仿生來推進公交車與城市建設的聯系，不但可以使公交車成為更加符合城市形象宣傳的符號載體，還能為地方旅游業的發展增添更多的亮點。2.2劣勢分析。2.2.1工藝難度加大。一般產品造型大多以基本幾何體或組合體為基礎，如果想擁有不規則造型，制造難度都會加大。隨著數控加工和各種先進成型技術的不斷發展，能夠應用到公交車造型中的手段也變得越來越多。就方箱型公交車來說，其造型主要由大面積平整的張拉蒙皮組焊而成，即便有小局部的曲面形態，處理起來也很容易。相比之下，仿生形態包含的曲面量大、轉角多，為了保證精度只有先“化大為小”，后再以組焊鋼板或拼接玻璃鋼來獲得整體造型。因此對技術人員的生產經驗和效率都提出了更高要求，包括成型的準確度、工藝路線的選擇、誤差與膩子量的控制以及交工時間的保證等[19]問題。2.2.2成本增高。首先，工藝難度的增大必然會導致成本的增高。其次，要想在不降低生產效率的情況下保證公交車造型的質量，要么加大勞動強度，要么引進更多的人手和先進設備，無論哪一種手段，都會使研發成本大幅上升。2.3優劣勢比較及對策分析針對上述優劣勢分析，本文擬從三個方面提出對策。首先，在政策面上可以抓住公交車新能源化這一大趨勢，結合新能源公交車對傳統燃油公交車展開大換血之際，淘汰一批老舊的車型與骨架結系統。可以通過舉辦競賽活動來收集相關公交車造型方案，政府應當積極發揮牽頭作用，鼓勵企業對公交車大膽改良和創新，對于結合城市文化仿生的方案給予加分和補貼。其次，在工藝層面上可以對復雜形態進行適當簡化處理，文化仿生注重的是情感交流，重在傳“神”與意會，而非對實物形態的真實還原。比如為動物或器物賦予人格化的表情來拉近它們與人的距離，以高度概括和符號化的形式來展現其特點能夠給人以更加深刻的印象，同時也能有效控制成本和工藝難度。再者，要做好社會宣傳工作，對于結合城市文化仿生來打造公交車造型這一話題，多數市民和游客會感興趣，當然也有少數人不理解，因此要做好解釋工作。

3公交車城市文化仿生案例

3.1成都地區文化元素的收集和提取。收集的成都市及周邊文化元素以物質形態和非物質形態分為兩大類，如表1所示。3.2基于市民和游客熟悉度的篩選。針對以上收集的元素進行問卷調查，其中發放問卷150份，回收問卷139份，有效問卷119份，有效問卷率超過2/3強。問卷發放以成都市各大景區為主，對不同性別、年齡、職業的人群進行調查，具有一定程度的廣泛性。歸納后，成都市文化元素的熟悉度如圖1所示，排在前五位的是：武侯祠、大熊貓、金沙遺址、杜甫草堂、夫妻肺片。3.3基于仿生結合度與功能匹配度的篩選。根據上述分析得到5個熟悉度最高的文化元素，如圖2所示，將其與“仿生結合度”以及“功能匹配度”結合起來選出最終結合到公交車造型的文化元素。“仿生結合度”以每個文化元素的“H”來表示，即在圖中分別代表5個文化元素的環型臺越高表示由文化元素體現出來仿生形態越容易與公交車造型融合。“功能匹配度”以每個文化元素的“S”來表示，即在圖中分別代表5個文化元素的環型臺水平面的面積越大表示該文化元素配合公交車的功能設計越容易。對于“功能匹配度”而言，是由單元環型格組成，一個文化元素最多可以擁有五個單元環型格，每一個環型格代表公交車“五圍”中的一個圍合面（公交車底為圍無法做造型，所以去掉）。如果一個文化元素能夠融入公交車的某一個圍合面進行造型創意，那么它就擁有這個單元環型格，擁有的單元環型格越多代表文化元素的環型臺水平面的面積也就越大。因為圓環臺的體積有“V=SH”，所以通過觀察每個文化元素代表的圓環臺的體積大小可以概括地衡量出哪一個文化元素與公交車造型結合設計最容易。比如武侯祠、杜甫草堂可以選擇其中的建筑形態結合到公交車造型中，因此將其“仿生結合度”均設為“中”，從“功能匹配度”來看，古建筑的屋頂形態完全可以作為公交車的頂圍造型，而獨具特色的門窗等裝飾元素也可以融入左、右側圍，所以武侯祠與杜甫草堂的環型臺具有相同的“S”和“H”，因此體積相同，表示它們結合到公交車造型中的難易程度基本一致。對于環型臺體積最大的大熊貓和最小的夫妻肺片來說，前者身體形態可以看作是一個倒大圓角的長方體，與目前多數公交車采用的“方箱型”骨架結構具有較強的匹配性，因此基于“仿生結合度”設置為“高”，加上大熊貓身體上的各部位都能三維形態融入公交五個圍合面的造型中，因此其擁有的單元環型格也是最多，體積自然最大。就夫妻肺片來看，雖然可以被噴繪或以浮雕形式出現在左右側圍，但是由于其片狀形式，很難通過仿生以三維立體形態結融入公交車造型中，所以夫妻肺代表的環型臺高度為0，體積最小。通過以上分析，選擇擁有環型臺體積最大的大熊貓代表成都市文化元素與公交車造型相融合。

4設計方案表達

4.1方案草圖。大熊貓是我國國寶，雖然憨態可掬卻也擁有千姿百態，但并非所有姿態都適合與公交車結合。經分析，大熊貓睡姿、坐姿、仰姿等都難以與公交車基本車架結構相適應，而正常行走的姿態最容易匹配公交車骨架結構，故以大熊貓行走姿態為基礎設計的公交車方案如圖3所示。4.2方案定稿。圖3中的方案經專家對比評審后，確定以方案三為基礎進行CAD深化，效果如圖4所示，考慮到成本，車體內部還是以“方箱型”骨架結構為參照，不另行設計新的骨架系統，只是針對局部改進，外型預期在外蒙皮連接處盡量以大圓角代替小直角，力求接近大熊貓的身體形態，從而給人以親切、圓潤的視覺感受。相較于普通公交車“大平方正”的前臉，該方案的前圍弧度較大，向后彎曲呈斜面狀從而有利于阻力的減小。其中大熊貓眼睛位于前風窗玻璃之上，耳朵則位于前圍和頂圍的交界處，大熊貓后腦勺與前肢融合在一起以褐色涂裝延伸到整個車體前部1/5處，包括前乘客門的上半部。車身中段包括后乘客門及向后延伸的一部分以白色搭配簡單裝飾條的方式進行涂裝，到整個車身后部約2/5處涂裝由白色又轉為黑色并一直延伸將整個后圍包住，這種黑白搭配的交叉變化強化了大熊貓腹部和前、后肢的區別。從文化意象仿生的角度來看，該設計并沒針對公交車就大熊貓形態如傳統形象或符號[20]一模一樣地刻畫，而是通過解構、抽象、重組等系列動作將一個帶有卡通感的、并非完全寫實的大熊貓在相關技術標準的限制下較為完美地融入到公交車造型中。對于將大熊貓形態基于公交車造型再創造的過程中就做了不少“減法”處理，刪除了一些難以結合公交車功能部件設計的形態元素，如大熊貓的嘴巴、鼻子、胡子等則，而通過突出眼睛、耳朵及黑白交叉涂裝等內容來展現公交車中的大熊貓造型意象。這種“減法”手段也可以被看作是對仿生原型的提煉重構，即通過點睛之筆將大熊貓形象注入公交車造型中。4.3后續測試與迭代優化。通過CAD完成粗模后，可以進行油泥模型的制作并以此為基礎不斷改進，但是考慮到油泥模型制作周期長，上色效果難以做到像真車涂裝一樣光滑均勻，加上本方案拼接面與細節均較多，聘請專業油泥模型師費用高，故改換為銑削加工制作1：20的樹脂模型，如圖5所示。接下的工作來由川汽下屬野馬集團客車部車輛工程師根據樹脂模逆向創建CAS專業數模，同時展開工藝實施可行性及車體結構的力學和穩定性分析。根據專家意見，可制造性的關鍵在于壓低成本，就當前造型來看，可以針對當前方案減少倒角和圓弧面來壓低制造成本，特別是基于側圍和車身中段部分可以沿用大眾化公交車平直張拉的蒙皮形式，如此一來車架底盤連同骨架系統都可以從通用庫中直接調用方案再進行局部改進和優化。即是說從降低成本和制造難度的角度出發，方案三可以適當妥協朝著大眾化公交車的設計方向靠攏一些，將造型亮點集中于“前臉”和后圍，側圍、頂圍及相關外飾覆蓋件等則退回通用化設計方案。需要注意的是，對于前圍大熊貓頭部的塑造來說，專家建議采用玻璃鋼成型的方式，一是原料成本低，二是塑型不受限制，調整和修補起來容易，制作時可以先進行小塊糊制，固化脫模后再組裝到一起，最后用磨光機等工具打平曲面毛刺。根據項目組評估，該大熊貓造型公交車可以試運于成都市特色旅游景點路線，一方面為乘客提供更加優質的乘車服務，另一方面也能起到為城市形象代言和宣傳的作用。由于該公交車擬采用純電動的驅動方式，即便小批量試制也能得到國家新能源政策相關補助，目前本項目已由川汽野馬申請5項外觀專利和3項實用新型專利，同時申請了成都市“加強創新能力建設”、“推動創新成果產業化”、“規模企業上臺階獎勵”、“企業間協作配套獎勵”、“基礎制造裝備配套支持”、“采購工業設計服務補助”等政府補助。

5結束語

近年來，公共基礎設施的打造對城市整體形象的塑造起著越來越重要的作用，有“城市名片”之稱的公交車造型自然會對城市交通及景觀環境產生一定的影響。另外隨著城市軌道交通的迅猛發展也給公交車造成了巨大得的運營壓力。面對這種情勢，本文提出了以城市文化仿生為基礎來創新公交車造型，力求通過差異化的設計來助力公交車的轉型發展，文中深入地分析了影響公交車造型的關鍵因素和基于仿生設計的優劣勢，最后通過對成都市文化元素的提取給出了一套較為完整的文化仿生公交車造型案例。

作者:張鈺糧 劉洋 單位:1.成都大學 2.四川汽車工業集團