基于生物结构形态的仿生学在游艇造型设计中的应用研究用

　　摘要：本论文是以仿生设计的创新思维和方法为基点，以生物结构形态为依托，通过对仿生生物的结构形态分析和研究，结合材料学、形式美法则和游艇造型设计原理，找出与游艇造型设计的共通点和结合点，总结出最符合仿生形态，又满足产品结构的游艇设计方案。

　　关键词：生物结构形态；仿生学；游艇造型设计

　　中图分类号：U674文献标识码：A文章编号：1005-5312（2017）06-0143-01

　　一、游艇设计概述

　　游艇的设计可以分为形态设计、内室设计与结构设计。内室设计包括所有船体内部舱室布局、室内摆饰、装饰风格、色调、灯光等；由于本论文是对游艇造型设计的分析研究，所以在这里对内室设计将不做阐述。结构设计考虑的是在形态设计的基础上对结构处理与材料运用上面的优化设计。结构设计方法有以下几种：经典优化设计的数学规划方法、多目标模糊优化设计方法、基于可靠性的优化设计方法、智能型优化设计方法、船舶结构性能综合评估。形态设计包括船壳与船室的造型设计。

　　基于生物结构形态的仿生学应用于游艇造型设计中，可以使游艇造型设计与自然环境更为融合，也增加了游艇造型的趣味性，使它更加具有人情味和自然的动态美。同时也为游艇设计特别是造型设计提供指导，为设计师提供更为理性的仿生设计方法。

　　二、基于生物结构形态的仿生学在游艇造型设计中的研究

　　（一）游艇造型设计中的形态仿生

　　在工业产品造型设计上。许多产品是利用形态仿生的。比如英国知名游艇设计师AlexMcDiarmid设计的概念游艇，其设计灵感的来源跟航海没有一点关系，而是悉尼歌剧院的造型、折纸和汽车造型设计等。AlexMcDiarmid设计的100米豪华游艇“Penna”，这艘游艇市设计师观察了鸟类尾羽和飞羽的特征，经过创新完成了一个新的游艇轮廓。再比如Innespace公司研制出了很强大的仿真鲨鱼游艇，这款快艇命名为Seabreacher，长约5米，和真实的鲨鱼非常接近。船身设计有鲨鱼鳍、锯齿牙等象征大白鲨的设计，背部也有象征背鳍的设计。

　　形态仿生又可分为具象形态和抽象形态仿生。

　　1.具象形态仿生

　　具象形态是自然界生物形态，经过对眼睛的视觉神经产生刺激而产生的生理反应，它是一种感觉存在。具像仿生过程并不是对模仿对象的直接套用，而是从刺激产生到形态的运用都需要对模仿对象进行处理，但是在形态上会与生物原型比较接近。具象仿生设计的产品有很高的趣味性和可接受度，所以常被运用在玩具与日用品设计中。

　　例如：唇形沙发，仿的是嘴唇的上半部分与下半部分，分别作为椅子的靠背和座椅，从正面看就是人的嘴唇，色彩上选用了鲜红色，以达到更为仿真的效果；它是根据马莲·梦露的唇来设计的、是意大利后现代主义仿生设计的代表作。火红的嘴唇原型、雕塑般的质感，非常符合意大利人热情浪漫的性格。

　　2.抽象形态的仿生

　　抽象形态是在具象仿生的基础上更高层次的仿生设计，是高层次的思维活动和特殊的心理加工活动。它通过提取生物结构形态中最具代表性的特征，通过从对形态的“感知”到“认知”，然后进行外延性心理编码，得出该生物的心理形态，然后经过设计人员的工业化生产考虑，将心理形态抽象化直到符合具体的设计需求。

　　（二）游艇造型设计中的结构和材料的仿生

　　随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物，而且从生物奇特的结构和肌理中也得到不少启发。其中海洋动物，由于独特的形体结构、运动方式、形体几何参数、组织系统形态及皮肤构造肌理符合流体动力学的特征，常被用做汽车、飞机、游艇等仿生设计的模仿对象。如鱼类具有流线型轮廓，可以减少运动时水流对身体的阻力；它们的急转和起动速度无与伦比，且转弯空间不到身体长度的一半，且具有高速高效、高机动性、低噪声等优点而深受设计师青睐。

　　比如自然界中最常见的六角蜂窝，就是典型的可以利用的结构仿生原型，它由排列整齐的六棱柱构成，底部由菱形组成，其结构紧密、精妙合理，以最少最小的材料赢取最大的空间，材料少而小，但其空间可利用范围大，可以最大限度的节省构建材料。再比如人们模仿苍蝇的“复眼”结构制成了“蝇眼透镜”；根据鲨鱼鳞片的皮肤，泳衣制造商Speedo公司设计了一种新型连体游泳衣—“鲨鱼皮”泳衣；还有尼龙搭扣的设计，就是在自然界植物种子苍耳籽的粘黏性的启发下设计出来并且得到广泛的应用。

　　三、基于生物结构形态的仿生学在游艇造型设计中的应用

　　（一）游艇造型设计中的外形设计要素

　　游艇造型设计的外形设计不只是纯粹的表象美，而是在满足功能的前提下，合理的运用形式美的原理，将各种美的要素与游艇的使用功能相协调，才能设计出既符合游艇使用功能又满足人们美的享受。

　　此外，外形设计也包括游艇的工艺技术方面的设计，任何一件产品的完成都要有精湛的工艺和成熟的技术来支撑，通过技术手段来实现其使用功能和艺术造型。游艇虽然不是单纯的艺术品，但也给人艺术的感染力和休闲娱乐的享受功能，体现了技术与艺术的和谐美。

　　（二）游艇造型设计中的色彩设计要素

　　色彩是游艇造型给人的第一感性印象，它能直观的表达游艇的主题和风格，还能反映独特的地域文化和风土人情。合理的色彩设计可以提高船员的工作效率、保持最佳工作状态，也使游客有份轻松闲逸的心情。

　　游艇是水上运行的工具，其使用范围和船体空间都有限，存在一定的安全隐患。为了避免危险、警示人们、保障安全，应该在容易发生危险的船体位置和各安全通道使用安全色或警示标志提醒人们。外观上多采用富有运动感和整体性的色条来装饰，且不宜与舱室整体色调差异太大，要有一定的协调关系，可选用舱室主色调的补色。不同类型的游艇又有不用的色彩需求，如：高速快艇，要突出高速、运动、灵活的特征，色彩上采用鲜艳、明快的色调，如黄、红、白；休闲游艇以娱乐和休闲为主，外观上要讲究稳定性和安全性，色彩宜采用偏向中性的淺绿、浅黄和白色。此外，游艇水线区常被海水浸泡、冲刷和腐蚀，且易脏，所以常用深蓝、铁红色等深色防腐防锈的涂料。船底可用棕色、黑色或与水线区同一颜色。

　　（三）游艇造型设计中的材料要素

　　游艇材料关系到游艇性能、安全、人机、美学等多领域科学，要综合考虑各方面因素，通过对各种材料的特性和工艺分析，并严格遵循SOLAS（国际海上人命安全公约）和相关造船规范的要求来选用船舶材料，以保障船舶正常运行和人员生命财产安全。先进复合材料性能优异，既可大幅度减重结构材料，又兼有高耐腐蚀的特点，因此在游艇设计上有广泛的应用前景，应用的部位包括：船体、甲板、座舱结构、船舵等，制造过程中会大量采用RTM技术，特别是西曼复合材料树脂熔塑成型法，大规模整体成型，并多用夹层结构，芯材可用蜂窝或闭孔泡沫材料。

　　作者：谭亚庭等