宋佳珈　張弛

摘要：由于人口與消費的不斷增長，導(dǎo)致材料的消耗量與日俱增，同時伴隨著傳統(tǒng)化石能源的緊缺與枯竭問題。在發(fā)展、增長與資源枯竭的矛盾中，人們開始轉(zhuǎn)變材料的使用方式，探索材料使用的新模式與方式，其中包括尋找新型材料和替代性材料。從垃圾成為原材料、自然資產(chǎn)與微生物的潛能、科技發(fā)展與生態(tài)材料三個方面進(jìn)行舉例分析并討論基于生態(tài)材料的產(chǎn)品設(shè)計方法和流程。獲得生態(tài)材料的產(chǎn)品設(shè)計的研究現(xiàn)狀及方法。為可持續(xù)生態(tài)產(chǎn)品的設(shè)計提供一種基于材料的創(chuàng)新設(shè)計思路，引導(dǎo)設(shè)計師們在面對復(fù)雜的自然生態(tài)與社會問題時，進(jìn)行反思，并為生態(tài)可持續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：生態(tài)材料?產(chǎn)品設(shè)計?可持續(xù)發(fā)展?社會創(chuàng)新

中圖分類號：TU986

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）05-0076-03

Abstract：The constant increase of population and consumption，the consumption of?materials is growing as well.At the same time，the exhaustion of traditional fossil fuels?is aggravating.In the contradiction between development and resource depletion，people began to explore new ways of using materials，including new materials?and alternatives.examples on the following three issues will be given and?discussed：garbage s conversion into raw material，the potential of natural resource and?micro creature，and scientific development and ecological materials.This paper has?raised the research status and methods of ecological material product design.this paper has provided an innovative design idea based on materials，for the design of?sustainable ecological products.This idea can be a reference to designers on how to?design environmentally sustainable products under complicated natural and social circumstances.

Keywords：Bio material Product Design Sustainable development Social innovation

引言

人類發(fā)展的歷史和材料發(fā)展的歷史關(guān)系密不可分。材料是人類可以使用并制作有用的構(gòu)件、器件或物品的物質(zhì)。材料的發(fā)展標(biāo)志著社會的進(jìn)步，比如石器首次進(jìn)入人類歷史并被廣泛使用的時期被稱為“石器時代”，相似的還有“青銅時代”和“鐵器時代”等。可以說，人類發(fā)展的過程中伴隨著對材料的認(rèn)識、制造和使用”[1]。

在第一次工業(yè)革命以來的兩百多年中，人類創(chuàng)造了前人無法想象的物質(zhì)世界的輝煌，快速發(fā)展的代價是地球上的資源大肆被消耗。自20世紀(jì)50年代起，塑料材質(zhì)被廣泛應(yīng)用，人造和合成材料在產(chǎn)品領(lǐng)域中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。1972年一項令人絕望的美國研究預(yù)測，地球上的食物和資源被最終被人類耗盡，并將在2050年左右變得無法生存。人類社會快速發(fā)展以也打破了地球上原本完美的生態(tài)系統(tǒng)為代價，科技、發(fā)展的速度之快超過了我們的想象，甚至已經(jīng)漸漸露出失控之態(tài)。人類對材料的開發(fā)與使用如同一把雙刃劍，幫助我們走向繁榮，也將會有可能使我們走向毀滅。

但這并不意味著我們無藥可救了。冰島政府在1973年國內(nèi)爆發(fā)石油危機(jī)之后就看到了這一危機(jī)，并開始采取相應(yīng)的舉措。目前33萬人口的冰島，87%的能源是可再生的，其中，69%為地?zé)崮埽?8%為水電能，石油能源則占11%，煤炭僅占2%。[2]冰島人在將近半個世紀(jì)之前的憂慮，如今成為全世界能源材料過渡主，義者們的關(guān)切。近些年以來，許多應(yīng)對材料危機(jī)的方案在全球各地涌現(xiàn)，這些革命性的舉措正是人類持續(xù)發(fā)展的希望。

一、重新思考材料的可持續(xù)性

人們往往在劫難之后開始進(jìn)行反思。包豪斯出現(xiàn)在一戰(zhàn)之后。那時，物質(zhì)條件匱乏，包豪斯的設(shè)計先驅(qū)們?yōu)楸ＷC產(chǎn)品的基本使用功能、提高生產(chǎn)效率，以提供并生產(chǎn)大多數(shù)人生活的基本產(chǎn)品，做出了去除裝飾化的選擇。今天，我們開始從材料這一產(chǎn)品造物基礎(chǔ)的角度反思如何從根本上實現(xiàn)設(shè)計的可持續(xù)性？關(guān)于可持續(xù)性，人們普遍接受的定義是布倫特蘭委員會1987年提出的：可持續(xù)使用和發(fā)展是指既滿足當(dāng)代人的需求，又不損害后代人滿足自身需求的能力。簡而言之，可持續(xù)性就是指：當(dāng)下不要做有損未來的事情。唯物辯證法告訴我們，事物之間普遍存在聯(lián)系。因此，這在進(jìn)行有效設(shè)計時我們必須充分考慮這些聯(lián)系并且將充分利用這些聯(lián)系[3]。

因此，在進(jìn)入21世紀(jì)之后，生態(tài)材料成為材料科學(xué)中重要的研究方向。而這里的生態(tài)材料，不僅指自然界原來就有的并且基本不加工就可直接使用的材料，同時，近年來，生態(tài)材料被認(rèn)為是人類保護(hù)生存環(huán)境，實現(xiàn)材料工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，成為當(dāng)前國內(nèi)外多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域的新熱點。

（一）當(dāng)垃圾成為原材料

生態(tài)學(xué)家和環(huán)保主義者總是勸說我們要減少消耗和使用。然而，我們希望獲得一種完整的綜合性的方法，通過產(chǎn)品創(chuàng)新和系統(tǒng)設(shè)計，可以在不改變現(xiàn)有生活方式的前提下，獲得解決方案。路徑之一是從回收的廢物與垃圾中獲得新材料。除了環(huán)境效益之外，這些創(chuàng)新也標(biāo)志著我們與材料的關(guān)系發(fā)生了轉(zhuǎn)變，即從單一的線性 廢品丟棄模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄芷谛缘摹⒖沙掷m(xù)循環(huán)的模式。傳統(tǒng)的原料有限且價格相對昂貴，而廢物與垃圾則是豐富且廉價的。設(shè)計師、品牌方和制造商紛紛將將注意力轉(zhuǎn)向了我們家庭的垃圾和工業(yè)廢料，研究如何從工業(yè)、生活廢物和垃圾場中收集替代性的產(chǎn)品原料，并將他們創(chuàng)新轉(zhuǎn)變?yōu)樾略稀＿@一舉措正引領(lǐng)我們邁向未來，“浪費應(yīng)該根本不存在，浪費是一種資源”[4]。

同時，設(shè)計師和科學(xué)家們開始跨學(xué)科合作，重新評估排泄物和生物垃圾，改造投入低而價值大的材料。他們不僅試圖使用這部分材料創(chuàng)造功能性產(chǎn)品，還能希望將其轉(zhuǎn)換為能源。排泄物就是最好的例子。在米蘭的糞便博物館中，我們可以看到沼氣池、從排泄物中提取制成的生物紡織品、甚至是用此材料制作的建筑用磚。采用一些創(chuàng)新的方式來使用排泄物這種完全可再生的原材料其優(yōu)勢顯而易見，即便是廢棄之后也還可以直接被投放至土壤之間，增加土壤中的養(yǎng)分。又如英國設(shè)計團(tuán)隊Swine的設(shè)計作品（如圖1）“海洋之椅”（Sea Chair），將出海捕撈中獲得的塑料垃圾通過簡單的熱熔與海水冷卻的加工辦法，獲得到了一把再生的家居產(chǎn)品。諸如此類的廢舊材料再設(shè)計的創(chuàng)新案例還有很多。

（二）自然資產(chǎn)與微生物的潛能

當(dāng)前，人們追求更好的產(chǎn)品品質(zhì)和更健康的產(chǎn)品，天然材料和有機(jī)材料再次成為“奢侈”設(shè)計的組成部分，并且成為品質(zhì)優(yōu)良的標(biāo)志。設(shè)計師和制造商們也正在重新審視地球上曾經(jīng)被遺忘的自然資產(chǎn)，并重新評估普遍存在的原材料，如海帶、藻類、菌群和微生物的價值，以此開發(fā)新型有機(jī)材料。在一項來自“WeiBensee Kunsthochshcule Berlin”（柏林設(shè)計藝術(shù)學(xué)院）的設(shè)計研究中，（如圖2）“Baumpliz”（樹菌）利用切片、打碎重組等產(chǎn)品加工技術(shù)手段最終在樹菌中得到可代替皮革的天然材料。（如圖3）“MYCELIUM+TIMBER”則是來自英國創(chuàng)新設(shè)計師Sebastian Cox的研究，她模仿自然界蘑菇菌絲的生長方式，培育菌群使其在碎木屑中生長，一周就可得到一塊比木頭硬度還強(qiáng)的天然材料。

為了更好地平衡能源與材料的關(guān)系，許多設(shè)計師不再創(chuàng)造新的材料產(chǎn)業(yè)，轉(zhuǎn)而在現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)和耕作上下功夫，他們正在努力使現(xiàn)有的系統(tǒng)，這一系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和健全。由此，設(shè)計師們邁向了未來的循環(huán)農(nóng)業(yè)、零浪費和100%資源優(yōu)化的產(chǎn)業(yè)中，他們可以參與構(gòu)建一個與自然生態(tài)和諧共處的創(chuàng)新材料系統(tǒng)，并建立生態(tài)與材料的共生關(guān)系，而不是寄生關(guān)系。

（三）科技發(fā)展與生態(tài)材料

在人類第一次工業(yè)革命當(dāng)中，水和蒸汽動力推行制造技術(shù)的發(fā)展;第二次工業(yè)革命則是大規(guī)模的電力技術(shù);第三次工業(yè)革命是使用信息技術(shù)實現(xiàn)自動化的過程;現(xiàn)在我們正處于工業(yè)的第四次革命當(dāng)中，新老技術(shù)的融合與迭代，模糊了物理、數(shù)字、生物技術(shù)和設(shè)計之間的界限。新興技術(shù)包括：人工智能、納米技術(shù)、生物材料和基因工程等，眾多交叉學(xué)科和新興學(xué)科在其中孕育而生。正如歷史學(xué)家弗雷德里·梯加特（Frederic?Teggart）所說，“人類所取得的偉大進(jìn)步不僅來自各種完全不同觀念的聚集，還得益于某種類型活動的出現(xiàn)，這些智力活動來自不同體系之間的對立斗爭”。設(shè)計師也參與其中，并成為連接各學(xué)科的紐帶。（如圖4）“BioLogic”是來自麻省理工媒體實驗室（MIT Media Lab）的最新研究成果。這項研究利用“納豆枯草芽孢桿菌”制作而成的特殊面料，是一款環(huán)境相應(yīng)型面料，可以感知周圍的濕度、溫度變化，進(jìn)而做出自我形變和調(diào)節(jié)，就像是變色龍和含羞草一樣。我們可以想象一下，未來的建筑和服裝可以通過調(diào)節(jié)形態(tài)而節(jié)省整體能源的消耗。

這些新的技術(shù)已經(jīng)從實驗室中逐步向現(xiàn)在的工業(yè)世界滲透，同時，在數(shù)字制造的工具領(lǐng)域中取得了巨大的進(jìn)步。越來越多的數(shù)字建造技術(shù)（如3D打印等）開始走近我們的日常生活，以個人工作室和家庭為單位的制造場所，正在改變傳統(tǒng)的制造與分銷方式。設(shè)計師、科學(xué)家、藝術(shù)家、制造商們集結(jié)并利用群體的智慧來解決當(dāng)下的社會問題，重新回歸設(shè)計在包豪斯時期的使命與角色，即“Design with the people”，并正在使用新材料和新制造方式來推動社會創(chuàng)新。[5]

二、生態(tài)材料與產(chǎn)品設(shè)計

（一）生態(tài)材料的概念

東京大學(xué)的山本良一教授長期致力于材料與環(huán)境之間的關(guān)系。他在1992年首次提出了生態(tài)材料（Ecomaterials）的概念，并指出生態(tài)材料是指“那些具有較低環(huán)境負(fù)荷和較大再生率的材料?！盵6]生態(tài)材料被定義為在整個生命周期中促進(jìn)環(huán)境改善的材料，同時對環(huán)境負(fù)責(zé)任。生態(tài)材料在材料科學(xué)和技術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，以最大限度減少對環(huán)境的影響，提高材料的可回收性、提高能源和材料效率為主要目標(biāo)。在北美和歐洲，這種材料通常被稱為“環(huán)保友好材料”（environmentally-friendly materials）或“環(huán)保材料”（environmentally preferable materials）。生態(tài)材料本身不是一種新材料，但隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)下符合生態(tài)材料定義的新材料與使用這類新材料進(jìn)行的產(chǎn)品設(shè)計作品越來越多。生態(tài)材料與傳統(tǒng)材料的不同之處在于，它賦予了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料或功能材料以優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性以及凈化、修復(fù)等功能。由此可見，生態(tài)材料具有三個明顯的特征：1.良好的使用性能;2.具有較高的資源利用率;3.對生態(tài)環(huán)境無副作用或?qū)Νh(huán)境影響甚小。[7]

生態(tài)材料與基于生態(tài)材料的產(chǎn)品設(shè)計對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要戰(zhàn)略意義，同時也是目前世界各國紛紛不斷嘗試的一種可持續(xù)發(fā)展的策略之一。

（二）基于生態(tài)材料的產(chǎn)品設(shè)計

基于生態(tài)材料的產(chǎn)品設(shè)計是將生態(tài)和設(shè)計的有機(jī)統(tǒng)一。通過生態(tài)材料的輸入，遵循共贏與多樣性的設(shè)計原則，產(chǎn)出對人類生存環(huán)境無害的設(shè)計，或者是可以減少或降低對環(huán)境影響的設(shè)計。這類設(shè)計最終將改變大眾的生產(chǎn)和消費模式，最大限度地提高資源利用率，盡量減少或防止垃圾的產(chǎn)生，實現(xiàn)有效保護(hù)環(huán)境和人類生命健康的目標(biāo)?；谏鷳B(tài)材料的產(chǎn)品設(shè)計除了需要遵循產(chǎn)品設(shè)計的基本原則之外，還要遵循以下兩種生態(tài)的產(chǎn)品設(shè)計原則。

1.共贏原則。共贏是指人類賴以生存的自然生態(tài)環(huán)境與滿足人類生活及日常使用的需求兩方面兼顧。共贏的設(shè)計原則即在設(shè)計方案階段不斷平衡兩者的關(guān)系，最終得出雙贏的設(shè)計結(jié)果。這也符合可持續(xù)發(fā)展的根本理念，即在不斷提高人們生活質(zhì)量的同時，達(dá)到逐漸減少消耗能源的目的。

2.多樣性原則。多樣性的原則，既是自然生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行的原則，也是生態(tài)產(chǎn)品設(shè)計的原則。多樣性是一種彈性策略，因為它允許采用多種解決方案和方式，解決同一挑戰(zhàn)或是對同一挑戰(zhàn)做出回應(yīng)。一個多樣化的社會抵御自然災(zāi)害、惡劣的生長期、經(jīng)濟(jì)困境或文化危機(jī)的能力都會更強(qiáng)。在解決滿足一種人類需求時，采用多途徑、多解決方案的策略，能夠避免產(chǎn)生對某種材料或能源的過分依賴。

基于生態(tài)材料的產(chǎn)品設(shè)計是可持續(xù)產(chǎn)品設(shè)計的一種方式和策略。設(shè)計原則也要遵循自然的運(yùn)行方式，需要倚重生態(tài)學(xué)和材料學(xué)理論來分析系統(tǒng)內(nèi)部各元素的特性與潛在關(guān)聯(lián)，并將他們轉(zhuǎn)為實際可以應(yīng)用的準(zhǔn)則。如在生態(tài)產(chǎn)品設(shè)計中，每一個環(huán)節(jié)存在的目的都是要對整個生態(tài)系統(tǒng)作出貢獻(xiàn)，生態(tài)產(chǎn)品中的每個設(shè)計元素或者環(huán)節(jié)，都從需求、材料、加工、產(chǎn)出、使用、廢棄等方面進(jìn)行仔細(xì)分析。如制造與塑料具有同種性能的材料，石油化工原料并不是唯一的方案。英國設(shè)計師Suzanne Lee（如圖5）早在十年前就從紅茶發(fā)酵的菌群中培育出來的生物材料，并可用于服裝服飾產(chǎn)品設(shè)計;最近有關(guān)于使用食用淀粉、糖漿、甘油等材料混合出一個Bio Plastic（有機(jī)塑料），且硬度和韌性都絲毫不比塑料遜色;（如圖6）柏林設(shè)計師Juni Sun Neyenhuys，多年來對海藻和海帶進(jìn)行的設(shè)計與研究，不但可以從中提取海藻中的色素用于印染，也可以通過簡單的干燥、模塊化插接結(jié)構(gòu)的設(shè)計加工，得到一種代替人工合成橡膠材料的代替品，并具有PVC、人工合成橡膠等材料相同的材料特性。

在基于生態(tài)材料的產(chǎn)品設(shè)計中，我們看到了產(chǎn)品的可持續(xù)性，產(chǎn)品輸出時滿足可減少、無害和節(jié)能三大特點，最終達(dá)成最大限度的提高資源利用率以及盡量減少或防治垃圾的產(chǎn)生，實現(xiàn)有效保護(hù)環(huán)境和人類生命健康的目標(biāo)的產(chǎn)品設(shè)計。整體流程正如（如圖7）所示，生態(tài)材料在輸入階段遵循共贏和多樣性的設(shè)計原則，產(chǎn)生具有減少、無害和節(jié)能三大特點的產(chǎn)品。生態(tài)材料研究不僅僅是關(guān)于造物基礎(chǔ)材料的單純探討與嘗試，更是踐行了產(chǎn)品從“搖籃到搖籃”的設(shè)計原則。一方面需 要關(guān)注新型可持續(xù)材料的原料來源，另一方面則需要關(guān)注材料在產(chǎn)品制造過程和產(chǎn)品生命周期結(jié)束后的可持續(xù)性。

總結(jié)

共贏與多樣性也是大自然運(yùn)行的關(guān)鍵原則。該原則不僅適用于設(shè)計領(lǐng)域，同樣適用于能源、經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。能源的多樣性，不僅保證了我們生活的基本需求，也給我們提供了更多的選擇。正如維克多·帕帕奈克所說，“主要的挑戰(zhàn)已經(jīng)不再是商品的生產(chǎn)。而是說，必須要做出選擇，處理多好？而不是多少的問題?！盵8]因此，我們需要重新思考設(shè)計與社會的關(guān)系。我們正處于材料革命發(fā)生的邊緣，這可能有助重新平衡人類與地球的關(guān)系，并重塑社會。在可預(yù)見的未來，我們必然會找到一種更好的、更智能的、更具有周期性的方法，取代目前線性的“制造-丟棄”產(chǎn)品關(guān)系。生態(tài)的、可持續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計既離不開生態(tài)材料的設(shè)計，也離不開跨學(xué)科的合作，同時還堅持共贏與多樣性的設(shè)計原則。系統(tǒng)研究和深入探索可持續(xù)材料在產(chǎn)品設(shè)計中的運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)遵循森林生產(chǎn)的方式，倚重生態(tài)學(xué)、材料學(xué)理論和新技術(shù)等交叉學(xué)科研究方法，分析可持續(xù)產(chǎn)品設(shè)計的系統(tǒng)內(nèi)部各元素間的特性與潛在關(guān)聯(lián)，從需求、產(chǎn)出、特性等方面對可持續(xù)材料的各個產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)且全面的分析，并將其轉(zhuǎn)為實際且可以應(yīng)用的可持續(xù)材料設(shè)計準(zhǔn)則，將產(chǎn)品設(shè)計中的可持續(xù)材料研究方法融入在可持續(xù)評估標(biāo)準(zhǔn)體系中，產(chǎn)出真正行之有效的方法論與研究模型。

基金項目：北京市創(chuàng)新團(tuán)隊IDHT20180511項目;北京服裝學(xué)院高水平教師隊伍建設(shè)新進(jìn)青年教師啟動計劃BIFTXJ201804項目。

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