文/邱松 （清華大學 美術學院）

設計之樹

伴隨著科技快速發(fā)展和社會不斷進步，“設計學”的內涵和外延也在悄然發(fā)生變化。作為設計基礎研究學科，“設計形態(tài)學”理應與時俱進，與設計學保持同步發(fā)展，共同迎接未來新挑戰(zhàn)。在客觀世界中，知識的總量是固定的（人類探明、了解的知識只是很小一部分），不同學科都會根據自身需求去圈定相應的知識領域，確定其學科范圍。然而，在當今創(chuàng)新意識驅動下，眾多學科都在不斷調整、拓展，并相互融合，學科邊界已逐漸模糊。因此，針對新學科，確立學科的核心理念和發(fā)展目標，建構完整、科學的理論體系和方法論是至關重要的。

設計形態(tài)學-造型-設計應用

設計載體-設計過程-設計需求

非常巧合的是，“形態(tài)”不僅是“設計形態(tài)學”研究的主體，同時也是其它學科的重要研究對象，據統(tǒng)計約60%學科或專業(yè)研究都與“形態(tài)”相關。這也意味著，“設計形態(tài)學”只需通過“形態(tài)”這一平臺，就能順利與大多數學科進行交叉或對接，從而實現(xiàn)跨學科研究與融合。毫無疑問，這對“設計形態(tài)學”來說是非常利好的事情，然而也更需要該學科能盡快確立自己的研究核心與邊界。那么，“設計形態(tài)學” 的研究內容都包括哪些，其核心理念和最終目標是什么呢？

一、“設計形態(tài)學”的定義和研究范圍

“設計形態(tài)學”是專門針對設計領域“形態(tài)學”研究的學科。其內容主要是圍繞形態(tài)的“現(xiàn)象-規(guī)律-原理”進行的實驗性研究（探索與實證），涉及的范圍既包含形態(tài)固有的功能、原理、結構、材料及工藝等“科學知識”，也囊括形態(tài)承載的視覺、知覺、心理、情感、習俗等“人文知識”。它以形態(tài)研究為基礎，通過“造型”這一載體將諸多相關知識整合起來，運用“設計思維與方法”系統(tǒng)、科學地進行形態(tài)研究、創(chuàng)新與設計應用。“設計形態(tài)學”也是“設計學”重要的學術研究平臺，它不僅關注以“造型”為核心的設計基礎研究，也十分重視基于“造型”研究成果上的設計應用研究。此外，“設計形態(tài)學”還十分注重造型的過程研究，強調在過程中認識和理解材料、結構及工藝對造型的影響和制約，系統(tǒng)學習和掌握相關的理論知識和技能，并將“設計思維與方法”貫穿于整個研究過程中。通過該過程的研究與實踐，既是對設計方法的靈活運用和檢驗，也是對生產方式的深入理解和認識?；谒季S與實踐并行的“設計形態(tài)學”研究，不僅有利于設計學的理論研究水平提升，更能為設計者提供源源不斷的創(chuàng)新源泉，并為原創(chuàng)設計奠定堅實的基礎。

通過近十年的探索、研究和反復驗證，我們在“設計形態(tài)學”的研究過程中，逐漸形成了自己獨特的思維方法和研究模式，并較完善地總結出了適宜于“設計形態(tài)學”研究與應用的“方法論”。該方法論與傳統(tǒng)的設計方法論有較大差異，它不是從目標用戶的“需求”或“問題”著手的，而是始于典型對象（原形態(tài)）的探索研究。通過對“原形態(tài)”的探索、求證，發(fā)現(xiàn)其內在規(guī)律，再經過反思、印證揭示其形態(tài)的“本源”。這一研究過程與理工科的研究模式十分接近，它是“設計形態(tài)學”研究的歸納過程，也是產生研究成果的重要環(huán)節(jié)，我們把它稱之為“設計研究過程”。接下來，在“形態(tài)本源”（研究成果）的基礎上經過啟發(fā)和引導，進行設計的發(fā)散、衍生、優(yōu)化和評估（創(chuàng)意和發(fā)展），最終創(chuàng)造出能夠很好服務于人類的原創(chuàng)設計（新形態(tài)）。而這一過程則是理工科不太熟悉的，它是“設計形態(tài)學”研究的演繹過程，我們把它稱之為“設計創(chuàng)新過程”。該設計創(chuàng)新模式與傳統(tǒng)設計創(chuàng)新模式不同之處在于：“設計形態(tài)學”所倡導設計創(chuàng)新依托的是其“研究成果”（形態(tài)本源），進而通過聯(lián)想與創(chuàng)新來找到最佳的“設計機會”并予以應用，而傳統(tǒng)設計創(chuàng)新則是依托用戶調研所獲得的“信息和數據”，然后有針對性地進行設計創(chuàng)新，服務于用戶。兩種設計創(chuàng)新模式不是對立的，而是互補的關系。因此，設計形態(tài)學研究與應用的“方法論”由兩部分構成：設計研究過程和設計應用過程，兩者缺一不可。

這些年來,課題組圍繞“設計形態(tài)學”展開了多種形式的學術研究和教學實踐,并取得了可喜的研究成果,有力地促進了“設計形態(tài)學”的建設與發(fā)展。盡管“設計形態(tài)學”還未形成完整的理論體系,研究內容和范圍也在探索之中。但是,基于對國際設計研究前沿成果的了解,以及設計同行和其它學科專家對該研究方向的肯定和期望,相信“設計形態(tài)學”會成為設計學與多學科交叉的重要研究方向。在“設計形態(tài)學”的引領下,研究工作的重心也在由“已知形態(tài)”的研究逐漸轉向“未知形態(tài)”的探索,設計應用也由關注“當下設計”,轉向聚焦“未來設計”。令人欣慰的是,在大家的共同努力下,已完成了眾多具有前瞻性的設計課題,并屢獲大獎。特別是根據當今的科技發(fā)展趨勢，在“第一自然”(以“自然形態(tài)”為核心)和“第二自然”(以“人造形態(tài)”為核心)的基礎上，我們率先提出了以“智慧形態(tài)”為核心的“第三自然”概念,并得到了國內外專家和學者的認同。“第三自然”不僅為“設計形態(tài)學”勾畫出了未來的研究領域,還為其梳理出了未來的發(fā)展方向。

設計形態(tài)學方法論-1

設計形態(tài)學方法論-2

二、“設計形態(tài)學”與“第一自然”

“第一自然”是指我們非常熟悉，但未被人類改造的天然生態(tài)系統(tǒng)，俗稱大自然。該系統(tǒng)以“自然形態(tài)”為主體，借助其內在的生態(tài)、生命之規(guī)律，周而復始地運行、調配和繁衍生息。“自然形態(tài)”不僅種類繁多，而且構成也十分復雜。為了便與研究，通常會把它分為兩類：有生命自然形態(tài)（生物形態(tài)）和無生命自然形態(tài)（非生物形態(tài)）。不管哪種形態(tài)，即使外部的影響再大，它們仍會嚴格地遵循其內在的生命規(guī)律去生長、演化?！坝形锘斐?，先天地生。寂兮寥兮，獨立而不改，周行而不殆，可以為天下母”（《老子·道德經》）。

“生物形態(tài)”是最親近人類的形態(tài)，更是人類的朋友?！吧镄螒B(tài)”都有自己固有的形態(tài)特征，并按照既有的生長規(guī)律繁衍、生長和消亡。一般認為：生物的“形態(tài)”是與它們的習性和生長環(huán)境密切相關的，并在進化過程中不斷完善。然而，《未來簡史》作者尤瓦爾·赫拉利卻提出了完全不同的觀點，他認為“生物都是算法，生命則是進行數據處理”。此觀點也得到了生命科學專家的肯定，并給予了實例佐證。因此，“生物形態(tài)”之所以能呈現(xiàn)千姿百態(tài)的形態(tài)特征，其背后原因（本質規(guī)律）非常值得我們研究。

這些年來，我們針對動植物進行了多項課題研究，通過與其它學科的交叉與合作，取得了令人鼓舞的成果。例如：在研究水生植物“水葫蘆”時，發(fā)現(xiàn)“水葫蘆”的截面形狀均呈“泰森多邊形”，通過多種實驗發(fā)現(xiàn)：“泰森多邊形”雖然不如蜂巢的六邊形漂亮，但其受力表現(xiàn)卻非常優(yōu)異，能夠抵御任何方向的受力，并可呈現(xiàn)多樣化的造型。通過進一步研究發(fā)現(xiàn)：“泰森多邊形”實際上是“生物形態(tài)”的普遍存在形式。其原理是：眾多球狀細胞在有限的空間內生長，它們不斷擴張、相互擠壓，當彼此擠壓達到極限時，便呈現(xiàn)出了穩(wěn)定形態(tài)——泰森多邊形。這種結構十分牢固，且受力極佳，是生物形態(tài)中最優(yōu)化的結構之一。如果這種結構廣泛應用于建筑、橋梁、機械等的結構中，不僅能夠大大提升承載效能，還能使造型煥然一新。

與生物形態(tài)相對應的是“非生物形態(tài)”，盡管它不像“生物形態(tài)”那樣有確定的壽命和不斷生長、變化的姿態(tài)，但其存在形式也同樣千變萬化、多姿多彩，而且在一定條件下還能相互轉化。實際上，我們所見的高山大海、沙漠平川不是一成不變的，皆會隨著地球運轉和地殼運動，以及日照風雨的侵蝕隨時發(fā)生著變化。這些數量眾多、形態(tài)各異的“非生物形態(tài)”是以十多種（已探明）不同狀態(tài)存在的。通常條件下，可呈現(xiàn)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、非晶態(tài)、液晶態(tài)這五類狀態(tài)；特殊條件下，還可觀察到等離子態(tài)、超離子態(tài)、超固態(tài)、中子態(tài)、超流態(tài)、超導態(tài)、凝聚態(tài)、輻射場態(tài)、量子場態(tài)、暗物質態(tài)等狀態(tài)。這些非常態(tài)物質并非只呈現(xiàn)于實驗室里，其實它們早已廣泛地存在于宇宙之中！當然，“非生物形態(tài)”也有自身的“生存之道”，甚至有科學家認為“非生物”也具有生命特征，只是其生命運動的速度非常緩慢，以致難以被人類察覺。

那么，如何能將“非生物形態(tài)”的“生存之道”揭示出來，為人類造福呢？在這方面我們也做了一些探索。例如：我們曾深入進行過“風環(huán)境下沙漠形態(tài)研究”的課題。通過深入觀察分析和簡易風洞試驗，終于發(fā)現(xiàn)了沙漠“典型形態(tài)”與風之間的關系，并科學地揭示了沙漠“典型形態(tài)”的成形規(guī)律。在該研究成果的啟示下，還針對各種通風管孔、臺風災區(qū)建筑、汽車外置行李箱，以及各種吹奏樂器的造型進行了研究，并獲得了相似的結果，從而驗證了最初研究成果的可靠性。不過，這只完成了研究課題的第一部分（設計研究），研究課題的第二部分（設計應用）是在之前的研究成果上，通過設計思維進行聯(lián)想、發(fā)散……最終,我們篩選出了“油煙機”設計選項，通過設計深化和樣機驗證，結果令人欣喜！新款油煙機不僅降低了噪音和能耗，提高了抽油煙效果，而且造型突破了傳統(tǒng)油煙機模式，流線造型非常現(xiàn)代和時尚。

由于條件所限，人類對“自然形態(tài)”的認知只是極其小的一部分，而絕大多數仍未被發(fā)現(xiàn)、了解。宇宙中的“自然形態(tài)”可謂浩如煙海，因此，人類的科學探索之路還十分漫長，“設計形態(tài)學”研究也任重而道遠。

水上建筑-1

水上建筑-2

水上建筑-3

沙丘造型

沙丘風動實驗

新一代高效節(jié)能油煙機

三、“設計形態(tài)學”與“第二自然”

人類之所以能從眾多生物中脫穎而出，是因為擁有其它生物所欠缺的優(yōu)秀品質——創(chuàng)造才能。人類并不甘于順應大自然的擺布，聽天由命，而是在探索和研究“自然形態(tài)”的同時，也在不斷模仿和創(chuàng)造與大自然不同的“人造形態(tài)”。這些“人造形態(tài)”有的是借助生物材料制作的，有的則是采用全新人造材料制造的，甚至還有用多種混合材料制造的。龐大數量的“人造形態(tài)”，逐漸構成了一個新的“生態(tài)”系統(tǒng)——第二自然，它為人類的生存和發(fā)展做出了巨大貢獻。

“第二自然”的主角轉換成了“人造形態(tài)”，它的上位歷經了模仿自然、消化吸收、創(chuàng)新發(fā)展等階段。人類從誕生伊始就學會了創(chuàng)造 “人造形態(tài)”，該過程不僅從未間斷過，而且還在加速發(fā)展?！叭嗽煨螒B(tài)”的創(chuàng)新與發(fā)展得益于科技、設計創(chuàng)新。“設計創(chuàng)新”的歷史幾乎與人類發(fā)展的歷史同步，因為“設計創(chuàng)新”是為了解決人類生活中遇到的各種問題和需求，從考古發(fā)掘人類早期使用的石器、陶器、骨針、洞穴等就足以證明。盡管人類早在250萬年前就學會了制作石器，但“科技創(chuàng)新”的開啟卻十分滯后，而且其發(fā)展歷史也較為短暫。然而，從當今社會發(fā)展的趨勢來看，“科技創(chuàng)新”卻對人類社會發(fā)展起到了巨大的作用，特別是在當今人工智能、量子工程和生物工程等先進技術激勵下，“人造形態(tài)”不管是在數量上還是品質上均達到了前所未有高度。但更理想的方式是將“設計創(chuàng)新”與“科技創(chuàng)新”整合于一體，形成更強大、更緊密的“協(xié)同創(chuàng)新”。

從“第一自然”過渡到“第二自然”的進程中，人類經歷了兩次重大的變革，一次是發(fā)生在12000年前的“農業(yè)革命”，另一次是發(fā)生在距今僅200年的“工業(yè)革命”。經過兩次產業(yè)革命后，特別是工業(yè)革命后，“人造形態(tài)”如雨后春筍，數量激增?！叭嗽煨螒B(tài)”也是“設計形態(tài)學”的重要研究和學習對象。通過研究發(fā)現(xiàn)，“人造形態(tài)”的主要任務如下：1、幫助人類解決基本生存問題；2、改善和提升人類有限的能力；3、促進人類進行社會交往；4、協(xié)助人類有序地管理社會；5、助力人類實現(xiàn)健康長壽；6、引導人類探索未知世界。由此可見，“人造形態(tài)”幾乎涵蓋了人類生活的各方面，目的就是服務于人類。這里需要注意：“自然形態(tài)”和“人造形態(tài)”雖然分屬第一、二自然，但又重屬同一個空間（僅限于地球及周邊）。一方面，人類的需求欲望與日俱增；另一方面，自然生態(tài)需要平衡發(fā)展，因此，兩者將不可避免地產生激烈沖突。我國古代智者很早就發(fā)現(xiàn)了這一嚴峻問題，并非常智慧地提出了“天人合一”哲學思想，這無疑為“人造形態(tài)”的發(fā)展指明了正確方向。近年來，我們的許多研究課題已開始關注“第一自然”與“第二自然”的和諧發(fā)展，如：沙漠人居改造、海洋生態(tài)建設、都市空氣凈化、清潔能源回收等。在該理念引導下，研究課題不僅取得了良好社會效果，還受到了專家們的好評，作品也頻頻獲獎。如：會呼吸的燈、都市鳥島、新型水質監(jiān)測儀、Sand Babel、Coral Kaleidoscope、Earth Ring、Super Beetle、The Third Eye、Wind Capsule、Green Urban Furniture等。

研究“人造形態(tài)”不同于“自然形態(tài)”，其重點應該放在創(chuàng)造者的思想與理念上，否則，研究工作只能停留于事物表面，而不能抓住其實質。針對第一、二自然的研究，如同“設計形態(tài)學”的兩條腿，不僅需要彼此借鑒、學習，更需要相互協(xié)調、促進。暫且不談“第一自然”還有數量龐大的“自然形態(tài)”未發(fā)掘，由于人類的快速發(fā)展，“第二自然”中的“人造形態(tài)”正如火山噴涌，勢不可擋。

可持續(xù)生態(tài)建筑系列設計

四、“設計形態(tài)學”與“第三自然”

當Alphago相繼戰(zhàn)勝世界頂尖圍棋高手李世石、柯潔，并一舉擊敗想為柯潔“復仇”的5位九段國手集體圍剿后，世人真的驚愕了！以前人們還在煞有介事地喊狼來了，這回狼真的來了！人工智能（AI）真能全面超越人類嗎？將來人類真會大量失業(yè)嗎？此外，科學家推測，人類所能看到的物質不超過5%，剩下的是暗物質（約27%）、暗能量等，這似乎又顛覆了我們通常的認知，原來世界上還有那么多未知的東西啊！一時間，大家開始對未來感到迷茫，甚至產生莫名的恐慌。

凱文·凱利在其熱銷的著作《失控》中明確提出了人造物與自然生命的兩種趨勢：一、人造物越來越像生命體；二、生命變得越來越工程化。這無異于“點化”了第一、二自然的未來發(fā)展趨勢，其主體將會由“已知形態(tài)”向“未知形態(tài)”轉變。那什么是“未知形態(tài)”呢？目前還難以界定，大概是基于先進科技創(chuàng)造的新形態(tài)，以及原本存在，但未探明的形態(tài)，這里暫把它們統(tǒng)稱為“智慧形態(tài)”吧。這樣一來，由“智慧形態(tài)”構筑的、新的生態(tài)系統(tǒng)便逐漸浮出了水面——第三自然。

“第三自然”不同于第一、二自然，其主體“智慧形態(tài)”可能都是大家感到陌生和未知的形態(tài)，然而，它們卻是“設計形態(tài)學”未來研究的主要對象。作為設計研究人員，工作重點不應只停留于“已知形態(tài)”的研究與應用，更應關注“未知形態(tài)”的探索與創(chuàng)新。因此，未來的研究方向必將聚焦“智慧形態(tài)”。“智慧形態(tài)”大體被分為兩類：一類是已經存在于“第一自然”中，但人們并不了解的形態(tài)，如：暗物質、暗能量等；另一類則是源于“第二自然”，借助人工智能、生物工程、量子工程等先進技術創(chuàng)造的新形態(tài)，如：新的物種、量子產品等。

也許有人認為：人類對“第一自然”已經非常熟悉了。其實不然，從宏觀看，面對茫茫的宇宙，人類的足跡才剛剛涉足月球，更別奢談沖出太陽系，擁抱大宇宙了。宇宙中的物質形態(tài)和存在形式，可能是我們地球人無法想象的：黑洞可以輕易改變光的方向，中子星的密度可達到10億噸/厘米3，超高溫等離子云氣包裹著星球表面，暗物質、暗能量到處充斥…… 更不可思議的是，如此龐大的宇宙，卻能以非常復雜、高效而有序的系統(tǒng)運轉著，仿佛有雙隱形的巨手在超控這一切。不僅如此，科學家還發(fā)現(xiàn)，宇宙并非處于相對靜止狀態(tài)，而是在加速膨脹！那么，讓宇宙產生加速運動的動能從何而來呢？這的確讓人匪夷所思！即使把視野縮小到地球范圍，人類認知的事物仍然十分有限，如：海洋深處、地球內部，甚至物質最基本的單位都還知之甚少。我們至今還未找到確鑿的證據，并用科學的邏輯來解釋宇宙、地球、生物和人類的起源，況且它們還在不斷地發(fā)展、變異和進化著。將來的“智慧形態(tài)”可能與現(xiàn)在的“自然形態(tài)”、“人造形態(tài)”差異極大，因此，在研究“第三自然”時，需要用發(fā)展的眼光去看待事物和問題。

有現(xiàn)代“鋼鐵俠”之稱的特斯拉CEO馬斯克，曾與互聯(lián)網少帥FACEBOOK創(chuàng)始人扎克伯格針對AI隔空打起了“嘴仗”。從而拉開了AI“末日論”與“光明論”的爭論序幕。尤瓦爾·赫拉利在《未來簡史》中曾預言：智能正在與意識脫鉤，無意識但具備高智能的算法，將會比我們更了解我們自己。他甚至還認為“正如第一次工業(yè)革命使得城市無產階級出現(xiàn)，人工智能的出現(xiàn)會出現(xiàn)一個新的階層，就是無用階層…… 隨著AI變得越來越好，有可能AI會把人從就業(yè)市場當中擠出去，對于整個社會的經濟和政治都產生革命性的影響”。倘若到了那一天，人類或許真的無所事事了。此外，“生命科學”發(fā)展也十分迅猛，當科學家解開基因的奧秘后，基因克隆、重組、編程等將不再是天方夜譚，而新物種、新形態(tài)的誕生也不會遙遙無期。其實，“形態(tài)學”一詞是源于“生物學”的，而“生物學”也是與“設計形態(tài)學”聯(lián)系最緊密的學科之一。有位生物專家告知：現(xiàn)代“生物學”的工作幾乎都是基于“形態(tài)學”展開的，生物研究者的工作則是揭示“形態(tài)”之下的基因秘密。其實，“智慧形態(tài)”還不局限于此，近來，另一個被熱議話題是“量子信息技術”，它的誕生標志著“第四次工業(yè)革命”的到來?！暗谒拇喂I(yè)革命”是繼蒸汽技術革命（第一次工業(yè)革命）、電力技術革命（第二次工業(yè)革命），信息技術革命（第三次工業(yè)革命）的又一次全新技術革命?！傲孔印笔悄鼙憩F(xiàn)出某物質或物理量特性的最小單元。絕大多數物理學家將“量子力學”視為理解和描述自然的基本理論。量子理論的提出為我們研究紛繁復雜的“形態(tài)”打開了思路，也為“形態(tài)”本質規(guī)律的研究提供了重要依據。

近年來，在“設計形態(tài)學”的引領下，我們團隊的工作重心也在由“已知形態(tài)”的研究逐漸轉向“未知形態(tài)”的研究，設計應用方面也在由關注“當下設計”，轉向了聚焦“未來設計”。令人欣慰的是，在大家的共同努力下，已完成了眾多具有前瞻性的設計課題，并屢獲大獎?！暗谌匀弧备拍畹奶岢?，不僅為“設計形態(tài)學”清晰地勾畫出了未來的研究對象，而且還幫助梳理出來了未來發(fā)展的脈絡，并讓設計研究能始終走在時代發(fā)展的前列。在先進科學技術的強有力支持下，在充滿智慧的設計同仁共同努力下，相信“第三自然”將會成為“設計者樂園”和“人間的天堂”。

智慧形態(tài)與第三自然