设计畅想，张开创意的翅膀 ——清华大学美术学院优秀毕业设计个案（1）
设计，未来可期：美术学院毕业季寻访（二）
2023年，清华大学美术学院又迎来了新一年的毕业季，工业设计系一如既往地秉持着为更好的未来而设计的初心，师生共同努力，张开理想的翅膀、无畏技术的艰难，勇于突破，为社会、为学校、为自己交上一份无愧、无悔的设计答卷。对于我们来说，毕业季既是终点，又是起点，创造未来，我们始终在路上！
今年的毕业季，对每一位老师和同学来说都可谓是极具挑战，不仅源于科技的持续创新，更源自我们对自身的突破与挑战、对未来的思考与试验。我们已从中有所得，下面就共同分享之！
作品《地震现场折叠式骨折急救设备设计》
指导老师：赵超 教授
设计作者：邸稷 清华大学美术学院2023届工业设计专业本科生
选题背景与思考：灾难医疗作为医疗领域中较为特殊的领域，在具体的需求上与日常所熟知的医疗有着一定的差别。尽管我国的灾难医疗体系具备了一定的基础，但仍需完善。而城市化进程的加快，大量人群集中在一定的城市空间内，灾难一旦发生，将会受到较大的影响。那么，灾难医疗该如何发展？设计师又该如何去面对这样的一个特殊领域的特殊需求呢？设计围绕这些问题展开了思考。
实践 对话 讨论
开题之难——“庞大的体系下的逻辑梳理”：将设计主题锁定在医疗领域，这是对自己的一种挑战！我国灾难医疗体系是在2008年汶川地震后逐渐建立的。鉴于“骨折”特别是“四肢骨折”是地震灾难中占比较大的伤害类型，因而也成为了设计进一步研究的重点。
产品的造型与功能需求密不可分：经过调研发现，地震骨折产品需要达到轻便易携、快速使用、高质量固定的基本要求。因而，设计在具体的造型上进行了大量的发散，如利用折叠的方式，来创造一个由平面转立体的简单结构，形成对于手臂、腿部的固定；通过模块化的方式，利用模块和模块之间的互相连接，来达成对不同部位、不同身型的人的合理牢固固定；通过对骨折夹板受力结构的分析，对整体造型进行精简，利用材料的回弹性，来创造一个像剪刀一样的交叉结构，以实现一片板材对伤处的有效固定。研究发现，所有的造型都是与功能紧密相连的。创作通过草图模型迭代与相关人员适用等方式使它更加符合人体工学，并赋予它美观性、易用性等，使它更加符合灾难时期的需求。同时，对卡扣细节、外部加强结构造型进行探索，完善产品设计的美感。
“折叠式”造型的选择：首先，该方式是结合现代中西方医学，如中医小夹板、石膏固定法等固定方式内核特点，利用平面转立体的折叠技巧，结合发散阶段方案三的交叉负压结构原理所设计得到的。选择这个方案的主要原因在于这个方案的一体化程度较高。研究发现，在高危险、紧张、医疗资源紧缺的情况下，越少的操作步骤和使用零部件能够有效提高医疗人员的专注度，进而提高效率；其次，折叠的方式使整体能够保证产品易于制作、使用的同时，在运输层面能够以平面的方式进行大规模地运输和转移，方便医疗人员的取用。
对于用户需求的回应：首先，对于基本功能性需求的回应，通过大量的问卷调查及访谈方式，对真正经历过地震救援的医生群体、骨科医生群体和伤员群体进行调研，发现地震时期的需求与日常中有着很大的不同。如地震时期更加注重对于消毒、伤口所处环境的处理，以及对处理速度又有着极高的要求，同时伤员的规模也非常的大，现场十分混乱，为医疗行动展开带来不便。这些不同的需求正是急救医疗设计和日常医疗产品的区别所在。同时，除了这些看得见的、物质端的“需求”外，伴随灾难而来的往往还有混乱的情绪困境，不仅仅是伤员会陷入恐慌之中，紧急的环境下，医护人员也难以保持绝对的冷静以作出准确的判断。面对这些问题，设计增加了产品的药物模块，对具体受伤部位进行镇定、止痛、杀菌，在一定程度上为轻中症患者提供了一定的自我救治手段，避免灾难时期对于重症者医疗资源的抢占。
其次，将药物模块放在主题模块放置区的孔洞上，利用同样直径的圆有无数个外切三角形的原理，设置多种不同数量的三角模块并随机排列组合，利用三角形的数量来创造医生之间的“暗语”，帮助区分患者的病情状态，避免传播恐慌情绪。不同于日常的医疗，灾难时期的医疗伤员对于医疗的需求除了显性的对于止痛、镇定等基础功能的需求外，一些隐性的需求往往隐藏在伤员和医生的一举一动之中，这正是设计需要去洞察的。同时，医疗用品的使用者不仅仅是伤员，医疗救助人员能够真切地感受到设计带来的便利，并轻松地使用，也是设计需要注意的一大重点。只有分析出“双方”真正隐藏在言语之下，行动之中的需求所在，才能够做出真正有价值的设计。
使用方式的创新：设计将整体的穿脱时间缩短到30秒内完成，在整体的穿脱过程中取消伤员伤肢的移动环节，利用“先折叠”后“穿戴”再“固定”的顺序，从上到下的穿戴需要在五个步骤之内完成。
思考：“当灾难发生，设计师能做些什么？”
这是设计者创作过程中常常自我反问的一句话。希望作品能够切实帮助到有需要的人群，能为他们带去属于“设计”的关怀，让设计成为对于人们暗藏于心的需求的回应和表达。希望FLEX CAST 能为人们带来一些启发。
教师评语：设计面向自然灾害所产生的医疗急救需求展开研究，这是一个极具社会意义的选题。设计过程充分展现了设计创新学习过程中理论与实践紧密结合的特点，研究方法设计合理，数据采集详实充分。最终输出的设计作品具有较强的创新性和启发性，其便携性和易用性的特征，符合灾难现场急救的需求，为骨折救治装备设计与灾难急救领域的产品开发提供了新思路和新模式。作品形式与功能设计有机结合，充分满足了灾难急救设备设计的功能需求和风格特征，展现出设计者所具有的敏锐的洞察能力、扎实造型能力，以及优秀的创新能力。——赵超
作品《风机叶片再利用——城市绿地公共卫生间产品系统设计》
指导老师：刘新 教授
设计作者：于亿航 清华大学美术学院2023届工业设计专业硕士研究生
选题背景与思考：城市由众多公共空间构成，承载着居民日常诸多需求的公共设施，也逐渐随着社会发展的不同阶段，经历了一个由粗陋、冰冷到逐渐耐用、温情的过程。而公共卫生间，作为公共设施中的重要环节，往往容易被忽视。人口老龄化的加剧等社会现实情况的出现，也使得社会公共服务设计更加需要考虑一些特殊人群的需求。城市发展的新阶段需要公共设施的加持，上厕所这件“天大的小事”也应当具备更好的体验。清华大学美术学院生态设计研究所持续推进对各类场景下公共卫生设施的设计与积累。
实践 对话 讨论
退役风机叶片的使用：风电作为可再生的清洁能源，对于实现“双碳”目标与能源低碳转型至关重要。截止2040年，我国废弃的风机叶片总量将累计达到658.36万吨。如此庞大数量的固废材料若处理不当，将对环境造成极大的影响。叶片虽然退役不能继续作为风机使用，但制成它的玻璃钢材料却依旧坚挺，堆放搁置或废弃实在太可惜了，由此萌生了如何能够善用这些叶片的思考。根据调查发现，同规格叶片的尺寸相对统一，根据型号不同约在50m—90m，巨大的体量使得它的运输成本也十分昂贵。基于这样的背景，期望能够利用叶片的强拓展性及较低的成本，通过设计手段与公共卫生间相结合，将废弃叶片充分利用起来。这一构想与刘老师的研究不谋而合，利用退役风机叶片设计一组系列化的公共卫生间与周边的公共设施。
选址在城市绿地区域：设计公共卫生间首先要考虑人的需求。为了更好地了解城市公共卫生设施的现状和现存问题，以北京为例，按照城市布局结构和人群活动区位选取了公众活动较多的老城区商业区、社区、绿地公园、景区公园四类区域，对公共卫生间进行调研，挖掘城市中不同区位厕所的共性与个性特点。除卫生间场所的一些共性问题，在调研过程中也发现，在双碳政策下出现了越来越多的城市休闲公园和口袋公园，这些区域人员的构成相对复杂，也对于补充式公共卫生设施存在需求。这些半自然场所也会存在着自然与人类活动的互斥与相容性的矛盾，这种边界感很有意思。由此也进一步将设计定位聚焦在了城市街边绿地区域。期望在充分满足人们如厕需求的前提下，打造兼具用户体验与生态价值的公共卫生设施。
关于屋顶种植：确定了城市绿地的区域定位，需要对用户的具体需求进行研究。从区域中提炼出六类典型人群的用户画像，以及各类人群的共性关键词与期待。其中包含家庭人群、老年或残疾人等特殊人群、跑步运动者、附近居民、临时路过人员等。在刘老师的提醒下，即绿地场景具有特殊性，除人类活动外，也会有动物出没。人类的生活与如厕需求可以通过合理化的设施与体验设计进行解决，也应当同时关注除人类以外其他生物的需求，它们也是绿地场景下公共设施产品的忠实“用户”。因此，设计在房体的屋顶增加了种植区域，为鸟类、传粉昆虫等生物提供生存环境，在有利于生物多样性维护的同时，也兼具了防晒保温功能。在顶部中间区域安装了太阳能板，使用清洁能源对房体供电进行补充，满足夜间照明及常亮导视装置的用电需求。
负压循环系统的选择：卫生间区域的废弃物处理也同样是重中之重。市场上现有的废弃物处理方式千差万别，设计力图选用能够较大程度上实现区域可持续自循环的、更加适应绿地场景的方式。在经过对现有的7种常见的粪便、尿液等排泄物处理技术工作原理的分析，东城区负压排水系统、深圳的省水型直冲式处理系统的考察，以及中车的技术工程师严老师的访谈后，结合技术比对及区域特征，最终选取了真空负压的废弃物处理方式。它在设备稳定性、用户体验与设备安装灵活性上都更好，相较于传统技术清洁度更高且更省水。收集后的尿液与粪便污物、洗手灰水经过处理系统加工，可直接用于屋顶与周边植被的生长养料供给，能够真正实现生态系统的可持续自循环。
确定设计定位：基于以上的探索与研究，将产品定位为一个安置于街心绿地，满足包括各类特殊群体基本如厕需求的公共卫生间，同时再利用废弃材料，是一个兼顾人文关怀、生物多样与环境友好的，体现循环设计理念的城市公共卫生小节点。
具体设计：根据风机叶片的实际情况确定房体尺寸。根据对近10年间退役或即将退役的11款风电叶片的产品型号与尺寸规格的分析，根据实物尺寸建模还原了不同型号的叶片，并截取计算出各截断面数值，确定了截断叶片内径的长宽高等尺寸数据。结合尺寸数值与公共设施单体之间的尺度关系，选取了59.5m长型号的叶片环切不同位置的材料进行模块化公共卫生间设计。按人机尺寸选取风机叶片的不同位置，分别设计了信息导示牌、终端屏幕、座椅、设备间、通用卫生间、第三卫生间，并提供了几种不同的模块化房体组合方式。园区可以根据区域需求进行一些模块组合。房体除了用户如厕区域外，还有设备间区域，设备间也同时作为管理人员的工具间。
设计采用可再生能源与循环的设计理念，利用退役的风机叶片，为城市绿地公园设计出系列模块化公共卫生间，在充分满足人们如厕需求的前提下，打造兼具用户体验与生态价值的公共卫生设施。希望通过模糊自然与人工痕迹的边界，构建一种未来的公共文化与城市性格，以促进城市的可持续发展。
教师评语：设计围绕城市绿地的公共卫生间进行研究，提出了兼顾社区居民需求、城市景观营造、生态环境，以及生物多样性保护等多重诉求的系统设计解决方案。卫生间建筑主体采用退役的风电设备叶片，根据需求设计了模块化的组合形式，以供不同区域因地制宜的灵活选用。设计充分考虑了公共卫生设施的功能性需求，以及废弃风机叶片升级再造的合理化应用；考虑了包括老年人、残疾人、带小孩的父母等人群的基本如厕需求，也兼顾了通风照明、信息导视、休息等候的需要。卫生间采用日光照明，以及可再生能源与循环设计理念，使用太阳能进行补充供电，厕间使用负压收集技术，污物经过处理后，可以浇灌屋顶绿植与周边绿地。更值得关注的是，卫生间的屋顶绿化可为蜜蜂等传粉昆虫提供生境，也具有防晒保温功能，节约能源。区域内多个卫生设施节点可以联结成绿色网络，满足生物多样性与环境友好的诉求。该设计用材合理，加工便捷，在风力发电较为集中的区域与附近城市具有推广性。其造型设计简洁流畅，与周边的环境融为一体，可以成为城市景观的一部分。研究基于可持续设计的理念，希望通过对城市公共卫生间的精心设计与规划，满足城市居民基本生活诉求的同时，兼顾其他生物的需要，营造一个兼具生态价值与社区凝聚力的城市绿地空间，以实现人与自然的和谐共生。——刘新
作品《城市中的独居蜂保护研究与设计》
指导老师：刘新 教授
设计作者：江南 清华大学美术学院2023届工业设计专业本科生
选题与挑战：为生物多样性而设计这一选题的设计对象是动物，需要做很多跨学科的学习和实践、具备较强的创新能力，因此具有一定的挑战性。在前期的方向确定阶段，收集到大量关于城市生物多样性保护的设计案例，如生物浮岛设计、生物友好型城市公共设施设计等，但却发现缺少成熟的直接案例参考。在与老师进行交流后，坚持了原有选题，并确定了独居蜂保护这一具体方向。创作瓶颈期，老师给出的建设性意见，使设计确定了使用3D陶瓷打印技术作为生产工艺，打开了设计新的思路，使设计进程快速推进。
实践 对话 讨论
基础问题分析：其一，独居蜂选择蜂巢时在材料的选择上具有倾向性，木制巢箱对蜜蜂具有吸引力，空心的植物茎如芦苇杆也是很好的材料，也有一些案例使用混凝土和挤塑成型的聚苯乙烯材料。不同蜜蜂选择与自身体宽匹配的空腔,确保育雏蜂房贴合和防止寄生虫。因此腔室要有蜂种针对性，长度一般在150mm—200mm；其二，蜂巢放置在城市环境中，因此需要有机的融入城市环境，既要有自然的质朴感又有人工物的秩序感。巢箱应尽量放置于自然环境中，附近100m内有蜜源植物并保持固定，避免移动，位置避免朝向盛行风，以保证繁殖率，如果临近花朵，高度位于花朵以上，避免挡住出口。巢箱最好不要有图案以免混淆独居蜂的视觉。虽然独居蜂对人的攻击性极小，但大众普遍对蜜蜂仍很恐惧，因此保持蜂与人的距离非常重要。蜂巢的安放不宜与大众距离太近；其三，造型设计上要具有较强的辨识度，通过材料展现自然的质朴感、形态及工艺展现人工物的秩序感。在景德镇考察的经历，对3D陶瓷打印的初步了解发现：3D陶瓷打印既符合自然材料的要求，又可以创造出富有工业感和秩序感的形态和结构，拥有辨识度很强的层纹机理，符合设计的需求。
工艺及材料的选择原因和探索：首先，3D打印是工业化生产，相较于传功手工拉坯具有批量化、标准化、效率高的特点，适宜本设计的生产；其次，陶泥是自然材料，适宜放置于户外，对独居蜂和植物较为亲切，没有有害的化学成分，同时可以循环利用，对生态友好；最后，采用3D打印技术可以支持该项目未来进行更多可持续材料的尝试，如生态陶瓷、混合可持续材料等。研究使用白瓷泥作为材料，烧制后有自然的磨砂感和较为纯净的底色。由于陶泥材料的特性，成型具有限制性，蜂巢曲面的形态和斜率需要不断实验以达到最好的效果。
打印实践及探索：蜂灯是最终方案之一，最初表面的肌理只是简单的凹陷排列，而后将它优化为曲线的凹凸，增强形态的节奏感和丰富度，并形成参数化形态，增强人工物的秩序感。在首尾进行渐消使形态过度更加自然。在打印过程中由于切片路径生成的问题，形成了塌陷，在调整之后成功打印出了最终模型。
产品最终形态、结构及尺寸：从前期方案的发散到与后续的工艺配合，设计进行了很多形态及结构的变换和迭代。这一系列的三件作品主要采用了两种结构形态：其一，为中空且上部封顶的筒状形态（蜂灯、蜂塔），外表面打孔并插入天然麦秆管来模拟天然繁殖巢穴环境，符合独居蜂的喜好，为它们提供了繁殖巢穴；其二，为底部封底的盆状形态（蜂盆），不需要其他材料的配合，直接通过打印形成垂直的管状结构，更加符合工艺，由于这种方式容易积水，因此适宜放置在半开放阳台或者有雨棚的室外。此外，设计采用3D陶瓷打印工艺后还需要烧制，烧制后的产品会收缩，受到泥条材料、窑的温度、产品烧制时摆放位置的影响，收缩率无法精确确定，目前采用的泥条材料收缩率约为17%。
模型制作及测试：在不断地调整模型并确认了最终形态后，用切片软件将模型切片并生成打印的路径，将模型打印出来之后晾干2—3天，趁它没有完全干透时在它的表面手工挖孔，然后进入窑内进行烧制。产品制作的全程耗时约6—7天；在完成3D陶瓷打印之后，根据烧成型后的尺寸调整了底座的大小，通过3D塑料打印制作并进行了打磨和喷漆；最后组装，对蜂灯进行灯条的安装。
由于设计的美感一部分来源于工艺，渲染图很难展示该设计的全貌。因此，展示过程将产品放置到路旁城市绿地中进行视频和照片的拍摄。
思考：为城市生物多样性设计是一个较新的领域，目前研究理论转化为设计的案例较少，设计需要在功能、形态、结构等方面进行大量的探索和尝试。与以往的设计不同，设计需要结合工艺的特殊性，对造型和功能进行反复地迭代设计，对设计的流程和方式产生新的理解，借助制作工艺推动设计并产生创新点。囿于时间和条件的限制，3D陶瓷打印技术还需要在软件和硬件上继续完善、实地验证等。希望通过此次设计的研究与探索，提高人们对生物多样性及独居蜂的了解和重视，为后续城市独居蜂保护设计提供一些可供借鉴的思路与成果，以推动城市生物多样性的保护。
教师评语：独居蜂是重要的传粉昆虫，近年来数量急剧减少，濒临灭绝。设计在大量调研的基础上，采用3D陶瓷打印技术，利用天然麦秸管，为独居蜂打造系列蜂巢；结合城市公共设施及园艺产品，创造符合蜜蜂习性且具有连通性的生存环境，有机融入城市环境和人类生活之中，从而达到恢复城市中的独居蜂种群数量，保护城市生物多样性的目标。该课题工作量饱满，最终成果完成度较高，设计作品具有一定创造性和可行性。——刘新
