基于建筑改造原则的可回收垃圾再利用设计.docx

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基于建筑改造原则的可回收垃圾再利用设计目前，我国每年约产生4.3亿吨垃圾，垃圾处理已经成为我国环保政策推进的一个主要障碍。根据垃圾分类的一般标准，家庭固体废弃物包括有害垃圾、厨余垃圾、可回收垃圾和其他垃圾四大类。其中，可回收物主要指适宜回收利用和资源化利用的生活废弃物，包括废纸、废金属、废塑料瓶、废玻璃、废纺织物等，通过综合处理、回收、再利用，可以减少污染，节省资源。本文基于建筑改造原则的再利用理论，进行可回收垃圾的再利用设计研究。一、可回收垃圾再利用现状产品创造并不仅是利用某些模块对产品原装修复，还可以思考回收模块的新领域[1]。设计师们通过各种探索和尝试，进行可回收垃圾的再利用设计，可以分为：基于材料的再利用、基于形态的再利用、基于功能的再利用。（一）基于功能的再利用：基于功能的再利用，属于实用型设计改造，是延续产品材料属性、功能等特点，将废弃物材料改造成具有特定功能的系统、产品或结构。例如，日本的设计师用2年时间收集大量废弃的一次性筷子，造出了一艘独木舟（如图1（a））。上海某家具厂在生产沙发扶手部件时，面对扶手曲率不达标等因素产生的大量边角料，进行再设计研究，将废料制成衣架，单段木料（400mm×40mm×10mm）的价值由0.05元提升到1.8元，利用废弃的不合格扶手创造了新的价值[2]（如图1（b））。由于造型、结构服务于目标功能，基于功能的再利用往往具有明显的功能指向。废弃物材料的多样性使得废弃物再利用之前需要进行细致的分类，便于废弃物材料通过简单的初步改造就可以改头换面，焕发新生。（二）基于形态的再利用：基于形态的再利用，属于艺术型设计改造，是把废弃物的局部或整体形态作为改造的基础，利用形态美感、相似性，进行再设计，改造成品不一定具有特定的功能，但往往具有明显的风格和主旨。例如，为了保护亚马孙河流域环境，西班牙设计师阿瓦罗Alvaro借助频临消失的民间手艺——竹藤编织手艺，将塑料瓶的瓶口部分保留下来作为灯座，然后切割瓶身，用棕榈叶、竹藤等材料辅助编织，一盏盏精美的吊灯就这样诞生了，阿瓦罗为它取名为PetLamp。这种灯不仅融合了民族特色和异国情调，而且体现了环保意识，挽救传统手工艺，让藏于大山深处的编织技艺发扬光大，源远流长，帮助贫穷的原住民和手艺人安度余生（如图1（c））。泰国ThungKulaRonghai大米利用糠秕材料制作包装盒，取出内袋的大米后，整个包装盒就能作为纸巾盒，进行重复使用；消费者在打开包装后便不会随意丢弃，十分有效地解决了资源浪费问题[3]。对于难以直接进行二次利用的废弃物，应该要注重改善加工工艺，使废弃物材料循环利用[4]，通过设计的力量，将废弃物与其他材料结合起来重塑新的身份，改变原始形态，进行创新设计。（三）基于材料的再利用 基于材料的再利用，属于创新型设计改造，注重对废弃物材料的技术创新，结合废弃物材料的特性，以及现实问题，进行技术性革新。例如，在木材加工过程中，會产生各种小面积的加工余料，日本飞騨家具馆充分利用木材加工余料，遵循物尽其用、尊重自然理念，对这些木材加工余料进行个性化的再设计，最终加工出各式各样独具特色的木制工艺品，给予余料全新的生命[5]（如图1（d））。食物类垃圾属于餐厨垃圾，餐厨垃圾由于较高的含水率和有机物含量，导致在存放、收集、转运及处理的过程中特别容易滋生细菌。来自米兰的初创公司KrillDesign将不可食用的食物垃圾转化为实用的家居物品。他们回收两到三个橙子皮，经过干燥、研磨后加入生物聚合植物淀粉基料中，模制成颗粒，制成了一种可用于3D打印的可堆肥的复合材料，并用其制作了一个灯具，还配有LED灯泡和调光器，可根据环境和需求调整光线（如图1（e））。废弃物材料的不妥善处理已经严重威胁到了人类的生存环境，合理改造废弃物材料，改善生态环境显得刻不容缓。目前，“回收”“重复利用”等成为热词，可持续设计成为一大设计趋势[6]。人们应该对环境和资源利用问题给予充分的重视，在日常生活中对工业产品的要求不仅是满足基本功能，还要满足环保的可持续发展理念，便于后续废弃材料的处理[7]。可持续有三大落脚点：经济、社会需求、环境，平衡这三个要素是一项非常艰巨的任务，但只有平衡了这三个要素才能称之为可持续的解决方案[8]。以可持续发展为目标来思考设计，而不是以传统意义上的功能和形式为目标；设计应以社会体系重要缔造者的身份来呈现，而非简单的对人类生活的美化和优化[9]。而那些对环境有害的废弃物材料仅仅靠着人工的力量是无法改变被丢弃的现状的，唯有依靠科学技术的帮助，改变原始形态，进行创新设计，重塑废弃物的形态。二、可回收垃圾的再利用需求 根据用户访谈和文献调研，可回收垃圾的再利用需求主要包括成本、功能、质量、操作、个性化和生态环保等方面。（一）成本需求：成本费用是用户对可回收垃圾进行改造的评估基础。当废弃物本身的价值较低时，改造设计时成本费用投入过多，会让用户觉得得不偿失。因此需要综合废弃物成本和改造成本，进行可回收垃圾再利用的预先评估。需要选择恰当的废弃物为设计原材料，加入一些辅助材料，用简单的技术将废弃物进行改造。（二）功能需求：如何让可回收垃圾重新拥有新的或延续功能，是实用型改造的基础。首先，需要让用户了解废弃物的材料和结构；然后，从剩余功能的角度出发，思考其剩余功能的可延续性和可创新性；最后，选择适合的材料和加工方式，进而设计出功能性与艺术感兼具、更加环保生态、有意义的产品。（三）质量需求：一方面，废弃物材料本身要有一定的质量保障，在废弃物材料还算完整的时候对其进行二次利用，可以对废弃材料进行一些技术上的操作和艺术上的创作，以便于焕发新的生命力；另一方面，通过二次设计出来的产品要具有一定的使用寿命，支撑得起一定时间的使用。（四）操作需求：所需材料工具要能便获得、易使用、危险系数小；制作过程要难度适中、易实现。要想使真正的循环进入社会的方方面面，归根结底更是人类伦理问题的探讨和价值观的塑造[10]。要呼吁人们参与到操作中来，创造出贴合自身需要的产品。（五）艺术性需求：废弃物经处理改造后的成品，要具有一定的美观性和艺术性，这就需要通过艺术手法的加工。艺术思维在对事物认知中体现了右脑思考的直觉性、美学性、感官性，对事物认知与问题解决中的“天马行空”往往外延事物本身，也是创造性的起点[11]。艺术美不是直白地向我们表现生活美，而是根据隐藏在生活中的美所创造出的综合美。废弃物也是我们曾经感情的一份寄托，废弃物改造便弥补了这份情感的缺失，这是人们对环境问题关注度增强的体现，是人与物之间摩擦融合的全新生态，是融入生活、回归生活的态度。（六）生态环保需求：为了践行可持续发展的理念，我们要提倡大众绿色消费，呼吁资源回收再利用的绿色设计理念。除了将废弃物二次利用以外，还要在利用材料的过程中尽量减少对资源的消耗以及对生态环境造成的破坏。在满足生态环保的条件下，可以通过艺术创造再利用废弃物，让其变成艺术材料，给予废弃物新的价值。三、基于建筑改造原则的可回收垃圾再利用建筑改造原则可以为可回收垃圾的再利用创新提供设计指导。主要的建筑再利用方法是邻近性策略。这一方法由英国皇家艺术学院教授Graeme Brooker提出[12]，邻近性指的是临近的要素或事物，或以某种方式联系在一起的事物。设计师在做建筑改造设计时，要考虑到场地的现有材料或场地的现状条件，除此以外，基地、场所、环境、区位、文脉以及他们之间的关系，都是影响室内设计的要素。因此，可回收垃圾的再利用设计需要考虑室内环境、使用场景、特殊人群（如儿童、老人等）及其关系。室内环境方面，需要考虑可回收垃圾改造的大小、空间等特性；使用场景方面，需要考虑可回收垃圾改造的艺术性、耐候性等特征；特殊人群方面，需要考虑可回收垃圾改造的艺污染性、安全性等特征。根据GraemeBrooker与SallyStone在著作中提出“邻近性”方法，再利用策略包括干预（intervention）、置入（insertion）和装置（installation）3种。“干预”主要强调了新旧之间的关系，新与旧之间相互依赖并几乎结为一体，即拆除部分现有的，并在此基础上加入新的东西。“置入”是指在改造过程中添加某种辅助结构。“装置”是指通过建立可以暂时改变感知的对象来强调现有建筑的戏剧性效果。因此，本文提出可回收垃圾再利用的局部设计、组合设计、混合设计方法。（一）局部设计：根据这一方法，可以通过添加新材料，将可回收垃圾进行形态、用途改造，将新元素加入到旧的事物上，巧妙地创造出一个新旧交织的和谐的物件。例如一块旧瓷片，打孔穿入藤条，经过编织后成为既具有实用功能又具有特别的美感的瓷与藤的结合物；在原材料上附上纸浆，干燥后可以呈现出不一样的质感。在利用局部设计进行可回收垃圾改造时，要注意新材料的成本和功能性，以及与主体材料的适配性，这影响了废弃物再利用时是否能满足用户的成本、功能、操作难度等需求。（二）组合设计：为了满足用户对于新空间、新功能的需求，通过组合设计，使之满足新的需求，重新焕发活力。例如，为软性材料置入一块硬木板或木棍搭建的立体结构作为材料表现的内在支撑结构；铁丝，纸盒等可以作为支架结构；置入提手结构可以增加提拉的功能；给装饰性的物件置入耳夹或是链条，使其具有实用性。在组合设计的废弃物改造过程中，要注意辅助结构的添加是否会破坏原有的结构或削弱其使用强度，要使置入的新功能符合原有的功能逻辑，进而满足用户的功能需求和质量需求。（三）混合设计：利用混合设计方法，可以使可回收垃圾在造型、功能上具有耳目一新的效果。对可回收垃圾材料做艺术性的改造，可用于表达“美”或是探讨具体的某一命题。在实现个性化需求的同时，还要注意制作过程和成果的生态环保性。四、可回收垃圾的设计改造路径可回收垃圾的设计改造方法，首先需要让用户确定再利用的目标（实用性、艺术性、创新型），其次进行相应的需求分析，再进行设计方法的选择，最后利用局部设计、组合设计、混合设计方法，完成可回收垃圾的改造设计。下面以“旧水杯”为例，进行可回收垃圾的设计改造研究。（一）确定再利用的目标：破碎的陶瓷杯，形态方面，把手脱落、杯口缺失；功能方面，几乎失去了饮水的功能，但还保留盛装的功能；材质方面，易碎、不具备弹性和弯曲性。因此，可以从基于形态的再利用和基于功能的再利用出发，进行陶瓷杯改造设计。 （二）目标对应的需求分析：基于功能的再利用，用户需要考虑改造的成本、剩余功能延续性、易操作性等方面。对于成本需求，由于陶瓷杯的成本不高，因此辅助材料、设计原料需要从成本不高的材料中选择。由于陶瓷杯功能单一，盛装的功能成为主要再利用功能。易操作性方面，由于陶瓷杯易碎，改造设计不能过于复杂，需要简单容易实现。基于形态的再利用，用户更关注视觉美感、冲击力、环境融合度等方面。由于陶瓷杯材质偏硬、易碎，因此需要与软质材料或线性材料结合，更好地成为整体，共同实现某一功能。另一方面，软硬不同材质的结合，具有视觉冲击力。在环境融合度方面，软质材料更容易给人亲切感。（三）基于改造方法的设计方案：通过以上分析，陶瓷杯可以与热缩管相结合，利用组合设计方法，进行基于功能再利用的改造设计。利用热缩管进行陶瓷杯的再设计不仅操作简单、实用性强，并且具有自由度高、成本低、绿色环保的特点。1.组合设计的热缩管材料分析：热缩管为热收缩材料，还被称作高分子形状记忆材料。它具有遇热收缩的性能，遇热可以收缩至原尺寸，紧紧贴在保护层上。热缩管还拥有高效的阻燃、绝缘性能，不仅柔软且富有弹性；收缩温度低、速度快，可广泛应用在电线连接、电线端部处理、线束标识、电阻电容的绝缘保护等场所，是一种发展成熟、性能优越、价格低廉的高技术材料，具有非常大的应用发展潜力。利用热缩管进行家庭固体废弃物再利用的优势包括以下几点：成本方面，在废弃物改造过程中，热缩管可以作为连接件、装饰件使用，减少了其他材料、工具的使用量，降低了改造的成本，且热缩管成本低。质量方面，由于热缩管具有优良的物理性能，以其作为辅助材料修复、改造出的产品会比一般改造方式改造出的产品使用寿命更长。操作方面，普通热缩管用电吹风或打火机即可实现加热收缩，追求更好的加热效果和精确度可以使用热风枪。艺术性方面，热缩管有多种颜色、纹理可选择，在改造物的外观造型设计中有多种可能性。同样的设计，由于后期采用材质的差异化则会呈现不同的视觉效果[13]。生态环保方面，PE热缩管无毒环保，可降解，通过SGS环保检测、SonySS-00259环保标准，不会对人体和环境造成危害。由此可见，热缩管的优势基本可以满足用户进行家庭固体废弃物再利用的需求。热缩管的受热快速收拢的特性可以对废弃物做包边处理，避免锋利的边角对使用者造成伤害；这种特性也可以作为一种收束结构置入废弃物材料中，当按一定规律重复此结构时，还可以呈现出韵律感和节奏感；抗弯、韧性强的特性使其可以作为一种支撑结构置入废弃物材料；隔热、防潮、阻燃、绝缘的特性可以使其与多种传感器或声光装置配合加入废弃物材料，创造出不同的功能；颜色多样的特性也可以为整体带来不同的风格与美感。热缩管材料包括PVC热缩管、PET热缩管、PE热缩管、含胶热缩管、PVDF热缩管常见的5种，其各自优缺点和再设计改造优势如表1所示。 2.组合设计的方案分析：基于热缩管的陶瓷杯改造设计，包括热缩管无特定功能和有特定功能两个方向。对于热缩管无特定功能，当单个的基础材料强度不够，需要多个基础材料集合在一起时，热缩管起束缚作用；当基础材料长度不够或结构间断开时，热缩管起連接作用；当基础材料局部损坏或缺失，或形状不规则时，热缩管起包裹作用；热缩管也可以作为装饰性功能。对于热缩管有特定功能，从材质、触感、形状、外观等角度寻找与热缩管具有共性的材料，如硅胶、橡胶、绳子等；接下来去收集这些材料的产品应用案例；再对比热缩管与案例中的相似材料有哪些不同，是否具有相似材料在该案例中所应用的材料特性，然后以五感理论、移情理论、仿生设计等设计理论为指导进行应用与迁移，最后实现成品的实用性、美观性、趣味性。热缩管的特殊之处在于形态的改变是单一方向的，即收缩方向，且不可逆；而其具有一定的弹性，使其可以收缩固定在其他物体上。大直径的热缩管呈筒状，无底中空，破损的杯子提供了底部和支撑结构。将尺寸合适的热缩管套在杯口，加热热缩管下部，使其牢牢固定在陶瓷杯上；再旋转加热热缩管上部，使其均匀收缩至美观合适的大小，即可制成一个花瓶，如图2所示。 结语通过对可回收垃圾的再利用现状、需求和设计改造方法进行深刻分析，基于建筑改造原则的干预、置入和装置策略，提出可回收垃圾再利用的局部设计、组合设计和混合设计的废弃物改造方法。基于热缩管材料，进行陶瓷杯改造设计案例研究，提出可回收垃圾的再利用设计改造路径。通过本文提出的可回收垃圾再利用方法，以期降低可回收垃圾的不利用和不当利用，減少家庭固体废弃物的污染，提高资源利用率，推动群众的生态环保行动。