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淺析自然與設計的不解之緣
論文關鍵詞：自然 設計
論文內(nèi)容摘要:人類的生存發(fā)展需要設計和造物,但設計和造物一刻也離不開大自然的恩賜。她慷慨地為我們提供物質資源;人類為適應不同的自然創(chuàng)造了不同功能和形式的器物;自然規(guī)律又以“巧生”啟發(fā)了人類的許多發(fā)明創(chuàng)造,因此, 自然與設計有著不解之緣。
人類是大自然的產(chǎn)物,并依靠自然資源而生存。自然為不同地域的人類提供相同或截然不同的資源，人類造物活動才有了可能性 ；人為適應自然要創(chuàng)造不同功能和形式的器具、用品，人類造物活動才有了多樣性，從這個角度，我們把自然稱為“設計之母”。當然，如果沒有人類的智慧，自然永遠是自然，絕無可能成為人造物。正如明代科學家宋應星（1587-1666年）反用古語所取的書名——“天工開物”。中國科技史家潘吉星對此作了這樣的分析 ：“‘天工開物’思想強調人與天（自然界）相協(xié)調，人工（）與天工（自然力）相配合，通過技術從自然界中開發(fā)出有用之物，這種思想還有個內(nèi)涵是，自然界本來蘊藏著取之不盡，用之不竭的美好而有用之物，但
不會從天而降、輕易取得，而是‘巧生以待’，必借人力和人的技術通過水火這種自然力的作用，再用金屬、木石工具從自然界開發(fā)出來，為人所用�！雹湃欢�, 自然的存在先于人類,如果沒有自然的慷慨賜予, 人類的設計只能是無米之炊。
一、自然是設計的物質之源
自然界所生萬物皆可為人類設計的物質基礎，反過來說，沒有自然界的金、木、水、土、空氣，人類根本無法生存，又何談設計和造物。但是,不同自然環(huán)境為人類提供的物質基礎，有的相同，有的又很不相同。這對于設計的發(fā)生階段有很大的影響。
人類最初利用的相同物質可以列舉出石、木、動物的骨角、黏土以及水和火，所以世界上多數(shù)原始都有石器、木器、骨角器和陶器，并且先后發(fā)明了弓箭、獨木舟，在原始的最后階段又發(fā)明了銅器。它們在形制上雖有差別，但在器物的種類上卻是相同的。
不同的自然環(huán)境會提供不同的物質資源，形成有差異的設計。如紡織品，埃及最早的紡織原料是野生亞麻，隨著原始的發(fā)展，人們種植亞麻用于織布。從開羅博物館所藏的一件緊身衣來看，埃及古王國時期的亞麻布衣料質地光滑細膩，幅寬達60英寸，細紗有幾十米長⑵。美索不達米亞的蘇美爾人“最早的紡織品原料是羊毛”⑶。中國最早的紡織原料除野生的葛和麻纖維以外，最引人注目的是天然蠶絲。傳說黃帝妃嫘祖發(fā)明養(yǎng)蠶和繅絲，其后在相當長的時間里，只有中國出產(chǎn)絲織品。以上所說的亞麻、羊毛和絲這幾種不同的紡織原料，都是不同自然生態(tài)條件下形成的異性。
二、自然是設計的“課題”之源
人類在不同地域會遭遇不同的生態(tài)環(huán)境，我們常說的海洋、大陸文化、大河文化等不同文化類型,也包含著不同的設計。這些設計所以不同，是因為當?shù)鼐用褚m應環(huán)境、利用環(huán)境，進而要改造環(huán)境，就會出現(xiàn)需要解決的問題。在不同的生態(tài)環(huán)境中，這些問題可能不同，因而解決的方式也有不同。如果我們把問題看成“課題”，那么解決問題的方案就是設計。從這個意義上，可以把自然生態(tài)看成設計課題的來源。
人類最初的設計往往以順應自然環(huán)境的方式來解決問題和矛盾,這與當時的技術技能、實踐經(jīng)驗和對自然的認識水平相關。如人類的居所直接聯(lián)系著基本生存問題，這不僅關系著人身安全，也關系著如何便于獲取和利用生活資源的問題。最初的人類居所由樹上巢居轉移到地面的天然山洞穴居。新石器時期，永久性居所遷到河湖附近的階地，已無天然穴居的可能，于是出現(xiàn)豎穴或地穴式，使用木骨泥墻和木柱支撐地面以上的頂蓋。到晚期，則出現(xiàn)了夯土墻、石砌墻和土坯墻的地面建筑。這些建筑形式遍布于我國南北各地溫帶氣候區(qū)。而東南沿海地區(qū)的臨水干欄式建筑和北方黃土高原窯洞式建筑，則因適應自然環(huán)境形成了截然不同的形式。
干欄式建筑的“干欄”，是從少數(shù)民族轉譯而來的。我國新石器時期的河姆渡文化、良渚文化都發(fā)現(xiàn)有干欄式建筑的遺跡。⑷其中，河姆渡文化的遺存較為典型。"河姆渡文化盛行一種栽樁架板高于地面的干欄式建筑。在河姆渡遺址各文化層，都發(fā)現(xiàn)了與這種遺址有關的圓柱、方樁、板樁、梁、柱、木板等木構件，共達數(shù)千件。干欄式建筑是我國長江以南地區(qū)新石器時代以來重要建筑形式之一，目前以河姆渡發(fā)現(xiàn)為最早。"⑸
同類的建筑在歐洲也可以見到。如瑞士日內(nèi)瓦湖邊，1854年干旱的冬季，水面降到很低的程度，暴露了新石器和早期青銅時代建于湖淀木樁上的房屋的基礎�！斑@種湖上居所類似今天在西里伯斯島及其他地方所見到的方式。不但古代站臺的木樁還保留著，而且在下面泥炭堆里還找到了大量的木器、骨器、石器、陶制器皿及裝飾品、剩余的食物等等。甚至還發(fā)現(xiàn)有網(wǎng)罟和衣服的殘片。”⑹
以上這些建筑，都需要大量木材，可以想見當時在這些遺址周圍森林茂密，有理想的取材之地。北方黃土高原的情況就很不相同，在木材漸見稀少的情況下，在新石器時期晚期出現(xiàn)了窯洞式住所。我們都知道，窯洞建筑在黃土高原上，至今還在廣泛使用。"迄今為止時代最早的窯洞式建筑發(fā)現(xiàn)于甘肅的寧縣陽遺址，屬仰韶文化晚期遺存。龍山時期窯洞式建筑則發(fā)現(xiàn)較多，主要見于甘肅東部、寧夏南部、內(nèi)蒙古中南部、陜西和山西的黃土高原地區(qū)。這些窯洞式建筑基本分布在青藏高原以東、太行山以西、秦嶺以北的黃河中上游第二級階梯上。這里屬溫帶半干旱氣候區(qū)，海拔較高，地下水位普遍較深，黃土堆積也較豐厚（最厚可達200余米），且多梁峁、臺塬，為窯洞式建筑出現(xiàn)并長期流行提供了自然環(huán)境基礎。"⑺
根據(jù)考古學家分析，窯洞建筑在局部地區(qū)流行，與當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的變化有關。一是建筑和生活用燃料大量使用木材，使這一地區(qū)森林資源極度萎縮，又不像南方那樣容易再生 ；二是約公元前3000 -前2000年的龍山期氣溫呈下降趨勢，黃土高原地區(qū)氣候向干涼發(fā)展。以上兩方面因素使木材用量少而又冬暖夏涼的窯洞應運而生，在生態(tài)環(huán)境無法改善的情況下，這種建筑形式得以長期流傳，至今已達數(shù)千年之久。
三、自然是設計的“巧思”之源
有一位學者在談論天地造物與人類制作的關系時說 ："規(guī)律如河道，行船有順逆。大自然總是采取‘順流而下’的方式展示自然規(guī)律，而人類往往以‘逆流而上’的蓄勢來運用同一條規(guī)律�！c滾滾波濤順流而下的自然造物相比，人工制作不過是逆流而上的幾葉小舟�！雹�
人類的設計雖然在窺探大自然的奧秘，并按自然規(guī)律來進行自己的創(chuàng)造，但往往不是先作出科學的，再進行實踐的探索。早期的人類，只能憑經(jīng)驗直覺實踐，符合自然規(guī)律的才能成功，違背自然規(guī)律的就會失敗。在第一只獨木舟下水之后幾千年，古希臘學家阿基米德才提出關于浮力的定律 ；在人工取火幾千年后，18世紀的俄國化學家羅蒙諾索夫才提出燃燒是物質氧化的原理�？傊敵醯脑O計是經(jīng)驗性的創(chuàng)造活動，然后再總結規(guī)律使之完善。在這樣的反復實踐之中，自然界不經(jīng)意的“巧生”直接啟發(fā)了設計的“巧生”，也就是某些物質特殊的原生狀態(tài)啟發(fā)了人的智慧，從而完成了一些十分關鍵的物質創(chuàng)造，例如從純銅到青銅合金的發(fā)現(xiàn)就是如此。
“銅是人類最早認識和使用的金屬之一。人類開始以天然銅鍛制小件工具和飾物，繼而發(fā)明冶銅技術。”⑼天然銅鍛制的紅銅并不堅硬，但延展性強，用于裝飾十分理想，制作工具則很勉強。此后，先后出現(xiàn)了硬度較高的砷銅合金和錫銅合金（青銅），至青銅產(chǎn)生，銅才得到比較廣泛的應用。
20世紀80年代以前，考古界對砷銅還比較陌生，這一概念的引出，因于對中國四壩青銅器的檢測。砷是一種劇毒的半金屬，大多以硫化物形式夾雜在銅、鉛、鎳、鈷等金屬礦物中，其中一種灰色晶體砷可用于制作硬合金。砷銅合金的出現(xiàn)，一種可能是人為實驗的結果，更大的可能是因為砷銅共生，在冶煉中自然生成較硬的銅合金�？脊艑W家在討論這一問題時有一種意見是 ："最初，人們首先使用的是地表常與自然銅伴生的孔雀石、藍銅礦等，用這種礦石冶煉的銅是較純的自然銅。接著是開采氧化礦層中的礦石，冶煉出的銅往往含較多的砷或銻。含砷的銅經(jīng)過冷鍛會很快硬化，其性能優(yōu)于紅銅�？墒牵坏┎捎昧肆蚧V石，由于在焙燒階段大量的砷要流失，所以煉出的銅又是較純的銅，其硬度低于砷銅。在這種情況下，人們需要尋找新的物質來提高銅的硬度，銅錫合金就成為生產(chǎn)“硬銅”的基本工藝，并最終導致青銅時代的到來。顯然，銅器的起源發(fā)展依紅銅、砷銅、青銅的先后序列，也是由銅礦礦床的結構和性質決定的。"⑽
然而，對錫銅合金的產(chǎn)生，也有一種認為是巧合的看法。西方學者認為，原始人“偶然把一堆銅礦石和普通石塊一起筑成他們用來烹煮的火炕時發(fā)現(xiàn)了煉銅的秘密”，由于銅與錫常常同在一個礦脈里，煉銅時就偶然產(chǎn)生了銅錫合金。英國人類學家赫·喬·威爾斯認為："在中國、康沃爾和其它地方，常在同一礦脈里，有銅礦石又有錫礦石；在匈牙利，銅和銻混在一起；因此，與其說是由于手藝，倒不如說是偶然，古代冶煉的人才找到了較硬又較好的青銅。所謂‘純銅’器具常常包含一小部分錫，這時期沒有發(fā)現(xiàn)過錫器，也沒有證據(jù)表明早期人類曾把錫看成另一種金屬。在印度鋅和銅的礦石出現(xiàn)在一起，黃銅（這是兩種金屬的合金）也是這樣偶然制成的。"⑾
關于銅與砷、銅與錫合金的偶然發(fā)現(xiàn)僅僅是最初出現(xiàn)銅器時的狀況，隨著實踐經(jīng)驗的豐富，工匠們逐漸找到銅（古稱“金”）錫配比與合金硬度的關系，成書于春秋晚期的《考工記》就有關于“六齊”的記錄。⑿雖然實物分析表明，商周青銅器的合金配置較“六齊”更復雜，但“六齊”仍是世界上關于銅錫配比最早的文字記載。
除青銅合金之外，煉丹引起對汞及其化合物的認識也是一例。丹砂即朱砂，朱砂是一種緋紅色的礦物，成分為一硫化汞，是提取汞的重要原料，也是古代制作紅顏料（銀朱）的重要原料。在煉丹術出現(xiàn)前后，從原始到秦漢，在墓葬中用朱砂撒遍死者全身，或以朱砂鋪墊時有發(fā)現(xiàn)。河南偃師二里頭遺址Ⅲ區(qū)發(fā)掘的2號墓，墓底鋪墊朱砂厚達6厘米。⒀這種現(xiàn)象應與山頂洞人在尸體周圍撒赤鐵礦粉相似，與巫術與象征生命有關。“現(xiàn)在化學史專家多認為，中國的煉丹術可能是發(fā)韌于戰(zhàn)國和秦代齊燕方士的求‘不死之’”。⒁煉丹與青銅冶煉有一定關系�！暗珶挼び植煌谇嚆~冶煉，它是以‘抽砂煉汞’，用汞來制造金汞齊和藥金、藥銀的主要內(nèi)容�！雹佑捎诠苋芙饨稹€y、鉛、錫等金屬，常用于提煉金銀。金與汞的合金，古稱“金汞齊”，是鎏金工藝的重要材料。方士從丹砂提煉水銀，制成金汞齊為器皿鍍金，是因為相信用鍍金器皿飲食可以長壽，由此產(chǎn)生了一種鎏金新工藝。
自然界萬物幾乎都以它們的特性和內(nèi)質不斷地啟發(fā)著人類設計的“巧思”。竹木富有彈性的枝條啟發(fā)人發(fā)明了弓弩，木材浮在水上的性能啟發(fā)人發(fā)明了船舶，草木灰覆蓋在陶器上燒成釉，熔化的石英成了玻璃，空氣和水流動的規(guī)律產(chǎn)生了流體動力學，天體運行的規(guī)律產(chǎn)生了天，空氣急劇膨脹的原理產(chǎn)生了火藥，磁鐵與磁場的相應關系產(chǎn)生了指南針……冥冥之中，大自然造物的奧秘在一點點地啟發(fā)人類的創(chuàng)造，大自然才是真正的設計之母。
注釋：
�、呸D引自潘吉星：《〈天工開物〉譯注》，上海古籍出版社，1993，導言17頁。/⑵張竟瓊、蔡毅主編：《中外服裝史對覽》，中國紡織大學出版社，上海，2000，第27頁。/⑶（英）阿諾德·湯因比：《人類與大地母親》，徐波等譯，上海人民出版社，2001，第50頁。/⑷《中國大百科全書·考古學》，中國大百科全書出版社，北京，1986，第134頁。/⑸同⑷，第190頁。/⑹（英）赫·喬·韋爾斯：《世界史綱》（第15版），吳文藻、謝冰心、費孝通等譯，廣西師范大學出版社，桂林，2001，第86頁。/⑺錢耀鵬：“窯洞式的產(chǎn)生及其考古學意義”，《文物》，2004.3，第69頁。/⑻詹克明：“造物與制作（上）”，《上海文匯報》，2005。/⑼同⑷，第533頁。/⑽李水城、水濤：“四壩文化銅器研究”，《文物》，2000.3，第41頁。/⑾同⑹，第83頁。/⑿《十三經(jīng)注疏·考工記》，中華書局，北京，1980，第915頁。/⒀“1980年秋河南偃師二里頭遺址發(fā)掘簡報”，《考古》，1983.3。/⒁李零：《中國方術考》（修訂本），東方出版社，北京，2000，第306頁。/⒂同⒁。
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