工业产品的生态化设计：内涵、方法与评价*

黄雪飞HUANG Xuefei武汉理工大学，武汉 430070（Wuhan University of Technology，430070 Wuhan ）

工业产品的生态化设计：内涵、方法与评价*

黄雪飞HUANG Xuefei
武汉理工大学，武汉 430070（Wuhan University of Technology，430070 Wuhan ）

设计学是关于人为事物的科学，生态学的研究目标为事物多样化地可持续发展。工业产品的生态化设计以生态观为基础重新审视传统意义上的“人-产品-环境”系统，强调造物活动中系统研究的全面性。将生态化设计纳入工业产品制造系统和“自然-社会”系统考虑，对工业产品生态化设计的内涵、方法与评价等方面进行分析。提倡除产品生态化设计与制造之外，还应鼓励“商品的丰足与精神的享受和乐趣相结合”的消费文化和生活方式。

工业产品；生态化设计；内涵；方法；评价

一、引言

在人类发展的进程中，人们总是在不断地追求更舒适的生活方式和更有效的工作方式。尤其自工业革命以来，200多年的迅速发展让人们拥有了当今丰足的物质世界，与此同时却也带来了环境污染、资源能源过度使用等一系列的问题，全球经济已濒临不可持续发展的境地。20世纪美国经济学家K.波尔丁（K. Boulding）在其“宇宙飞船理论”中，首次提出“循环经济（circular economy）”的概念，为全球经济发展模式提供了新的思路。

我国工业有着独特的发展路径，尤其是改革开放以来发展迅速，也被认为是压缩型的工业化进程，如今也同样碰到了复合型的生态环境和产业发展问题［1］。因此，让生产系统和消费系统共同实现可持续发展将是我国的历史使命，工业设计作为制造产业中上游环节，理所应当负起更重要的职责。

为了推动我国制造业全民开展生态化设计与制造进程，并引导消费行为朝着低碳环保、可持续发展的方式转变，2013年2月，在我国工信部等多个部门联合发布的《关于开展工业产品生态设计的指导意见》中，对生态设计进行了解释，并在基础研究、标准制定以及试点工程与推广方面，有一系列的举措。

在生态化设计的提法方面，虽然还存在着如生态设计、绿色设计、生命周期设计、环境设计或可持续设计等不同叫法，但是他们的核心内容和主要目标，却是一致的。他们将人类发展与自然界的承受能力平衡考虑，把对产品从诞生到终结全过程中对环境的影响，作为一项主要的评价标准纳入产品的设计之中，使产品的环境属性成为提升产品商业价值的一个要素；通过设计开发环节的预先判断和巧妙实施，最终推动生产模式和消费模式的发展和改变。

因此，生态化设计要求全面考虑产品在开发、制造、流通、使用和回收等环节对环境的影响，尤其重视设计开发阶段的控制［2］。此外，生态化的设计还将导向绿色材料、绿色技术、绿色工艺的创新，也是提升未来产品全球竞争力的迫切要求［3］。

二、国内外研究现状

在国外，尤其在德国、意大利等工业水平较发达的国家，21世纪初就已经开始了生态化产品和生态化建筑等方面的探索研究。他们已经深入研究工业生产中各个环节对于环境的影响，以及思考如何通过工业设计环节的生态化设计研究，来解决产品制造和使用对于环境破坏的问题。

这方面的成果，主要体现在以下两个方面：其一，国外工业设计教育界和产业界，均有大量的生态化产品设计的理论研究和实际产品开发，并得到国家的大力推广，出版了一批相关的著作推向全球。其二，这些国家有意识地在产业界推行绿色设计的强制性标准，对制造企业的产品开发活动作出硬性要求，昭示了未来工业产业的发展方向。

在设计学领域，很早就有设计师将设计行为纳入生态视野来考虑问题，最重要的应属美国学者维克多·帕帕奈克（Victor Papanek）。在其著作《为真实世界的设计》（Design For The Real World）中，他认为传统设计过多地考虑了美观和形式，忽视了功能、用途、可维修性及产生的环境影响和社会影响。

在产业研究领域，1989年通用汽车研究实验室的罗伯特·弗罗斯彻（Robert Frosch）和尼古拉斯·格罗皮乌斯（Nicholas E. Gallopoulous），提出了产业生态学概念。他们认为，自然生态系统是工业系统的模拟对象，可以通过学习自然生态系统来构建产业生态系统。

在此基础上，还有许多研究人员将产业生态学研究进一步发展和深化。其主要涉及的研究领域包括：原料与能量的流动；物质的减量化；生命周期的规划与设计；生产者的责任；生态工业园以及可持续的政策法规，等等。

在标准化研究领域，在国际标准化组织发布的ISO 14000环境管理体系的系列国际标准中，对产品和服务生命周期的各个环节进行了管理。此外，还发布了《将环境因素引入产品的设计和开发》（ISO/TR 14062）等评价标准［4］。

在我国，近10年以来，设计理论界一直有学者倡导绿色设计、生态化设计或者可持续设计，但也只是多停留在生态化设计的概念研究和内涵研究方面，对设计过程的研究，还未形成系统性的理论成果。

近几年，在我国设计教学中也逐渐有教师开始了生态化设计的实验性教学，诞生了一批可以触动设计师传统的设计思维方式的作品。这些作品设计和制作多为手工完成，欠缺对产品的工业化生产方式的考虑，产品的商业化推广以及产业系统生存能力方面的研究还不够深入。

三、生态化设计的内涵

1.生态化的价值

对生态的关注始于人们对生物个体的研究，今天的生态学已是一个跨越多个领域的学科，涉及的范畴也越来越广，人们也通常用“生态”来描述美好、健康、和谐的事物［5］。

“生态化”的内涵主要体现在两个方面：一是生态发展观。表达了人类的精神文明与社会发展阶段的水平，属哲学层面的解释。二是生态化手段。经过人类科技和文化的不断发展和积淀，从自然界中发现的反映事物发展的规律，属方法论的层面。

（1）生态发展观。传统的经济学理论体系一般认为，经济增长、物质丰足是人类发展的主要目标。直到20世纪中期，资源、环境、道德等一系列反映人与自然界矛盾的问题的涌现，冲击了这种“经济至上”的发展观，以人与自然和谐发展的新的发展观才开始得到认可。它反对经济增长的唯一性，认为人类的发展，应该以资源、环境、文化、历史等条件为基础，实现经济增长、政治民主、科技发达、文化融洽、自然平衡等全面的发展。

因此，生态发展观以人与自然界的和谐平等为前提，人类社会发展与自然生态系统协调发展，它标志着社会发展观的革命性变革。

（2）生态化手段。生态化手段是将生态学领域的理论体系和研究成果，跨学科地予以思考与应用，将生态学的核心思想渗透到人类社会，用自然界的协调发展的理论，去看待人工自然的发展规律，使人与自然和谐发展。

目前，我国学者对生态化有各种不同的认识，主要体现在以下两方面［6］：其一，生态化即为无毒、无害、无污染，是能源、资源的节约使用，是人类的可持续发展。其二，生态化是生态学的基本观点、概念和方法，在其他学科和领域的移植、延伸和拓展，从而形成更为丰富的学科理论体系和现实问题的解决方法。

2.发展中的工业设计

工业设计是工业革命的产物，也是调节生产关系的“润滑剂”，发达国家都曾靠它快速发展。今天的工业设计，除了学科发展的使命之外，它在国家制造业的发展和经济社会的发展中，也都扮演着至关重要的角色。总的来说，工业产品的设计，经历了产品化设计、商品化设计与生态化设计3个典型的形态［7］。

传统的产品设计概念，其本质是技术的物化，是满足工业化批量生产要求的造物活动。产品设计以“产品化”为中心，将功能、效率、安全等因素的实现为目标，研究零件与零件、部件与部件之间的关系。在学科体系中，发展出了今天的各类工程技术学科。

商品化设计是产品设计的另一个阶段，在满足实现产品功能与效用的基础之上，将商业因素考虑进去，通过满足人们对产品的符号语意、象征意义、品牌基因等精神方面的需求，提升产品的商业竞争力。当然，过度的商品化设计也带来了一些负面效应，出现了如奢华设计、过度包装设计、短生命周期设计等畸形产物。商品化设计的过分，迁就和助长了人的非理性需求和对物的贪恋，破坏了大自然的生态平衡。如此以往，人类终将处于不可持续发展的境地。

生态化设计是可持续发展的设计，是运用生态学思维与方法，将环境因素纳入造物活动中去。生态化设计既满足人的物质需求又满足人的精神需求，既注重经济与产业发展又注重生态环境保护与全球可持续发展。生态化设计是生态哲学视角下工业设计的进一步演化，它综合生态学观点认识造物活动并提出解决方法，为人类未来的生活方式创造新的价值。

3.生态化设计的内涵

生态化设计是一种构建及开发可持续解决方案的策略设计和开发活动，它综合考虑商业、环境和社会问题，反思设计究竟是为了满足消费需求，还是在保证人与自然共生的前提下，引导人们建立健康、合理的生存方式。因此，从这一层面上来说，它还映照出对人类社会与文化发展具有一定影响的伦理观。

生态化设计目标在于可持续设计，要求人的发展于环境和谐平衡，设计满足当代人的需要，又兼顾保障人类后代永续发展的可能性。

若将生态化设计的内涵，按照自然、社会、经济和科技4个维度的属性进行解读，它主要表现为以下几个方面：一是尽可能少地对大自然造成破坏，人类的生存环境得以持续。二是改善人类的生活质量，人类社会可持续发展。三是产品和服务设计在商业模式上获得成功，经济发展利益较大化。四是开发持久性能源与利用再生资源，建立极少产生废料和污染物的工艺和技术系统，等等。

四、生态化设计的方法

1.主要意义

产品设计位于产业链前端，产品生命周期内多数的资源消耗和环境影响，都由开发设计阶段所决定。在开发前期，综合考虑生产技术、材料工艺、装配维修、仓储物流等因素，解决各个环节可能出现的资源环境问题，可以最大限度地节约资源，减少环境污染。

（1）生态化设计将探索合适的服务或产品形式，来适应或引导消费者行为，也可使企业在设计开发阶段，对未来有可能对环境产生不利影响的方面，采取积极的应对措施。如舍弃不必要的功能；选择环保的原材料；进行更科学的结构设计；设计易于维护、拆解、利用和归类的构件或模块；等等。

（2）生态化设计对人文、自然的关照，还将增加产品在全球市场上的亲和力，也将影响到企业的竞争力甚至区域产业竞争力。在全球化日益明显的的信息社会中，世界各国尤其是发达国家愈发重视产品对环境的影响，具有绿色环保属性的产品，已成为未来消费者青睐的对象。这种变化，已经倒逼我国加工制造业转型升级，进而更为重视产品的原创性设计和生态化设计。

（3）实施生态化设计还将引导绿色技术、绿色工艺的创新，推动制造业向绿色制造转型。生态化设计从需求端出发，在将概念转化为产品的过程中，综合考虑资源节约、能源节约、无害化和环境保护等目标，在无毒、无害或低毒、低害的绿色材料、绿色制造技术与工艺等相关环节，都有了新的要求，这必将推动产业链下游环节的生态化转变。

产业系统是企业生存的基础，也是将生态化思想融入创新产品的前提，生态化设计绝不是孤立的行为，它受到产业系统内各方面因素的作用和影响。因此，生态化设计需要顶层设计和底层设计同时进行，要在产业布局与规划设计、行业规范与政策法规、企业规划与管理创新等各个层面，形成推动生态化设计的保障体系。

2.生态化设计的主要方法

工业产品的生态化设计，要将环境因素考虑到工业设计之中，重构“人-物-自然”系统，改善产品在生命周期中的环境性能。产品生命周期分析方法，对原材料的获取，以及产品的生产、包装、运输、安装、维护、使用、处置等产生的环境影响进行评估，是产品生态化设计的重要手段，可以在设计初期及时调整方案，避免环境影响［8］6-7。

生态化设计的方法，主要有以下几种。

（1）选择生态环保的材料。设计在选材时，应尽量选择生态环保且对人体无害的原材料。一些材料在生产、使用、焚烧或填埋过程中，对环境污染低且排放较少。一些天然材料，则可通过地球本身的新陈代谢而得到更新。还有一些材料在生产时，耗能和污染较少。而另一些材料，在使用后可轻易地被再次使用。

（2）减少材料的使用。通过产品设计的改良，来减少材料的使用。如在产品设计中，减少体量、精简机构、删减过剩的功能；产品的包装设计，避免过度包装和奢华设计，等等。

（3）优先选择低能耗、低排放的生产方式。如选择产生较少排放物的产品加工技术与工艺，通过形态设计或结构设计的调整，来减少生产过程的废料与排放；选择能耗小的能源技术，如使用太阳能、风能、电能等能源。

（4）降低产品在使用中产生的能耗。这主要是针对用能产品类，如近几年我国政府通过补贴对高效能节能灯进行推广使用。再如，电视产品的更新换代，从传统电视到液晶电视再到LED互联网智能电视，在功能提升、体验增强的同时，产品在使用中的能耗也大大降低。

（5）延长产品的使用寿命。提高产品的利用效率，尽量避免一次性产品的使用，减少资源消耗。如提高产品的易用性、可用性、可靠性、耐用性，延长产品使用寿命，或提升产品外形美观性和适用性，延缓产品的更新换代。

（6）模块化和标准化设计。模块化设计将产品的核心功能，分为若干个模块。其模块可通过不同的组合，形成差异性产品，满足多样性需求。通过对产品部分模块的升级换代，延长其寿命周期，让用户使用起来既经济又方便。

标准化设计则通过标准化的零部件和结构的使用，利于形成产品的供应商规范和产业的专业细分。

（7）定制化设计和小批量生产。未来用户对产品的需求，会更趋个性化和差异化。面向特定用户群的定制化和个性化设计，将引导企业的生产方式向小批量工业生产及灵活性生产方式转变。

同时，云计算、大数据、3D打印、智能工厂、网络化制造等，也将逐渐融入新的制造体系。

（8）产品易于回收再利用。产品设计要易于拆卸和分类回收，如使用可分离的钩、卡销、螺丝等连接，而不用焊接或黏合的连接方式，以及采用统一标准的连接方式，易于用通用工具拆装。另如，对材料可以加上标示或使用其他信息识别方式，使其易于被识别及分拣。

（9）推动从物质设计到非物质设计的转变。倡导设计的服务价值，充分利用计算机、互联网、物联网等信息工具，推动产品设计向服务设计转变，引导以服务为核心的消费方式和生活方式。

五、产品生态化设计的评价

产品生态化设计的评价，一般选用产品生命周期评价（Life Cycle Assessment，简称LCA）作为主要方法。该方法主要考察产品材料、制造工艺、仓储流通、产品使用、维修保养和回收处置等环节，对环境的影响和能源的消耗。

1.产品生命周期评价的定义

产品生命周期评价的方法，基于能量守恒原理和物质守恒思想，对产品生产、使用和终结等过程中的物质和能量的输入与输出进行平衡计算。它作为正式的评价术语，是由国际环境毒理和化学学会（Society of Environmental Toxicology and Chemistry， 简称SETAC）在1990年提出并给予的定义和规范，即通过定义和量化与评估对象相关的能源使用、物质消耗、废物排放，评估其造成的环境负担与影响，辨别和评估改善环境的机会［9］。

2.产品生命周期评价的框架

产品生命周期评价（Life Cycle Assessment，简称LCA）作为一种评价方法，主要由4个相互联系的要素组成：目标和范围的定义（Goal and Scope Definition， 简称GSD）、生命周期清单（Life Cycle Inventory， 简称 LCI）、生命周期影响评价（Life Cycle Impact Assessment， 简称 LCIA）、生命周期解释（Life Cycle Interpretation，简称LCI）［8］99-101，其模型如下（见图1）。

图1　生命周期评价（LCA）模型①

（1）目标和范围的定义（Goal and Scope Definition， 简称GSD）。即产品在评估之前，要对评估的目标和范围进行定义。评估目标主要是明晰实施生命周期评估的原因，以及评估结果的公布范围。评估范围需要对产品系统的功能、功能单元、产品系统、产品系统的边界等概念进行定义，同时还需对分配的方法、环境评估方法、数据的要求、评估中的假设条件、评估的局限性、原始数据的要求、审核方法、评估报告的类型与格式等诸多方面，进行明确定义。

（2）生命周期清单（Life Cycle Inventory， 简称 LCI）。即整理出生命周期清单并进行系统分析，用定性描述的方法对系统内外物质流和能量流进行研究，并对产品生命周期的每个阶段环境负荷的类型与数值进行统计分析，进而分析出整个生命周期内资源和废物的输入与输出情况。

（3）生命周期影响评价（Life Cycle Impact Assessment， 简称 LCIA）。即根据清单分析统计的要素列表，全面分析产品生命周期对环境的影响。该过程中将环境影响的类型，定义为有害有毒、破坏生活环境、破坏可再生资源循环体系和消耗不可再生资源这4个类别，并依此对清单分析过程中所列要素的分类进行定性分析和定量研究，识别其中的重大环境因素并作出判断。

（4）生命周期解释（Life Cycle Interpretation，简称LCI）。即对生命周期研究结果作出解释，将清单分析和影响评估两个过程的结论进行整合，使其与最初制定的目标和范围一致，给出结论并提出合理性的建议。

由于产品生命周期评价考虑产品生命周期的整个链条，因此包括从原始物质开始，直到产品终结的每一个阶段内，其能源和其他资源的使用情况。所以，基于生命周期评价的产品设计，需要具备以下基本特性：环境的亲和性、产品的耐用性、资源的可回收性、产品功能的灵活性以及产品使用的节能性［10］。

3.产品生态化设计的评价指标体系

中国标准化研究院提出，工业产品的生态化设计评价指标体系可以按一级指标和二级指标来构建。一级指标需要反映同一类型工业产品的共性，包括影响工业产品生命周期各阶段使用性能及环境性能提升的主要因素，并能反映生态设计产品评价的资源属性、能源属性、环境属性、生物和人体健康、产品属性等指标。二级指标则需更具有针对性、适用性和可操作性，定量指标可计量，定性指标便于验证［4］。

六、结语

工业产品的生态化设计研究是一个多学科的复杂系统研究，无论是从早期的“绿色设计”还是当代社会讨论的“环境可持续设计”、“生态化设计”，都反映了不同时代背景下，设计对人的需求的满足和对人与自然界的和谐发展的关注。

生态化设计仅靠设计师的主观意识和个体能力是无法完成的，还需要企业和全社会关心并做出改变，更需要通过合理的顶层设计，系统制订应对策略。制造企业是产品生态化设计的主体；高等院校是设计人才培养的主体；政府与行业机构则是产品生态化设计标准和相关政策法规制订的主体。因此，把握好这3个主体，是十分有必要的。

除了制造业需要向可持续发展的生产方式转变之外，社会还需引导大众的生活方式也要向更健康、更可持续的方向转变。即摈弃高消费、时髦消费及奢侈消费，提倡建立在适度消费、合理消费和绿色消费基础上的理性消费文化。政府应引导构建以提高生存质量、提升社会幸福感为主要内容的大众生活形态，这是一种以“从物质丰足转向服务系统、情感体验、精神富裕”的新的生活方式，它符合人类可持续发展进步的终极目标。

注释

①图片来源：作者自绘.

［］［］

［1］黄雪飞.生态视域下专用汽车设计产业链研究［D］. 武汉：武汉理工大学，2012：47-48.

［2］孟凯宁.基于生态视野下生态产品设计原则的思考［J］.生态经济，2013（1）：196-199.

［3］刘俊卿.探路工业产品生态设计［J］.中国经济和信息化，2013（5）：51.

［4］高东峰，林翎，付允，陈亮，陈健华，鲍威，王秀腾，黄进.工业产品生态设计研究进展［J］.标准科学，2014（7）：9-12.

［5］陈英.环境问题与宪法价值取向生态化研究［D］.贵阳：贵州大学，2008：8-9.

［6］徐四强.可持续发展观下的技术创新研究［D］.长沙：湖南大学，2005：27.

［7］许喜华.论中国工业设计的发展形态：产品化、商品化与生态化设计［J］.中国机械工程，1999（12）：1413-1417.

［8］袁长祥.用能产品生态设计使用指南［M］.中国标准出版社，2009.

［9］SETAC.Environmental Life Cycle Management［R］.Ottawa：Environment Canada，1992：42.

［10］刘永清，肖忠东，彭岳建.基于生命周期评估的产品设计研究［J］.湘潭大学自然科学学报，2008（2）：101-106.

（责任编辑孙玉萍）

Ecological Design for Industrial Products： Connotation， Method and Evaluation

Dеsign is thе sсiеnсе оn mаnmаdе things. Тhе оbjесtivе оf есоlоgу is thе sustаinаblе dеvеlорmеnt аnd thе divеrsifiсаtiоn оf things. Тhе есоlоgiсаl dеsign оf industriаl рrоduсts is bаsеd оn thе реrsресtivе оf есоlоgу， аnd rе-еxаminеs thе "реорlе， рrоduсt，еnvirоnmеnt" sуstеm in thе trаditiоnаl sеnsе. It еmрhаsizеs thе соmрrеhеnsivеnеss оf thе sуstеm rеsеаrсh in thе сrеаtiоn асtivitу. In this рареr， thе есоlоgiсаl dеsign is inсоrроrаtеd intо thе industriаl рrоduсt mаnufасturing sуstеm аnd thе "nаturаl sосiеtу" sуstеm， аnd аnаlуsеs thе соnnоtаtiоn， mеthоd аnd еvаluаtiоn оf thе есоlоgiсаl dеsign оf industriаl рrоduсts. Араrt frоm рrоmоting есоlоgу dеsign аnd mаnufасturе оf industriаl рrоduсts， thе соnsumрtiоn сulturе аnd nеw lifе stуlе оf “thе соmbinаtiоn оf соmmоditу аbundаnсе аnd thе sрirit оf еnjоуmеnt аnd рlеаsurе” shоuld аlsо bе еnсоurаgеd.

industriаl рrоduсt；есоlоgiсаl dеsign；соnnоtаtiоn； mеthоd；еvаluаtiоn

J0-05

Adoi：10.3963/j.issn.2095-0705.2015.06.004（0019-06）

2015-11-23

2013年度中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2013-Ib-019）。

黄雪飞，博士，武汉理工大学艺术与设计学院讲师。