丁拱辰设计思想探析

占炜++李朔

一、丁拱辰及其设计思想概述

19世纪中叶，中国正面临着深刻的社会变革，林则徐和魏源提出“师夷长技以制夷”的思想，主张大力学习和引进西方现代科学技术以应对西方资本主义势力在中国的侵略扩张。在这样的背景下，那些有机会接触西方科学技术的知识分子开始介绍西方军工、船舶、机械等知识，并进行仿制设计，这可以说是我国现代设计的开端，而丁拱辰就是其中身先士卒的践行者。丁拱辰（1800-1875），福建晋江人，字淑原，号星南。鸦片战争爆发后，目睹我国武器设备落后的被动挨打局面，为加快我国武器发展进程，有丰富出国游学经历的丁拱辰夜以继日地整理、绘制他所积累的西式武器资料，编著成《演炮图说》一书，阐述各种火炮的设计、装配、制造和应用方法，并设计出点炮时用的象限仪。1849年，丁拱辰赴桂林从事各种类型的火炮、火箭、火喷筒等军器的设计、制造工作，进入这些军备设施批量化制造的实践阶段，并在此基础上先后写出《演炮图说后编》和《增补则克录》两部著作。洋务运动兴起后，丁拱辰编著了12万字的《西洋军火图编》，系统论述了西式武器的设计、制造和使用的方法。丁拱辰在此期间还与人合作设计出火车和火轮船方案，并用铜材制造出小样模型，为后续徐寿等人的战船设计和研发奠定了一定基础。丁拱辰著作的主要内容包括：各种西式火炮、轮船、火药、炮弹的仿制、设计、铸造的方法与应用；炮位的设计和安置方法；准确测量各种火炮演放远近高低的方法；各种火炮类型、使用的说明；火炮附加的滑车、炮架的设计和使用方法；面对不同自然环境的炮台、炮位依势而变的设计、制造和使用；演放火炮时的各种注意事项的图解说明。丁拱辰的著述中大量采用图标、图表等图示配合文字加以说明，图文并茂，有效促进了设计方案的推广和应用。丁拱辰在仿制、设计、试制、推广火炮、轮船的过程中，体现出了卓越的现代设计思想：1.在产品开发过程中“先算后铸”，将设计行为从生产活动中分离出来，形成一种独立职能，在意识和实践上有效促进了武器装备领域从传统手工业向现代工业的转型，为武器装备的大规模批量生产奠定了基础。2.从仿制火炮开始，通过产品使用方式、使用环境等综合分析，在仿制的基础上开始对产品局部功能展开改良创新，同时也在火船、火轮车等产品上开展概念创新，并试制出小型样机论证设计的合理性。3.在产品研制过程中，开始利用实验、实证等科学方法进行设计，在产品尺度、工艺、材料等方面制定严谨的规范，使产品制造有“法”可依。4.在综合协调产品内部、外部多种因素的过程中体现出较为系统的设计观念。

二、从仿制设计到创新设计

仿制是通过分析和测绘已有产品的详细结构和使用方式， 进而获得相同或加以改进形态功能的产品或体系的设计过程。仿制也是一种设计，往往是一个国家和地区设计初始时的常用方式，可快速实现设计的追赶。丁拱辰在意识到本土武器、战船落后于西方之后，首先做的就是将所积累的西式武器详加考证，“涉海诸邦，所至留心炮法，其于各岛炮式、船制，习闻习见，随在弹心讲求”，之后便用简明的图形形式表达出加工方法、安装程序、使用过程等信息。丁拱辰《演炮图说辑要》中的《西洋火轮车火轮船图说》是我国最早介绍蒸汽机、火车和轮船设计和制造的文章，所附的“火轮船图”是我国最早的蒸气动力轮船仿制加工图式。

然而，这种看似简单的仿制设计却透露出了丁拱辰被动创新的历程。当时满清驻德公使许景澄对西方武器、船舶的仿制曾有“子药皆秘法，难仿”的无奈，可以设想丁拱辰要以一个普通中国商人的身份在西方国家探索火器制造的详细信息是何等困难。丁拱辰在了解了武器、船舶的碎片化信息之后，对西方设计的逻辑和方法详加揣摩，找出了西方“必合勾股”等设计逻辑，并“引类相推，细心揣摩，摘试诸法”，在通过演算、推论之后，逐步完善西方各种武器、船舶设计制造的方法。因此，丁拱辰在仿制火炮、货船的过程中自然融入了自身的创新，使物品设计、制造、使用趋于合理化。在从仿制到创新的设计发展过程中，丁拱辰还善于发现物品在使用过程中的问题并加以改善而实现创新。例如，为方便火炮的迁移以及使用过程中的方位、角度的调整，丁拱辰为火炮设计了一种巧妙的滑车绞架以配合使用，这种绞架灵巧、结实，使火炮的操纵推换都极为灵便，大大提高了火炮的战斗力。丁拱辰在对轮船、火轮车进行研究分析后绘出有关的设计图样，对机具在船身的位置和装备方式做多种尝试，并制作了样机模型。这批轮船模型的结构为明轮式，放在河内试验行驶颇快，且功能较为完备。此外，丁拱辰还设计并制作了一辆锅炉和机身都是铜制的“小火车”模型，这辆车以蒸汽为动力，长一尺九寸，宽二寸，可载重三十斤。限于当时的加工和工艺水平，虽未制造出实用的火车和轮船，然而“虽小大之殊观， 亦效法之初基”，且丁拱辰对这种并不能快速实现的设计说道：“星南之意，不只切合一时之需，厚望于智者之发蒙启惧，作有所深造焉。”对于超越时代设计的积极尝试体现出了其长远的目光以及“可持续”的创新设计观念。

三、从经验设计到科学设计

我国封建社会重政务、好思辨、轻工商、斥技艺的社会主导意识使得设计活动长期融于感觉、经验和悟性的锤炼之中。这种社会意识形态极大限制了自然科学技术的发展，阻碍了人们利用实验、实证等科学方法去解决问题和开展创新设计，这被认为是中国现代设计发展在思想观念中的最大障碍。19世纪中期西方列强的入侵也间接带来了他们的科学研究意识和方法，人们不仅开始重视科学技术，并且开始将西方科学研究方法应用到造物设计中，中国开始走向引进——仿制——消化——融汇——创新的被动现代化道路。丁拱辰有丰富的国外游历和经商经历，耳濡目染，受西方实证研究方法影响颇深。他认为“铸炮之法，首在锻炼之功，而围径之大小长短，又须俱和算法”。丁拱辰在对产品进行设计和研制的过程中，体现出明显的科学性、严谨性，力图达到尺度精准、装配合理、操作规范。丁拱辰在设计器物时，对尺度的要求是极其严格的，在火炮的设计中，规范了多型号、不同大小的部件的尺寸，而且对其装配位置也具体提出要求，所有部件皆需“配造合式”。例如，丁拱辰设计火炮的炮耳安置要“合宜”，安装要不偏不倚，才能实现轻重平衡，达到“轰震可期稳固”的效果，并提出了“合法”的操作过程。在如何实现“演炮”精准定位的办法上丁拱辰也费劲心思，在游历海外诸国期间，凡遇到精通数学的人，都会“辄为谘访”，在演炮距离计算中最终引进几何数学的计算方法，“遵勾股，立表测影，期于必合”。数学方法的应用是设计从经验主义转向科学化的重要体现。丁拱辰在此基础上将不同标准和型号的火炮演放角度和发射距离的关系做科学化梳理和详尽说明，至此，在演炮中有了操作规范和参考标准，这种条理化的统计方法透射出了现代设计中对于物品使用的传达理念。丁拱辰在火炮材料的选择上，曾进行多次反复实验得出了具有较好功效且廉价的铸铁的配比方案。因为铜虽然具有较好的加工特性，且其材料特性更适合制作火炮，但丁拱辰认为“铸铜炮则工本甚巨，铸铁炮较为费省”，建议铸造铁炮。在此指导思想下，进而提出若煅炼铁的方法得当，使铁能够达到一定的“精纯”，铁炮也能达到铜炮的效果。丁拱辰随即开始寻找适合铸炮的材料，后认定“维粤省所产者为佳”，并经多次试验论证原料的最佳配比方案，后终于得法：“新黑麻尖锅铁加至八成，取其坚实，配以荒山新片铁二成……，加工锻炼铸成，质体内外，一律光润”。此外，在加工工艺上，受限于当时的铸造技术，灌铸的底部材料较为坚硬，顶部较为疏松，丁拱辰提出“炮口朝上灌铸”的加工规范，这种科学的方法可使炮尾坚实，避免“炸裂之患”。

四、注重设计的系统性

丁拱辰的设计实践将设计行为从整体生产活动中分离出，在对设计物进行充分论证后开始生产试制，有效降低产品开发的风险并提高开发效率，这种产品开发模式基本符合现代设计的特征。我们从丁拱辰崇尚科学研制、拓展创新维度的实践中可以看到中国现代设计的雏形。丁拱辰在产品设计中注重产品内、外多元素的协调，表现出较系统的创新模式，具体表现在：从只关注产品设计到关注流程设计，从设计单一产品到设计系列化产品，从只关注产品的生产到关注产品的使用和传播，从关注新产品创新到关注新老产品的协调创新，从关注产品本身拓展到关注产品与环境的协调。丁拱辰的系统性设计理念首先体现在对产品研制流程规范的制定上。丁拱辰强调在所有火炮制造过程中皆需要“先算后铸”，即先设计规划后制造生产。这是有别于手工业制造方式的现代化生产方式，这种模式使得大规模机械化制造成为可能。在完善单一火炮的设计后，丁拱辰注重多型号武器间的匹配和协同制造关系，通过综合分析多型号的火炮尺寸关系，建立完善的火炮加工、装配的统计数据，建立系列化的产品族，并对不同型号产品相应的操作细节和使用环境做充分说明，有效提升了武器选择的效率。丁拱辰特别重视产品使用方法的有效传播。“择其演炮要法，另拟图说数则，言简意赅，刊刻多张，悬挂炮台”，利用图形化的表达模式传达操作方法以及使用规范，使驻守炮台的司炮者，人人都能理解。丁拱辰在对产品进行改良创新后，也兼顾老产品的改造。例如在对炮圈进行改良后，丁拱辰对“已成之炮”和“未铸之炮”如何应用这种改进装置有不同的方法和操作，并提出“夫制度制法，必当因时变通，整理合度，以垂久远，似乎不必拘泥旧章也”。此外，丁拱辰还注重产品与使用环境的关系，分别介绍了“曲折炮台”、“圆形炮台”等不同形态炮台的环境适应性。

五、结语 近代中国特殊的国情导致其工业化道路较西方有巨大的差异，我们不能用西方现代设计的发展线索来理解中国设计的发展进程，中国近代设计如何发端、如何演进有其自身的特殊性。丁拱辰的设计是中国近代设计演进旋律中不可或缺的音符，对丁拱辰设计思想的深度挖掘将有助于完善中国近代设计历史版图的建构。 （责任编辑：徐智本）