面向城市轨道列车外观设计的地域文化因子影响

梁 哲 ，刘海男 ，向泽锐 ,3，支锦亦 ,3，卜柳茹 ，何天宇

（1.西南交通大学设计艺术学院，四川 成都 611756；2.中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130000；3.西南交通大学人机环境系统设计研究所，四川 成都 611756）

城市轨道交通是指城市或都市圈范围内以轨道结构进行导向的公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统（跨座式和悬挂式）、有轨电车系统、磁浮系统、市域快轨和自动旅客捷运系统（automated people mover system, APM）等[1-2].“十四五”发展规划期间，中国城市轨道交通运营里程有望新增5000 公里，总里程达1.3 万公里[3].城市轨道列车作为基础设施因其使用寿命长、更新迭代慢，能够较为稳定地展现和反映所在城市的形象.当前我国城市轨道列车外观设计缺乏系统整体的形象设计策略、文化鲜明性不足/文化缺位、文化认同度普遍较低，在车辆外观的艺术性和文化性等方面均有待提升[2].

目前，围绕文化与城市轨道列车外观设计的研究主要有：徐伯初等[4]提出了地域文化视域下的交通形象塑造理论；董石羽等[5]分析了城市公交系统形象与地域文化间的相互关系及影响机制；魏峰等[6]基于城市公共交通系统形象的设计要素和原则，构建了城市公共交通形象识别系统；唐珊[7]总结提出了体现地域物质文化和精神文化的地铁造型设计方法；支锦亦等[8]对地域文化融入城市公共交通视觉形象的相关研究进行了综述；向泽锐等[9]分析了地域文化的构成要素及其层次划分，并从理念层面、行为层面和视觉层面3 个维度提出典型地域文化元素的提取与转换方法.

地域文化内涵丰富、构成因子众多、影响程度高低不齐，现有研究难以解决设计中典型地域文化元素的优选问题.本文以城市轨道列车外观设计方案为研究案例，基于地域文化因子的构成要素及其权重关系，运用层次分析法（AHP）构建地域文化因子影响层次评价模型，优选出具有高影响度的地域文化因子，为在城市轨道列车外观设计中表征与呈现典型地域文化特征提供了参考方法.

1 地域文化与城市轨道列车外观设计

1.1 地域文化

文化是一个被广泛使用而又暂时没有统一定义的术语，具有多义性、不确定性和层次性特征[9-10].地域文化同样是个模糊的概念：张凤琦[11]认为地域文化是相应空间内特定人群思维模式和行为模式的总和；白欲晓[12]认为地域文化是具有地域特征和相应属性的文化形态；徐伯初等[4]认为地域文化是指在一定的地域范围内，经过长期发展而积累形成的历史遗存、文化形态、社会习俗、生产生活方式等.

1.2 地域文化因子的构成要素

将地域文化划分为3 个层级[9-10]（物质层、制度层、精神层），如图1.

图1 地域文化因子的要素划分及关系Fig.1 Classification and interrelationship of regional cultural factors

从外观设计视角将地域文化因子分为文化造型因子、文化色彩因子和文化内涵因子：文化造型因子是地域文化中的形态文化元素，主要用于提取列车型线，抽象概括（仿生/仿形）设计原型形态；文化色彩因子是地域文化中的色彩文化元素，用于提取和构建反映地域文化的色彩集；文化内涵因子是地域文化中的理念文化元素，用于提炼地域核心精神和文化主题.

1.3 城市轨道列车外观设计

城市轨道列车通常运行于特定的目标城市和固定线路，是城市中一道流动的风景线，也是传承和展现城市文化的重要载体.在城市轨道列车外观设计中融入城市文化、运营线路文化有助于提升城市形象、打造城市名片[2,13-14].造型设计和外饰设计（特别是涂装设计）是城市轨道列车外观设计的两大核心内容[2]，也是视觉表征的重要载体.设计实践中，可在满足技术要素、美学要素、人因要素的前提下，通过融入文化元素的外观造型和涂装设计来提升列车的文化精神内涵[15].因此，城市轨道列车外观设计应基于技术和人因约束，结合不同城市的地域文化载体，选择具有高影响度的地域文化因子，并通过造型设计和外饰设计将其与美学要素融合，从而实现与城市环境相融的高质量列车外观方案，展现和提升城市的文化形象.

2 地域文化因子优选方法研究

2.1 重要性评估方法

重要性评估方法可分为定性评估与定量评估两类：定性评估方法主要是评价者通过观察、分析、归纳与描述，根据自身经验做出主观判断的评价方法；定量评估方法是借助数学工具，通过权重指数计算得到客观、量化的结论，如层次分析法、主成分分析法、模糊综合评价法、熵权法、模糊数学、SWOT(strength-weakness-opportunity-threats)分析法、神经网络评价法等[16].此外，联合眼动和脑电[17]、基于PAM (partitioning around medoids)聚类算法[18]也被用于工业设计领域的评估研究.其中，层次分析法作为多指标、多方案的优化决策方法，适用于处理定性和定量相结合的设计问题以及权重系数取值问题[19-20]，可用于研究设计前期概念元素的选择[21].因此，本文采用层次分析法作为地域文化因子的优选方法.

2.2 基于层次分析法的地域文化因子优选流程

基于层次分析法的地域文化因子优选流程主要分为5 个步骤：

步骤1文化辨识.首先确定地域范围，然后进行文化调研，筛选出典型的地域文化载体.

步骤2因子提取.从筛选出的典型文化载体中分别提取文化造型因子、文化色彩因子、文化内涵因子以及其他影响因子.

步骤3问卷调查.确定调查对象，设计问卷，进行问卷调查，然后对调查结果进行数据统计与分析，得出具体评价指标及数值.

步骤4因子优选.采用层次分析法进行地域文化因子优选.具体包括：先建立层次结构模型，将其分解成目标层、准则层和指标层；然后引入测度理论，进行两两比较，构建判断矩阵并计算各项权重；通过一次性检验后，进行综合排序；最后得出地域文化因子优选结果.

步骤5应用评估.根据优选结果得到典型地域文化因子（文化造型因子、文化色彩因子和文化内涵因子）；然后通过设计流程分类转化成列车外观造型、外饰涂装、文化内涵等，并在综合考虑列车设计约束集[9]的前提下，提出具有高文化认同度的列车外观设计方案；最后通过对潜在用户的主观测评来验证方案的文化认同度及优选结论的正确性.

3 基于层次分析法的地域文化因子优选研究

3.1 问卷调查实验

1） 调查对象

调查对象由设计专业人员（设计专业师生、专业设计师）和地铁乘客构成，年龄在17～65 岁，均值为36.14 岁，标准差为14.24 岁，男女比例1∶2，对城市轨道列车较为熟悉.

2） 问卷设计

从文献[9]中选择具有地域文化的城市轨道列车方案样本，重要度测评采用Likert 5 级量表（影响程度分为不重要1 分、较不重要2 分、一般3 分、较重要4 分和非常重要5 分，值越大表明越重要），结合调查对象特性，根据城市轨道列车外观设计的影响因素和地域文化因子层级划分来设计调查问卷的内容框架.部分城市轨道列车方案样本和调查问卷示例见图2，调查问卷涉及的地域文化因子影响程度测评内容框架详见表1.

表1 地域文化因子影响程度测评的内容框架Tab.1 Content framework of influence degree of regional cultural factors

图2 城市轨道列车方案样本和调查问卷示例Fig.2 Samples of design scheme and questionnaire of urban rail vehicles

3） 调查程序

步骤1讲解项目背景资料和研究目的；

步骤2向被试者分指标、分类别展示城市轨道列车方案样本，简要介绍其外观设计中地域文化因子的选择、应用与呈现方式；

步骤3发放调查问卷；

步骤4协助被试者填写调查问卷；

步骤5回收调查问卷，调查结束.

4） 问卷调查

面向设计专业人员发放问卷76 份，回收有效问卷68 份，有效回收率为89.47%；面向经常搭乘地铁的乘客随机发放问卷207 份，回收有效问卷172 份，有效回收率为83.09%.

5） 信度分析

为了确保问卷内容设置的合理性与调查结果的可信度，采用SPSS (statistical product and service solutions)对调查问卷进行信度分析，通过计算Cronbach’s Alpha 值对问卷问题与选项之间的关联性进行检测分析.通过数据分析得出，问卷总量表的信度系数为0.94，其中：文化造型因子分量表的信度系数为0.89；文化色彩因子分量表的信度系数为0.84；文化内涵因子分量表的信度系数为0.88.

3.2 调查数据统计分析

根据问卷调查结果统计获得了地域文化因子重要度分布情况，详见图3；通过SPSS 对调查数据进行描述性分析，结果见表2，该数据将作为后续层次分析法专家权重打分的判断依据.

表2 样本数据分析Tab.2 Analysis of sample data

图3 地域文化因子重要度分布Fig.3 Distribution of importance evaluation of regional cultural factors

3.3 基于层次分析法的地域文化因子优选方法

3.3.1 建立层次结构模型

运用层次分析法建立地域文化因子评价层次结构模型，如图4.

图4 地域文化因子评价层次结构模型Fig.4 Hierarchical structure evaluation model of regional cultural factors

3.3.2 构建判断矩阵

结合表2，根据文化构成具体指标的得分数据，获得准则层中3 类地域文化因子的得分，再通过均分除以总分得到得分率，详见表3.

表3 准则层中3 类地域文化因子的得分情况Tab.3 Scores of different categories of regional cultural factors in criterion level

层次分析法的判断尺度见表4.通过得分率的差值来判定两个因子间的相对重要程度，如果差值不是0.05 的整数倍数，则计算差值距离哪个尺度更近，则判定为相应尺度.当差值为负时，使用与其绝对值对应判断标度的倒数.

设文化造型因子得分率为WB1，文化色彩因子得分率为WB2，文化内涵因子得分率为WB3，按照相对重要性权值的规定原则，带入表4 数据，得出目标层A到准则层B的判断矩阵为

根据判断原则得出0.0221 接近0，判断尺度为1；0.0406 接近0.05，判断尺度是2；0.0185 更接近0，故判断尺度为1.因此，可得判断矩阵为

同理，可获得指标层中C1～C12共计12 个不同地域文化因子的得分情况，详见表5.

表5 指标层中不同地域文化因子的得分情况Tab.5 Scores of different regional cultural factors in indicator level

根据表5 构成的相关系数，得到不同类别文化因子的判断矩阵.式（2）～（4）分别为指标层B1、B2、B3的判断矩阵.

3.3.3 一致性检验

根据一致性指标CI，随机一致性指标RI，检验系数CR，求得了表6 所示的一致性检验结果，其中：λmax为判断矩阵最大特征值.检验系数＜0.1，该结果表明各文化因子影响评价的判断矩阵均通过了一致性检验.

表6 一致性检验结果Tab.6 Results of consistency test

3.3.4 层次的排序

根据权重矩阵计算得分，得到层次总排序，排序结果详见表7.

表7 计算层次总排序结果Tab.7 Hierarchical sorting results

3.3.5 优选结果

通过层次分析法分别获得了指标层中12 个不同地域文化因子的指标权重系数分布情况，总排序前六的分别是：生态文化C9（0.2473）、自然色彩C5（0.1188）、历史遗存色彩C6（0.1068）、历史遗存造型C2（0.0879）、历史文化C10（0.0781）和自然生态造型C1（0.0748）.在分类别排序中，文化内涵因子（0.4126）整体权重最高，其次是文化色彩因子（0.3275），文化造型因子（0.2599）整体权重系数最低.

1） 文化造型因子

在文化造型因子中，历史遗存造型C2的权重系数为0.0879，自然生态造型C1的权重系数为0.0748，两者系数较为接近且远大于其余2 项系数，这说明在列车外观造型方面，历史遗存造型和自然生态造型留给乘客的印象较为深刻.因此，在城市轨道列车外观造型设计中应重点考虑历史遗存造型和自然生态造型.

2） 文化色彩因子

在文化色彩因子中，自然色彩C5和历史遗存色彩C6的权重系数分别达到0.1188 和0.1068，说明在城市轨道列车外饰设计方面应重点考虑自然色彩和历史遗存色彩.

3） 文化内涵因子

在文化内涵因子中，自然生态文化C9的权重系数高达0.2473，说明生态环保概念在当前人们心中的认同度非常高；其次，历史文化C10的权重系数为0.0781，说明该项也较为重要.因此，在城市轨道列车文化内涵方面宜重点考虑自然生态文化和历史文化.

4 设计应用案例

基于上述研究发现，以成都9 号线地铁列车外观设计为例，进一步阐述了相关文化因子在设计中的优选策略和具体应用.

4.1 优选文化元素

在列车外观造型设计方面：在充分考虑既能够代表成都，同时又具有较高亲和力和知名度等问题前提下，文化造型因子优选自然生态造型C1下属的动物形态造型X3，即以大熊猫作为成都地铁列车的外观造型文化元素.

在列车外饰设计方面：文化色彩因子优选自然色彩C5下属的动/植物外观色彩X15，即大熊猫体色；以及历史遗存色彩C6下属的传统建筑色彩X16，即成都9 号线地铁专属的橙色.

在列车文化内涵方面：文化内涵因子优选自然生态文化C9下属的生态环保概念X23，以人与动物（大熊猫）和谐相处作为文化内涵.

4.2 列车外观设计方案

该列车设计方案的核心造型形态均源自大熊猫头部轮廓和动作的意象形态：通过造型线和色彩对比将大熊猫的眼睛和耳朵形态分别抽象为车灯和车顶局部形态；外饰涂装以大熊猫黑白配色为主色调，辅以橙色饰条来增强成都9 号线地铁列车的识别性；此外，为了进一步展示大熊猫文化元素，还在各客室的侧门融入了大熊猫的头部抽象图案，图5 为设计方案效果图及相关文化元素的应用图示.该方案有助于彰显以“大熊猫”为主题的成都地域文化.

图5 成都9 号线地铁列车外观设计方案Fig.5 Exterior design scheme of metro train of Chengdu line 9

4.3 设计方案的文化评估

1） 设计方案网络调查

为进一步评估所得地域文化因子优选结果是否有助于9 号线地铁列车外观方案表征与呈现成都地域文化，基于问卷星TM开展了面向成都市民的网络问卷调查，问卷及反馈结果见网址：https://tp.wjx.top/vm/YpPNkwq.aspx?code=051Tdj000kBisM1wYi100 NOUBq1Tdj0B&state=sojump.

2） 评估结果

本次网络调查共计回收有效问卷309 份.针对“问题1，新方案是否体现了成都地域文化特色”，调查数据显示，86.08% （266 票）的调研对象认为新方案体现了成都地域文化；针对“问题2，对比成都9 号线地铁列车现有方案，新方案是否更有文化内涵”，调查数据显示，有91.59% （283 票）的调研对象认为新方案更有文化内涵.该结果表明：新设计的成都9 号线地铁列车外观方案较为充分地表征与呈现了成都地域文化，且文化认同度较高，验证了地域文化因子优选结论的有效性和正确性.

5 结 论

本文以城市轨道列车外观设计方案为研究案例，分析了地域文化因子的构成要素及关系，总结提出了基于层次分析法的地域文化因子优选方法，明确了地域文化因子优选流程.基于层次分析法构建了地域文化因子评价层次结构模型，设计实验对地域文化因子进行优选研究，测评出了高影响度的地域文化因子，并以设计案例进行了阐释，为在城市轨道列车外观设计中表征与呈现地域文化特征提供了参考.

研究发现：1） 在城市轨道列车外观造型方面，历史遗存造型和自然生态造型给乘客印象深刻，有助于最大程度地呈现地域文化特征；2） 在列车外饰设计方面，宜优先考虑自然色彩和历史遗存色彩；3） 在文化内涵方面，自然生态文化和历史文化的认同度较高，宜作为优选文化主题.

致谢：感谢伊正瑞、黄登俊、高鹏飞等提供了用于实验的城市轨道列车方案样本；感谢博士生何思俊、王金及参与问卷调查的所有人员.