长期与工程机械打交道的人都有这样一种感受：国外很多产品只是看上去就有一种说不出的美感、力量感和安全感，我们很希望自己的产品也能达到这样的效果，但却十分困惑于实现的手段。类似的感受也体现在对我们产品的印象中——总会有很多地方看上去不舒服，但如果要说清楚道理或者提出改进意见却也很困难。关于外观造型设计的一切讨论始终停留在感性层面，无法取得实质的进步。

对我国工程机械企业的工程师和设计师来说，在产品外观造型设计中经常遇到的难题是以何种方式将美学理论应用于具体设计中。外观造型设计与机械结构设计最大的差异在于：机械结构总可以用运行效果和工作效率等参数评判优劣，如同理工科课题一般，其结论趋向于“唯一”，在对比不同设计方案时较易达成共识；而外观设计则更接近文学思维角度，其结果往往趋向“并列”，不同的设计师、不同的团队、不同的企业文化，可以形成多种并无明显优劣区别的设计，极难取舍。这就需要在企业中引入某种较为客观的设计法则，既能用于外观造型设计开发，又能用于对设计方案优劣的评价。

究竟有没有一种科学定理般严谨的设计学理论能够用来透彻分析我们在工程机械外观造型设计中遇到的困难呢？答案就在设计几何学。

设计几何学并非新兴科学，它成为一门系统学说始于20世纪初，而构成其基础的黄金分割理论则几乎同人类文明的历史一样久远。纵观被记载的历史，在人造环境和自然界中有大量文字记载人类对各种黄金分割比例的认知偏好。公元前20世纪到16世纪的史前巨柱就记载了关于1:1.618比例的黄金矩形的运用，这是最早的证据之一。此后，文字记载的证据还有公元前5世纪古希腊的文献、艺术品和建筑，随后，文艺复兴时期的艺术家和建筑家们也研究、记载，并把黄金分割用于雕刻、绘画和建筑这些非凡的作品中。我国古代的城市规划与建筑设计中也非常典型运用过黄金分割。除了人造物品，黄金分割还存在于自然界，例如人体的各种比例，以及植物、动物及昆虫的各种成长方式。日常生活中，我们身边大到汽车、飞机、建筑，小到照片、纸张、电视机屏幕的尺寸规格，黄金分割的应用几乎无处不在。

以黄金分割为基础的设计几何学旨在研究人们的各种“审美偏好”。人类在漫长进化过程中观察、接触各种自然形成的物体，由此逐步形成某种共同的审美趋向，并广泛存在于人类的潜意识中：例如雪花等结晶体的正多边形结构、贝壳的螺旋线结构、松果种子的排列形式、花朵花瓣的组合方式、乃至人类自身的面容轮廓与身体比例等等，都会引起人们对“美”的共鸣。这一感受是全人类共通的，不受地域文化阻隔的审美意识，是人类共有的“审美偏好”。西方早期的学者为探究自然物体形成美感的客观规律，而对它们的形态、比例、排列方式等作了大量研究，既用艺术的手段（感性）又用数学的手段（理性）力图阐释美感的形成要素，并尝试在各种人造物品中再现出来，设计几何学由此发端。

西方设计学认为：设计师必须具备创造美的能力，而其创造的方式又与艺术家不同：艺术家的创作活动核心在表现自我风格，是否迎合大众喜好并不是首先要考虑的因素；设计师则不然，如果一件设计作品不能被大多数人接受，那就是无可辩驳的失败，对公司和企业也都会造成负面影响。因此，对产品设计者来说，寻找某种能为大多数人接受，符合大多数人审美偏好的规律就成为产品外观设计能否成功的关键，设计几何学就在这一观点影响下不断发展起来。时至今日，设计几何学已成为设计领域的一门重要学说，并在艺术与科学两大领域的沟通中提供有效的渠道，同时也为西方企业带来巨大的商业利益，我国要在西方主导的工程机械行业内取得竞争主动，就必须深刻理解其产品设计的思想实质，知己知彼，绝不能仅仅停留于对设计结果的模仿上。

工程机械作为重工业产品，在外观设计方面有其特定要求：第一，工程机械最核心的部分依然是工程技术主导的施工功能，外观设计一方面要服从于产品功能结构，另一方面要在允许的范围内最大限度凸现产品的力量感、美感与品牌特征；第二，工程机械的外观设计一般都有较长的使用周期，行业特点决定工程机械不可能像汽车一样靠经常改变外观造型来吸引市场注意，这就使得工程机械产品外观造型设计绝不能走跟风的“流行设计”路线，而只能坚持恒久的“经典设计”风格，保证外观设计能在较长的使用周期内经得住时光荏苒，潮流变化的考验，始终保持独立的风格（国外某些产品外观设计经历近二十年仍不过时，堪称经典）。设计几何学所倡导的设计手段恰好最为切合这一目标，人类历史上大量传世的建筑、家具及工艺品，历经几百甚至数千年仍为当世人赞不绝口，很多都在构成形态与比例上符合各种几何规律（当然有些是在设计时刻意为之，有些是仅凭工匠的经验而达到相同的效果），人类的审美偏好尽管受各种因素影响不断有所变动（流行性），但其根本的审美习惯却相当稳定（潜意识性）。所以，要达到工程机械外观设计要求的长期稳定效果，引入设计几何学方法是特别有效的手段，西方工程机械企业正是有鉴于此，才在工程机械产品外观设计领域极大强化设计几何学的工作模式，并收到了较为理想的效果。以下让我们在实际案例中剖析设计几何学在产品外观设计中的应用。

例1、用设计几何学分析BOMAG BW226型单钢轮振动压路机的外观造型设计

图1.1、基础形态的比例分割。

如图所示，产品外接于一个双正方体（边长比1:2）的矩形，将长短边以中线为基准同比例等分形成单位坐标系，可以反映出该产品外观设计中的形态分割比例。

① 前车架侧板的高度控制在整车高度的1/5左右，这一高度与侧板向上折弯点右方部分的宽度之比接近1:2，符合整车高宽比；侧板上沿保持与后轮轮毂上沿、尾部柴油箱上面平齐；侧板开口处右方和下方的直边正好在基准线位置，下面留出的高度与上面留出的高度之比也是1:2。

② 驾驶室顶篷侧面的“BOMAG”标志恰好处于1个单位的分割线处；防滚翻框架支柱的主要节点也都位于这些分割线交汇的位置。

③ 机罩散热网的位置显然经过仔细的规划：前后两个不同形状散热网的高度以及它们间距的高度恰好都是2个单位（左侧的散热网因为附着在结构的转折面上，在正侧面只能观察到一半左右的高度）；它们的宽度都是3个单位，与高度之比接近黄金分割率，同时宽度上的间距是5.5个单位，边长与间距比值也接近整机1:2的比例；左侧散热网设置的基准是其底边，右侧散热网设置的基准是其左上角，并且兼顾了与排气管位置的配合。

图1.2、塑造形体感的非对称分割。

用对称的基准网格很容易分割车体各部分的比例关系，但无法形成完整的车身轮廓，还需要使用非对称分割线塑造形体。

① 确定前车架侧板前部向上折起角度的对角线引自车体外接矩形的右下顶点，向上折起的高点处在全车水平中线下方1单位处，以此水平线为轴镜像出的另一斜线确定了机罩最上角的位置。

② 自全车水平中线右侧端点引出的斜线与机罩轮廓的弧线顶点完全重合，将此斜线向下平行移动0.5单位后即完全重合于弧线两端的端点，同时也重合于机罩转折结构中第二个等圆弧的顶点，同理再下移0.5单位后则又与第二弧线的两端点重合，同时该斜线右端点交汇于④中提到的低于车体水平中线1单位的轴线，整个后机罩轮廓的关键点据此确定；同时也可看到设计者在确定防滚翻支柱转折点时充分考虑了与上述分割线的配合。

图1.3、局部形态的精彩处理。

为打破车体间僵硬的衔接，形成流畅自然的视觉印象，设计师在驾驶室与后机罩之间的位置隐藏了一处精彩的“X”型切线。如果不是用设计几何学的方法还原这一点睛之笔，单从产品外观很难发现它的奥妙之处：符合防滚翻支柱倾角的斜线与符合机罩前部倾角的斜线恰好完全对称的交于车体水平中线上。

例2、用设计几何学分析CATERPILLAR 928Hz型轮式装载机的外观造型设计

图1.1、基础形态的比例。

该产品外接矩形（含铲斗上举最高点）边长比为1:1.55，接近黄金分割率的1:1.618，图示的虚线矩形①和②都是该外接矩形的等比缩小；其中矩形①的位置恰好与工作部件以外的车体部分（至前车架车桥处）重合，与全外接矩形之比正好也是1:1.5。这就保证车辆无论处于静止、作业等各种状态时，其形体比例都能接近人们审美偏好的比例关系，给人“看起来很匀称”的感觉，为整体外观设计工作搭建了一个良好的框架。当车辆位于远方，只能看到其形体轮廓时，尤为能体现出基础形态比例设计的价值。

图1.2、用单位坐标系分析该车形体分割位置。

尾部配重与散热口竖直对齐，形成视觉上一体的竖线，恰好将排气烟囱后部至机器尾端的7单位距离等分（③和④）；⑤所示驾驶室的宽度正好也是7个单位，相隔一个轮毂与尾部形成宽度的对称。需要特别指出的是，装载机产品受制于结构布局，外观设计很难在形态上求新求变，而使用一定比例关系的形体分割则不失为一种很好的出路。CATERPILLAR装载机的形体比例均衡大方，主要分割线的位置考虑细致周到，形成一种中规中矩却不失气度的外观效果，给人长久的感官回味，收放自如，张弛有度，充分体现出世界一流企业的设计能力。