《Proceedings of the Design Society》：Designing within planetary boundaries: a systematic review and development of requirements for a design support tool
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本研究探讨了将基于行星边界（Planetary Boundaries, PB）的绝对可持续性理念整合到产品设计与开发中。通过对现有框架的回顾，研究人员发现这些框架主要关注相对可持续性，且缺乏在生态限制内激励创新的机制。对十四篇相关文献的分析表明，一个设计支持工
本研究探讨了将基于行星边界（Planetary Boundaries, PB）的绝对可持续性理念整合到产品设计与开发中。通过对现有框架的回顾，研究人员发现这些框架主要关注相对可持续性，且缺乏在生态限制内激励创新的机制。对十四篇相关文献的分析表明，一个设计支持工具应能够促进早期决策、纳入科学阈值与循环经济原则、与可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）保持一致，并为产品开发提供指导，以创造可持续且具有变革性的产品解决方案。
### 论文解读：行星边界约束下的设计支持工具需求研究
#### 研究背景与问题
当前，地球正经历显著的人为活动导致的转变。Rockstr?m 等人于2009年提出的“行星边界”（PB）概念，旨在更好地理解和可视化人类面临的困境。截至2023年，九个行星边界中已有六个被超越，若不采取纠正措施，未来几年将有更多边界被突破（Richardson 等人，2023）。造成这种行星超载的主要驱动力是生产-消费系统，该系统为经济活动获取能源和资源，并将有害废物排放回环境（Steffen 等人，2020）。联合国第十二项可持续发展目标（SDG 12）“负责任消费和生产”也承认生产-消费系统是不可持续性的根源，并指出实现系统转型需要用户、公司和研究机构之间的协作努力。虽然终端用户行为和负责任消费是系统变革的杠杆，但产品设计师和设计工程师必须通过设计，开发出在行星边界内运行的产品系统（Allenby，2000）。工程设计必须超越对可持续性指标的渐进式改进，专注于设计“不那么不可持续”的产品系统。
产品的环境影响在确定产品特性和属性的设计阶段即已决定。“卓越设计”（DfX）和“生态设计”（依据 DIN EN ISO 14006:2020标准）等框架支持设计师和工程师创造环境影响更低的产品。然而，现有框架存在两个主要问题：其一，强调减少产品造成的环境危害并不必然导致可持续产品的创造；其二，产品系统设计缺乏对行星边界的考量。为解决这些问题，Hauschild 等人（2020）提出了将行星边界概念与生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）方法相结合的“绝对可持续性”概念。尽管绝对可持续性概念为真正的可持续产品设计创造了空间，但产品设计方法论如何与绝对可持续性评估相关联仍不明确。
本研究旨在填补这一空白，提出了两个研究问题（RQs）：RQ1：“为将绝对可持续性原则整合到设计实践中，已开发了哪些方法？”；RQ2：“设计支持工具必须满足哪些关键要求，才能在设计过程中有效实现绝对可持续性？”
#### 研究方法与技术路径
为回答RQ1，研究人员遵循 PRISMA 2020 指南（Page 等人，2021）进行了系统性文献综述。文献检索在 Scopus 和 Web of Science 两大数据库中进行，使用布尔检索字符串（“绝对可持续性”或“行星边界”）与（（“绿色”与（“设计”或“工程”））或（“产品”与（“设计”或“工程”或“开发”））或（（“工程”或“技术”或“系统”或“生命周期”）与“设计”））的组合，限定在标题、摘要和/或关键词中搜索。筛选后，对相关文献进行了深入分析。基于文献综述的发现，研究人员进一步分析了生命周期工程（Life Cycle Engineering, LCE）和生态设计（Eco-design）等基础设计方法，特别是 Hauschild 等人提出的框架，以推导出设计支持工具的需求，从而回答RQ2。
#### 研究结果分析
**3.1 文献综述概览**
系统性文献综述共识别出18篇相关出版物，其中14篇明确涉及将绝对可持续性整合到设计过程中。这些研究被分类分析，涵盖了主题、应用的设计方法、应用背景、开发的工具支持类型及其实际应用证据。
**主要发现：**
1. **主导设计方法：** 生态设计方法出现频率最高（应用于八项研究），其中大部分基于 Hauschild 等人（2017）提出的将绝对可持续性整合到生命周期工程（LCE）中的框架。其余生态设计研究则遵循基于标准化原则（DIN EN ISO 14006:2020）的更通用方法。
2. **工具与方法多样性：** 开发的支持工具和方法多样。例如，Albus 和 Hollmann-Schr?ter（2022）开发了在循环经济视角下优化变量的工具，利用LCA作为控制机制整合PB。L’Haridon 等人（2023）引入了SPOT工具，基于产品环境足迹（Product Environmental Footprint, PEF）方法将绝对可持续性指标整合到生态设计中，但其绝对可持续性的后端概念化不完整且具有行业特定性。
3. **整合策略：** 大多数方法采用整体性、目标驱动的设计策略，明确与行星边界等生态阈值对齐。目标驱动设计（常见于多项研究）使得可持续性能够在公司管理系统中量化。循环经济概念的整合是另一个关键要素（Albus & Hollmann-Schr?ter, 2022; Fricke 等人, 2023）。Raworth（2017）的“甜甜圈经济学”（Doughnut Economy）模型通过将社会福祉与生态边界联系起来，提供了有价值的补充（Fricke 等人，2023; Gebler 等人，2022; L’Haridon 等人，2023）。联合国可持续发展目标（SDGs）也成为可持续设计策略的潜在指标（Rejeb 等人，2022）。
4. **评估基础：** 几乎所有方法的环境影响计算基础都是生命周期评估（LCA），这是一个广为人知且广泛使用的方法。然而，L’Haridon 等人（2023）表明，产品环境足迹（PEF）可能提供一个同样稳健的基础，特别是由于其依赖产品环境足迹类别规则（PEFCRs），通过减少对专业知识的需求而提高了可及性。
**3.2 现有方法的局限性与挑战**
尽管取得进展，但系统性文献综述揭示了几个持续存在的挑战和局限性：
1. **方法论清晰度不足：** 将设计理论整合到可持续性框架中通常缺乏方法论的清晰度。虽然设计被认为是可持续性影响的关键驱动因素，但设计在产品可持续性影响中的理论嵌入仍未被解释清楚。
2. **创新支持缺乏：** 大多数文献显示，设计方法缺乏对创新的支持。许多方法是分析和评估性的，但往往未能促进对突破性解决方案至关重要的创造性和迭代过程。需要在信息有限的设计早期阶段评估创新可持续性的能力不足。
3. **行业特定性与工具通用性不足：** 一些方法仅限于特定工业部门（如 L’Haridon 等人，2023）。此外，缺乏能够促进系统层面和功能创新、以在行星边界内实现变革性产品开发的全面工具和方法。
4. **绝对可持续性操作化证据有限：** 绝对可持续性操作化的实证证据仍然有限。
#### 设计支持工具的需求推导
基于文献综述和对生命周期工程（LCE）及生态设计（特别是Hauschild框架）的深入分析，研究人员推导出未来行星边界对齐设计支持工具必须满足的五个关键要求，以有效实现绝对可持续性（回答RQ2）：
1. **支持早期阶段影响评估：** 工具必须在概念设计阶段就支持进行基本可持续性评估，以充分利用早期阶段易于实施变革的潜力，即使此时产品细节尚不明确。Hauschild 等人（2004）认为在初步设计阶段进行定量LCA意义不大，但为实现变革，需要在信息有限时进行评估。
2. **涵盖全生命周期阶段：** 工具必须考虑产品生命周期的所有阶段，而非仅聚焦于单一或少数阶段（如原材料选择），并强调在多个阶段普遍存在的环境影响驱动因素。
3. **贯彻闭环（循环）方法：** 工具必须保持对循环经济方法的关注，促进闭环系统的设计。
4. **整合创新方法论：** 当前LCE和生态设计对创新的接纳度有限。工具必须整合能够催化突破性创新的方法论，例如阶段-门模型（Stage-Gate Model）、TRIZ（发明问题解决理论）框架或转型工程（Transition Engineering）等当代方法，以探索超越现有路径的新方案。
5. **确保符合行星安全空间：** 工具的核心是引导设计决策，确保最终产品系统在科学定义的行星边界安全操作空间内运行。
#### 讨论与结论
**总结讨论：** 本研究通过系统性文献综述，明确了当前将绝对可持续性整合到设计实践中的方法现状、优势与不足。尽管以生态设计和生命周期工程为基础的、目标驱动的整体方法能产生与行星边界概念对齐的产品，但大多数方法缺乏促进可持续性创新的支持系统。此外，现有方法主要关注相对可持续性（减少危害），而非确保产品在绝对生态阈值内运行。
**研究结论翻译：** 本研究旨在探索将绝对可持续性（即设计实践与科学定义的生态限值保持一致）整合到产品开发过程中。通过系统性文献综述（回答RQ1），分析发现现有方法主要通过生命周期工程背景下的环境设计或生态设计等框架与可持续性设计互动。这些方法促进了旨在最小化整个生命周期环境影响的产品开发，提供了有价值的基础。然而，调查也揭示出现有方法主要关注相对可持续性，且在支持创新过程方面不足。关于RQ2，研究确定了未来设计支持工具必须包含的几个基本特征：整合科学基础的可持续性阈值；支持早期设计阶段的决策；以及在生态预算内刺激创新的机制。此类工具的开发以及克服当前方法局限性的策略将是未来研究的主题。
本研究发表于《Proceedings of the Design Society》。尽管存在一些局限性（如数据库范围、主观解释可能性、未考虑灰色文献等），但所提出的设计支持工具需求为开发能够引导创造性过程走向可持续成果、促进在行星边界内进行变革性产品设计的工具指明了方向。未来的研究可以进一步探索该工具的局限性、解决绝对可持续性评估中的结构性难题（如降尺度、分配、安全操作空间分配），并考察其在工业实际应用中的潜力和整合障碍。
