摘要：自然是人類的導(dǎo)師，自然是建筑創(chuàng)新的源泉�，F(xiàn)代仿生建筑的理論和設(shè)計(jì)實(shí)踐是建筑師將自然科學(xué)知識(shí)與建筑設(shè)計(jì)方法結(jié)合的有益嘗試，仍處于探索階段。本文通過對(duì)現(xiàn)代仿生建筑的起源、類型、特征及設(shè)計(jì)方法的分析，期望對(duì)我國仿生建筑的發(fā)展有所幫助。
關(guān)鍵詞：生物；仿生建筑；人性化
中圖分類號(hào)： TB17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
1仿生學(xué)與仿生建筑的興起
生物憑著生存的本能，在漫長的進(jìn)化過程中逐漸形成各自獨(dú)特的適應(yīng)生存環(huán)境的本領(lǐng)。隨著對(duì)生物的研究逐漸深入，人們也不斷從中受到啟示，對(duì)自然已有形態(tài)進(jìn)行模仿，產(chǎn)生了諸多對(duì)人類進(jìn)步具有重要意義的發(fā)明，這就是仿生。1960年，在美國俄亥俄州召開了第一屆仿生學(xué)討論會(huì)，在會(huì)上共同制定了仿生學(xué)的概念，與會(huì)人員認(rèn)為仿生學(xué)就是模仿生物系統(tǒng)的原理來建造技術(shù)系統(tǒng)，或者使人造系統(tǒng)具有或類似于生物系統(tǒng)特征的一門科學(xué)。
目前，仿生學(xué)技術(shù)涉及諸多領(lǐng)域，也是建筑創(chuàng)作的一種有效方法。以某些生物體的形態(tài)和構(gòu)造為研究對(duì)象，探尋其中科學(xué)合理的建造規(guī)律用于創(chuàng)造出更符合自然規(guī)律及人性化的建筑，這就是仿生建筑。在德國人勒伯多（J.S.Lebedew）于1983年出版的《建筑與仿生學(xué)》（Architecture and Bionic）一書為建筑仿生學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)，許多建筑師在此后進(jìn)行了仿生建筑的實(shí)踐，建筑仿生學(xué)逐漸受到關(guān)注。
2仿生建筑的類型
建筑師主要從功能、結(jié)構(gòu)、外形、材料等方面，通過對(duì)生物物種、生態(tài)環(huán)境、生物與建筑關(guān)系的研究建立生物模型和技術(shù)模型[1]，并將其融入設(shè)計(jì)之中，使科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)與自然有機(jī)結(jié)合。
2.1建筑形式仿生
這是仿生的最直接最常見的方法，通常通過模仿生物的形態(tài)來構(gòu)圖和表達(dá)寓意，使建筑具有獨(dú)特的造型和生動(dòng)的形象。西班牙建筑師高迪(Antonio Gaudi)是最早應(yīng)用形式仿生的近代建筑師，他在巴塞羅納設(shè)計(jì)了許多帶有明顯動(dòng)物骨骼形式的公寓建筑，如著名的巴特洛公寓和米拉公寓。高迪畢生的代表作圣家族大教堂的外形從植物外形上得到靈感，以螺旋、錐形、雙曲線、拋物線各種變化組合成充滿韻律動(dòng)感的神圣建筑。
美國耶魯大學(xué)英格斯冰場整體外型像鯨魚，兼有東方傳統(tǒng)建筑的風(fēng)格。東京代代木綜合體育館仿貝殼形亦或新月形，創(chuàng)造出帶有緊張感、力動(dòng)感的大型內(nèi)部空間。北京奧運(yùn)會(huì)主場館的組件形成網(wǎng)格狀的構(gòu)架，外觀酷似樹枝織成的鳥巢。又如法國里昂機(jī)場鐵路客運(yùn)站、2004雅典奧運(yùn)會(huì)主體育館和上海浦東國際機(jī)場的設(shè)計(jì)靈感均來源于飛鳥。
2.2組織結(jié)構(gòu)仿生
這建筑仿生中最為成熟、運(yùn)用最廣泛的分支學(xué)科，從生物體的力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)關(guān)系、材料性能等汲取靈感創(chuàng)造嶄新的仿生結(jié)構(gòu)體系并用于建筑。
2.2.1拱形結(jié)構(gòu)類
拱形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是用料省、堅(jiān)固耐壓、美觀大方。而科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)滅絕的恐龍的身體構(gòu)造猶如一座拱橋，是一種承受巨大負(fù)荷的理想結(jié)構(gòu)的造型。由二者間奇妙的聯(lián)系可見，人類努力創(chuàng)造的優(yōu)秀的建筑形態(tài)，在大自然早已存在。
2.2.2薄殼結(jié)構(gòu)類
生物界的各種殼例如蛋殼、貝殼等都是一種曲度均勻、質(zhì)地輕巧的“薄殼結(jié)構(gòu)”，卻可以把壓力均勻地分散到物體的各個(gè)部分，這在建筑工程中已得到廣泛應(yīng)用。
2.2.3充氣結(jié)構(gòu)類
受動(dòng)植物的細(xì)胞的細(xì)胞壁的啟發(fā)建造的充氣構(gòu)筑成的大跨度屋頂結(jié)構(gòu)，具有很好的受力性能，而且用材少、重量輕，安裝、拆裝都很方便，如美國密歇根州龐蒂亞克體育館，覆蓋面積220×168米，可容納8萬觀眾。
2.2.4“螺旋”結(jié)構(gòu)類
呈螺旋狀排列的車前子的每片葉子能得接受最多的陽光，應(yīng)用于建筑能有效增加建筑的日照。瑞典“螺旋中心”大廈的9個(gè)區(qū)層每區(qū)層都旋轉(zhuǎn)少許，使整棟大廈共旋轉(zhuǎn)90度。荷蘭鹿特丹的“城市仙人掌”陽臺(tái)錯(cuò)落有致，能夠得到充足的陽光。
2.2.5懸索結(jié)構(gòu)類
柔性材料如藤、繩等具有高強(qiáng)的抗拉性能，懸索結(jié)構(gòu)類建筑如日本東京的代代木體育館、美國華盛頓杜勒斯國際機(jī)場候機(jī)樓和威斯康星洲的密爾沃基藝術(shù)博物館，就是充分利用了這種性能。
2.2.6空心構(gòu)件類
竹子、麥桿、鳥的腿骨等空心結(jié)構(gòu)具有極大的抗彎力和抗折力，如勒・柯布西耶建造的薩伏伊別墅和馬賽公寓就是這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的體現(xiàn)。羅馬奧運(yùn)會(huì)小體育宮外部創(chuàng)造了一圈丫形支撐體系，即是從人類腿骨中得到的啟示。
2.2.7其他類型
意大利都靈展覽館的巨形拱頂是仿葉脈肌理建造的。羅馬奧運(yùn)會(huì)的大體育宮，內(nèi)部采用放射形拱肋的構(gòu)造形式，內(nèi)部既像一朵花，又如葉脈肌理，是技術(shù)、使用功能與藝術(shù)的完美結(jié)合。加拿大蒙特利爾國際博覽會(huì)的美國館，很可能是模擬一種深海魚類的網(wǎng)狀骨骼建造的一座球體建筑。
2.3建筑功能仿生
人類在研究生物的時(shí)候，可以較為容易地把握它的形態(tài)特征，分析出其結(jié)構(gòu)特征，而對(duì)于復(fù)雜的功能，只能是一個(gè)逐步認(rèn)識(shí)的過程[2]。功能仿生在建筑仿生學(xué)中起步較晚，但最具有挑戰(zhàn)性和價(jià)值。我們目前所能實(shí)現(xiàn)的功能仿生是使用人造建筑材料，達(dá)到模擬生物的構(gòu)件形式、受力狀況、空間體積感、曲面特征、技術(shù)支持等目的。[1]
日本建筑師提出“新陳代謝”的城市設(shè)想認(rèn)為，城市和建筑是進(jìn)化的，是循環(huán)不止的，是技術(shù)、自然與使用者和諧的發(fā)展[4]。日本山梨縣文化會(huì)館平面組合仿照植物新陳代謝的功能，設(shè)計(jì)了許多垂直的圓形交通塔，內(nèi)為電梯、樓梯與各種服務(wù)設(shè)施，辦公空間穿插其間，可以根據(jù)需要擴(kuò)建或減少。德國建筑師根據(jù)向日葵的生態(tài)原理設(shè)計(jì)了太陽跟蹤住宅，像向日葵花一樣,始終向著太陽,能夠充分利用太陽能。
3現(xiàn)代仿生建筑設(shè)計(jì)的重要原則
建筑師通過研究、分析和總結(jié)自然規(guī)律并將成果運(yùn)用于建筑設(shè)計(jì)中，而無須參照原有建筑形式和藝術(shù)風(fēng)格，使創(chuàng)作掙脫了既定模式的束縛。但仿生建筑設(shè)計(jì)必須遵循一定原則。
3.1注重與人與環(huán)境的協(xié)調(diào)
人的絕大部分活動(dòng)都圍繞著建筑展開，二者相互影響。仿生建筑多變的形象讓我們的環(huán)境不再呆板，變得充滿活力。而除了外觀仿生，更應(yīng)注重建筑功能與環(huán)境協(xié)調(diào)適應(yīng)，體現(xiàn)整體優(yōu)化的設(shè)計(jì)原則，保證建筑的可持續(xù)性。
3.2尊重自然規(guī)律
生物經(jīng)過長久的自然選擇，形成了各自獨(dú)特的、最優(yōu)的生存模式。仿生建筑需對(duì)這些最優(yōu)模式進(jìn)行充分研究探索，總結(jié)出于建筑有宜的方面并運(yùn)用在設(shè)計(jì)中，以自然規(guī)律為科學(xué)依據(jù)是仿生建筑設(shè)計(jì)的重要原則。
4仿生建筑的設(shè)計(jì)思路
4.1以有限的資源創(chuàng)造最高的功效
生物經(jīng)過長期進(jìn)化已經(jīng)形成了諸多構(gòu)造極簡、消耗極低、穩(wěn)定耐久的結(jié)構(gòu)且實(shí)現(xiàn)多元功能，還在不斷的自然選擇中進(jìn)行完善。建筑師應(yīng)從這些成熟的構(gòu)造中汲取靈感，拋棄現(xiàn)有機(jī)制中冗余的不合理的部分,盡量以最小的消耗達(dá)到最大的功效。例如，仿生建筑的結(jié)構(gòu)應(yīng)是高強(qiáng)、質(zhì)輕并且最經(jīng)濟(jì)的空間形態(tài)。
4.2以有限的空間實(shí)現(xiàn)最多的功能
生物的組織兼具多種生理機(jī)能，建筑更應(yīng)考慮如何發(fā)揮綜合功效，以有限的空間實(shí)現(xiàn)最多的功能。例如中國國家游泳館的表皮設(shè)計(jì)類似細(xì)胞脹壓原理,同時(shí)滿足了場館的保溫隔熱、自然采光和通風(fēng)等多種功能要求。
4.3“活”著的建筑
新陳代謝理論主張建筑應(yīng)像生物那樣活著，不斷生長、更新與衰亡。仿生建筑應(yīng)能夠感知內(nèi)部狀態(tài)及外界環(huán)境,同時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整來適應(yīng)變化。例如上文提到的太陽跟蹤住宅追隨太陽的運(yùn)動(dòng)方向以充分利用太陽能。
4.4多方合作
任何一門學(xué)科對(duì)于建筑師來說都可能是靈感的來源。生物學(xué)的原理為仿生建筑的構(gòu)思提供了許多有益的啟示，而諸如計(jì)算機(jī)技術(shù)、生態(tài)學(xué)、解剖學(xué)、生物進(jìn)化學(xué)等學(xué)科成果也為仿生建筑提供了許多嶄新的設(shè)計(jì)思路。
5總結(jié)
仿生建筑剛剛起步，有著光輝的發(fā)展前景和漫長的探索道路。仿生不只是單純地模仿,它是將自然規(guī)律與建筑結(jié)合的一種創(chuàng)作方法。但仿生也不能僅僅作為一種處理手法，應(yīng)成為建筑師的一種意識(shí)，融入設(shè)計(jì)之中。今天，建筑設(shè)計(jì)面臨著諸多問題：如何高效利用有限的資源；如何使建筑更貼近自然、適合居��；人與建筑與環(huán)境的相互影響及相處模式，等等。
在我國，由于文化背景的不同，不能抄襲現(xiàn)有模式，應(yīng)從先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)中尋求啟示，針對(duì)本地特殊的功能需求、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)條件、審美習(xí)慣等，建設(shè)出與地方相適應(yīng)、融入自然的優(yōu)秀建筑。
參考文獻(xiàn)
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