淺析仿生建筑

1、淺析仿生建筑 “如果我們對一個問題找到了一個較好的解答，很可能大自然已經(jīng)有了答案?！?亞里士多德 仿生建筑的概念 仿生建筑以生物界某些生物體功能組織和形象構(gòu)成規(guī)律為研究對象，探尋自然界中科學(xué)合理的建造規(guī)律，并通過這些研究成果的運用來豐富和完善建筑的處理手法，促進建筑形體結(jié)構(gòu)以及建筑功能布局等的高效設(shè)計和合理形成。 主要分為以下四種類型： 組織結(jié)構(gòu)仿生 建筑形態(tài)仿生 使用功能仿生 城市環(huán)境仿生組織結(jié)構(gòu)仿生 結(jié)構(gòu)仿生是從自然界汲取靈感，從而實現(xiàn)建筑力學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料性能等方而的仿生。對生物結(jié)構(gòu)形態(tài)的研究是實現(xiàn)這些要求的有效途徑。以動植物、微生物、人類自身等為原型，通過考察自然的選擇和優(yōu)化規(guī)律，提取出

2、原型中的結(jié)構(gòu)體系，來為新建筑結(jié)構(gòu)提供合理的外形;通過分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，將其應(yīng)用于建筑整體的結(jié)構(gòu)力學(xué)之中。薄殼結(jié)構(gòu)類 生物界的各種蛋殼、貝殼、烏龜殼、海螺殼以及人的頭蓋骨等都是一種曲度均勻、質(zhì)地輕巧的“薄殼結(jié)構(gòu)”。這種“薄殼結(jié)構(gòu)”的表面雖然很薄，但非常耐壓。 模仿它們殼體在外力作用下，內(nèi)力都沿著整個表面擴散和分布的力學(xué)特征，在建筑工程中早已得到廣泛應(yīng)用。歌劇院整個分為三個部分：歌劇廳、音樂廳和貝尼朗餐廳。歌劇廳、音樂廳及休息廳并排而立，建在巨型花崗巖石基座上，各由4塊巍峨的大殼頂組成。這些“貝殼”依次排列，前三個一個蓋著一個，面向海灣依抱，最后一個則背向海灣侍立，看上去很像是兩組打開蓋倒放著的

3、蚌。高低不一的尖頂殼。那貝殼形尖屋頂，是由2194塊每塊重15.3噸的彎曲形混凝土預(yù)制件，用鋼纜拉緊拼成的，外表覆蓋著105萬塊白色或奶油色的瓷磚。充氣結(jié)構(gòu)類 植物和動物的細(xì)胞內(nèi)能充滿了液體或氣體。這些液體或氣體對細(xì)胞壁產(chǎn)生一定的壓力。生物學(xué)家把這種壓力稱之為液體靜力壓和氣體靜力壓，統(tǒng)稱為細(xì)胞的脹壓。 根據(jù)細(xì)胞脹壓原理，人們便設(shè)計出各種新穎別致的充氣充液結(jié)構(gòu)的體育建筑，如大型體育場館、室內(nèi)球場、網(wǎng)球場、充氣游泳池、登山帳篷、野外餐廳等等。充氣膜結(jié)構(gòu)拱形結(jié)構(gòu)類 曾生活在中生代的巨大爬行動物恐龍，身長20多米，身高4至8米，體重達30至40噸。這樣一個龐然大物要走動覓食，生存下去，四肢必須承受相當(dāng)

4、大的負(fù)荷。 如果恐龍不具備合理的力學(xué)結(jié)構(gòu)，四肢就會被偌大的身軀壓塌。專家們發(fā)現(xiàn)，恐龍巨大的身軀、長頸和粗長的尾巴的重力中心是在腰部，身體的重量通過身體重心傳遞到粗壯的四肢上，整個身體的上部猶如一座拱橋。從力學(xué)角度來看，它的確是一種承受巨大負(fù)荷的理想結(jié)構(gòu)的造型，這便是建筑史上的“拱形結(jié)構(gòu)”的歷史淵源。該仿生建筑的特點，是用料省，堅固耐壓，外觀美觀大方。 趙州橋，蔬菜大棚等建筑“螺旋”結(jié)構(gòu)類 車前子的葉子一般呈螺旋狀排列，夾角為137；30；30“。只有這樣，每片葉子方能得到最多的陽光。設(shè)計師們向車前子借鑒了調(diào)節(jié)日光輻射的原理，匠心獨具地建造一座呈螺旋狀排列的13層樓房，每個房間都可以得到最充足的

5、陽光。螺旋摩天樓的靈感來自人類基因組DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，每一層樓扭轉(zhuǎn)1.2度，上升到頂端時，剛好扭轉(zhuǎn)90度，使得頂樓與底層樓角度正好對齊，每間房間的視覺都是獨一無二的。新陳代謝類 日本建筑師提出的“新陳代謝”城市設(shè)想，通過對生命周期和循環(huán)的分析，探求一種將不斷更新變化的設(shè)備部分和能夠長期使用的巨大結(jié)構(gòu)體分開的設(shè)計方法。1966年由丹下健三在日本山梨縣建成的文化會館是一座新陳代謝派的著名作品，它的平面組合就是仿照植物新陳代謝的功能，設(shè)計了一個個垂直的圓形交通塔，內(nèi)為電梯、樓梯與各種服務(wù)設(shè)施，所有辦公空間則建立其間，這樣可以根據(jù)需要不斷擴建或減少。 在功能上，要考慮報社、電臺的辦公，印刷、出版和播

6、音空間四者之間獨立的功能和彼此的聯(lián)系，而采用了4行16根5米直徑的圓筒結(jié)構(gòu)做主要支柱，圓筒中有樓梯、電梯、貨梯、廁所和空調(diào)機房等。支柱間架設(shè)著辦公室、播音室和印刷廠，其中播音室位于最上層。在各層間還有很多空間做成屋頂花園，這是為將來擴建做準(zhǔn)備的預(yù)留空間。山梨縣文化會館建筑形態(tài)仿生 形態(tài)仿生是基于人類美學(xué)的出發(fā)點, 通過對生物體形態(tài)的模仿, 使建筑形象生動、有趣, 愉悅?cè)说囊曈X感受;或者根據(jù)一些提取自生物的符號, 來表達某種具體的象征意向。一般不考慮結(jié)構(gòu)受力等問題, 或者在生物形式下的建筑結(jié)構(gòu)與生物體實際受力結(jié)構(gòu)沒有任何關(guān)系甚至是矛盾的。在人們熟悉的動物中, 魚和飛鳥生活在人類所無法占有的空間里

7、, 因此處于一種理想和占有欲,這兩類生物成為人們經(jīng)常模仿的主題。以上所提到的我國古代建筑中屋頂?shù)娘w檐極似騰飛的大鳥, 就是對鳥的形態(tài)很明顯的模仿。圣地亞哥卡拉特拉瓦 Calatrava 擁有建筑師和工程師的雙重身份，他對結(jié)構(gòu)和建筑美學(xué)之間的互動有著準(zhǔn)繩的掌握。他認(rèn)為美態(tài)能夠由力學(xué)的工程設(shè)計表達出來，而大自然之中，林木蟲鳥的形態(tài)美觀，同時亦有著驚人的力學(xué)效率。所以，他常常以大自然作為他設(shè)計時啟發(fā)靈感的泉源。代表作品：密爾沃基藝術(shù)博物館 雅典奧運會體育場館 里昂火車站 芝加哥大樓密爾沃基藝術(shù)博物館 美術(shù)館屋頂?shù)陌偃~角度是可以隨著陽光的角度改變而改變的，正如鳥兒的翅膀在一天當(dāng)中不斷地舒展和收縮，形成

8、了一種飛翔的姿態(tài)，讓建筑真正地動了起來。在我的印像中，鳥類翅膀的振動，總會影響帶動周邊的空氣，形成一股氣流。而“翅膀”和建筑的結(jié)合，更加能夠體現(xiàn)出一種動態(tài)的力量感。由于建筑的體量感很大，因此人們無論身處建筑之內(nèi)或者之外，相比起這座美術(shù)館，都會越發(fā)感覺到自身的渺小和建筑的宏偉。而在體量感如此之大的建筑中，“翅膀”的震動無疑給人一種強烈的壓迫感和震撼感，表現(xiàn)出一種仿生的力量。 過機械傳動裝置建筑頂部的是兩個能夠像翅膀一樣張開的鋼結(jié)構(gòu)羽翼，在陽光下慢慢張開仿佛一座會動的建筑。這個結(jié)構(gòu)體系由兩根平行的、傾斜47度的桅桿靠拉力支撐，一根桅桿位于屋面的中軸線上，另一根位于通向藝術(shù)館入口的橋上，創(chuàng)造出了詩意

9、般的結(jié)構(gòu)體系和運動感的整體效果。 和一般建筑不一樣的，這個美術(shù)館在戶外部分居然也設(shè)計了一組遮陽的百頁，而沒有把百頁全都放進玻璃窗的內(nèi)側(cè)去。卡拉特拉瓦把這一部分的遮陽百頁放在室外，直接串在了桅桿上，如同一葉纖細(xì)的羽毛片隨時跟著陽光調(diào)整自己的角度。里昂火車站使用功能仿生 功能仿生是指依據(jù)生物體在生命活動中, 在新陳代謝和運動的過程中所要調(diào)動肌體各個系統(tǒng)運行的原理而把它應(yīng)用于建筑功能。功能仿生是較高級的仿生形式, 它要求建筑師對于生命的原理具有比較深層次的認(rèn)識, 換句話說, 要求比較多的生命科學(xué)知識, 通常建筑師很難單獨完成功能仿生的任務(wù), 只有同科學(xué)家合作才能取得成果, 但同時它們對于建筑設(shè)計的借

10、鑒意義也最大。 功能仿生是一種層次較高的仿生設(shè)計, 它把建筑看成一個生態(tài)系統(tǒng), 充分發(fā)揮人的創(chuàng)造力, 創(chuàng)造人工生態(tài)美的環(huán)境, 達到人與自然的融和 。但是鑒于科技發(fā)展水平, 這是建筑仿生設(shè)計的前沿, 至今此類建筑并不多見。阿爾瓦.阿爾托設(shè)計的德國不萊梅的高層公寓的平面就是蝴蝶的原型，他把建筑的服務(wù)部分和我是部分比作碟身和翅膀，豐富了建筑平面。城市環(huán)境仿生 在城市環(huán)境仿生方面，比較有代表性的例子可以在巴黎的改建規(guī)劃中明顯地看到。早在1853 年時，巴黎塞納區(qū)行政長官歐思曼（G.E.Haussmann）為了執(zhí)行法國皇帝拿破侖第三的巴黎建設(shè)計劃，曾對巴黎市區(qū)進行了大規(guī)模的改建，它不僅要表示對帝國首都的

11、贊美，而且要在城市結(jié)構(gòu)功能上進行改善，使城市交通、環(huán)境綠化、居住水平都達到一個新的境界。 為了實現(xiàn)這一理想，他的巴黎改建規(guī)劃在某種程度上就是模擬了人的生態(tài)系統(tǒng)而進行規(guī)劃設(shè)計的。例如當(dāng)時在巴黎東、西郊規(guī)劃建設(shè)的兩座森林公園，東郊維星斯公園和西郊布倫公園的巨大綠化面積，就象征著人的兩肺，環(huán)形綠化帶與賽納河就象是人的呼吸管道，這樣就使新鮮空氣可以輸入城市的各個區(qū)域。 市區(qū)內(nèi)環(huán)形和放射的各種主干與次要道路網(wǎng)就象是人的血管系統(tǒng)，使血流能夠循環(huán)暢通。這種城市環(huán)境仿生思想，不僅在當(dāng)時已起到了積極的作用，解決了困擾巴黎的城市交通與環(huán)境美化問題，使巴黎在世界上成為城市改建的成功范例，而且城市環(huán)境仿生理論今后仍然

12、值得借鑒和完善 1954年歐洲“十次小組”（Team10）在荷蘭召開預(yù)備會時，英國建筑師史密森曾提出一種新的城市形態(tài)，稱之為“簇群城市”，這也是仿生的成果，它是根據(jù)植物生長變化的規(guī)律而提出的一種新城市布局思想。他們設(shè)想把這種城市主干道設(shè)計成三叉形的道路系統(tǒng)，象征著植物“干莖”，使交通流量得以均勻分布。 同時把城市“干莖”設(shè)計成自由彎曲的分叉系統(tǒng)，并且?guī)в卸嘤|角地蔓延擴展的子系統(tǒng)，就象樹枝分叉一樣，也兼有蛛網(wǎng)狀的連接。這樣既可避免車流泛濫，也可有利于各區(qū)之間的區(qū)分與連接。他們預(yù)言，這種城市布局一方面能保持現(xiàn)代城市功能的需要，又能重新獲得昔日傳統(tǒng)城市的自然氣息。 同時，這種城市是不斷生長變化的，也可使城市與建筑物的分布獲得有機的組合。目前許多小區(qū)的規(guī)劃設(shè)計與“簇群城市”規(guī)劃思想頗有異曲同工之處。仿生建筑的意義 建筑仿生可以是多方面的，也可以是綜合性的，如能成功應(yīng)用仿生原理就能創(chuàng)造出新奇和適應(yīng)環(huán)境生態(tài)的建筑形式。 同時仿生建筑學(xué)也給人們暗示著必須遵循和注重許多自然界的規(guī)律，它告訴我們建筑仿生應(yīng)該注重環(huán)境生態(tài)、經(jīng)濟效益與形式新奇的有機結(jié)合，仿生創(chuàng)新更需要學(xué)習(xí)和發(fā)揮新科技的特點，要做到這一點，建筑師必須善于應(yīng)用類推的方法，從自然界中觀察吸收一切有用的因素作為創(chuàng)作靈感，同時學(xué)習(xí)