仿生學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、仿生學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：從多個角度對仿生建筑的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并憧憬了建筑仿生今后的發(fā)展。關(guān)鍵詞：仿生學(xué)；建筑設(shè)計(jì)；節(jié)能應(yīng)用自然界中的生物形態(tài)各異，豐富多彩，將這些生命體獨(dú)有的結(jié)構(gòu)性能，外觀構(gòu)造，以及生命活動特性運(yùn)用到建筑的設(shè)計(jì)中，即為仿生建筑設(shè)計(jì)。將建筑視為一個生命體，從理念上便體現(xiàn)了與大自然和諧共存的思想和綠色環(huán)保的態(tài)度。從大自然生物的角度設(shè)計(jì)建筑，將有利于提升建筑的使用功能，提供良好居住環(huán)境，改善自然環(huán)境，減低建筑能耗。如今，仿生建筑從自然的各個方面進(jìn)行模擬，建造了許多優(yōu)秀的作品，通過對其中一些代表性建筑的介紹，增強(qiáng)對建筑仿生學(xué)的理解，促進(jìn)其發(fā)展。1巴黎城市環(huán)境仿生運(yùn)用城市環(huán)境仿生與

2、仿生應(yīng)用相比，其更復(fù)雜更系統(tǒng)。對這方面進(jìn)行應(yīng)用時，應(yīng)當(dāng)注重整個城市環(huán)境與建筑設(shè)計(jì)中的環(huán)保理念相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市整體優(yōu)化。例如，1853年法國皇帝拿破侖第三任命賽納區(qū)行政長官歐思曼(G.E.Haussmann)執(zhí)行的巴黎建設(shè)計(jì)劃(附圖一)整個巴黎模擬人的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造。從此，巴黎這座戰(zhàn)亂之后的城市被賦予了生命，重?zé)ㄉ鷻C(jī)。在巴黎的東西郊建立的兩座森林公園仿佛人體的兩肺，擴(kuò)大了城市綠化面積，提高了環(huán)境空氣質(zhì)量，對人口密集，重工業(yè)生產(chǎn)量大的城市有很好的借鑒作用。例如我國北方地區(qū)，由于地理位置和氣候季節(jié)的原因，極易揚(yáng)塵，造成霧霾天氣，導(dǎo)致人們生活質(zhì)量下降，甚至危及身體健康。對于這一現(xiàn)狀，應(yīng)當(dāng)積極倡

3、導(dǎo)“建肺”活動一一因地制宜的加大城市綠化建設(shè)，從而改善城市空氣品質(zhì)。巴黎各處的綠化帶與塞納河模擬的人體呼吸管道，對水源綠地的充分利用，讓城市充滿生機(jī)。而環(huán)形和放射形的道路則模仿了人體的血管。將人體錯綜復(fù)雜的血管系統(tǒng)機(jī)理恰當(dāng)合理的運(yùn)用到道路交通建設(shè)中來，有效緩解了各地交通運(yùn)行的問題。圖一巴黎建設(shè)計(jì)劃之后的巴黎2建筑使用功能仿生運(yùn)用使用功能仿生應(yīng)用也很普遍，表現(xiàn)形式豐富多彩。例如，法國巴黎的“防煙霧”大廈(Anti-SmokBuilding,Paris),這所建筑不僅外形奇特美觀，更讓人為止驚嘆的是，所用的建造材料都是可回收可降解的。并采用了太陽能發(fā)電，光合作用凈化空氣等高科技術(shù)，完全體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)

4、保，可持續(xù)發(fā)展的理念。不僅如此，朗香教堂的平面造型仿自人的耳朵，仿佛上帝在傾聽信徒的禱告。1958年-1962年，芬蘭著名建筑師阿爾托在設(shè)計(jì)德國不萊梅高層公寓期間，一只振翅飛舞著的蝴蝶讓其靈感無限。阿爾托把建筑的臥室部分模擬成蝴蝶翅膀，服務(wù)部分模擬蝶身，不僅內(nèi)部空間布局奇特豐富，建筑外觀也引人注目。圖二柏林愛樂音樂廳3建筑形式仿生運(yùn)用形式仿生是通過研究生物千姿百態(tài)的規(guī)律后，進(jìn)行整理和總結(jié)，從中獲得啟示，探討其在建筑上應(yīng)用的可能性。將生物的外貌特征運(yùn)用到建筑造型上，使建筑更豐富，美觀，具有生命力。圖三“羅布林大橋坡度”大廈例如，1904-1906年期間，西班牙人高迪(AntonioGaudi)在

5、巴塞羅納設(shè)計(jì)的巴特洛公寓明顯模仿了動物骨骼形式。高迪是最早應(yīng)用仿生形式的近代建筑師，其在1910年設(shè)計(jì)的米拉公寓也同樣是運(yùn)用仿生原理建成的。熱愛自然環(huán)境的建筑師賴特，在1944年設(shè)計(jì)建造的威斯康星州雅可布斯別墅，靈感來源于地面菌菇類植物，仿佛從地面自然形成，與周圍環(huán)境完美融合。由如，1964年，丹下建三在東京建造的奧運(yùn)會游泳館與球類比賽館，合理利用懸索結(jié)構(gòu)，模仿貝殼的形體，給人耳目一新的感覺，是建筑藝術(shù)作品中的優(yōu)秀范例。又如，由建筑師丹尼爾？李博斯金設(shè)計(jì)的美國辛辛那提的“羅布林大橋坡度”大廈(TheAscantatRoeblingBridge,Cincinnati)(附圖三)。其最大的特點(diǎn)就在

6、于頂層傾斜坡度與周圍環(huán)境以及著名的羅布林大橋完美融合。建筑整體色調(diào)又與藍(lán)天、白云、綠樹互襯，給人視覺上的舒適感。另一個充分與周圍自然環(huán)境合理搭配的建筑，便是由格雷特？萊恩設(shè)計(jì)的哥斯達(dá)黎加“世界方舟”(ArkoftheWorld,CostaRica)。該建筑核心為一個球體，運(yùn)用“流體建筑”的概念，使用可變形金屬材料和先進(jìn)“blob-like”流媒體圖像技術(shù)，流動感十足。2008年我國建成的國家體育場，生動形象的模仿了鳥巢的外部形態(tài)，且全部使用鋼結(jié)構(gòu)建成。不僅給人視覺上的美感，同時，也寓意著對未來的希望。4建筑結(jié)構(gòu)組織仿生運(yùn)用結(jié)構(gòu)組織仿生是運(yùn)用最廣泛，較成熟的仿生運(yùn)用。因?yàn)樯锖蜋C(jī)械裝置在功能上使

7、用相同，這就可以研究生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)，類比和修正，建造由與生物體或其中一部分相仿的機(jī)械裝置。例如蜂巢的結(jié)構(gòu)，由一個個分布有序的六菱格式蜂房組成，并且每個小蜂房的底部也是由三個相同的菱形構(gòu)成。這樣的結(jié)構(gòu)布局是最省材料的，并且容量大，極堅(jiān)固。人類發(fā)現(xiàn)這一奇特結(jié)構(gòu)后，迅速對其進(jìn)行研究，使用各種材料仿造生了蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，在建筑和制造航天飛機(jī)，宇宙飛船等方面應(yīng)用較廣泛。如此復(fù)雜而精確地內(nèi)部空間構(gòu)造，科學(xué)家們需要經(jīng)過大量的計(jì)算公式和理論作支撐才能完成，而蜜蜂是如何做到這些的呢？難道也有像人類一樣發(fā)達(dá)的大腦？也許，通過對蜜蜂筑巢整過過程進(jìn)行更加徹底的研究，還可從中尋找由對數(shù)學(xué)計(jì)算，結(jié)構(gòu)力學(xué)等方面分析更便捷的

8、解答方法。另外，1957年，奈爾維和維特羅西建造的羅馬奧運(yùn)會小體育館(附圖四)，從人類腿骨的受力分析中得到啟示，創(chuàng)造了一圈丫形支撐體系，使其外部受力均勻，建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，并使空間結(jié)構(gòu)與建筑藝術(shù)形式的虛實(shí)結(jié)合達(dá)到了完美的統(tǒng)一。1960年，奈爾維又設(shè)計(jì)建造了羅馬奧運(yùn)會的大體育館，內(nèi)部采用放射形拱肋的構(gòu)造形式，仿佛盛開的花朵，實(shí)現(xiàn)了功能、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和美感的有機(jī)結(jié)合。止匕外，設(shè)計(jì)師尼古拉斯?格拉姆設(shè)計(jì)的英國萊斯特國家航天中心(NationalSpaceCentre,Leicester),是世界上第一個采用仿生結(jié)構(gòu)的建筑物。其整個內(nèi)部結(jié)構(gòu)甚至連火箭發(fā)射塔都是使用輕鋼，建筑外表為用于建筑太空飛行器的特殊泡沫

9、材料。內(nèi)部輕鋼外表特殊材料的結(jié)合，保證了建筑物的堅(jiān)固。圖四羅馬奧運(yùn)會小體育館5展望建筑仿生運(yùn)用建筑仿生應(yīng)用靈活多變，需要將建筑和生物緊密的結(jié)合起來，不僅要有作為一名建筑師深厚的專業(yè)知識，還要有對大自然的一份熱愛以及將生物特征融入建筑設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新意識。所以，建筑仿生學(xué)是一門綜合性的學(xué)科，也就反映由它的復(fù)雜性和困難性。在設(shè)計(jì)的過程中，不要急于求成，多親近自然，接觸自然，靈感或許就在莫刻顯現(xiàn)。從目前的發(fā)展來看，建筑仿生是建造綠色環(huán)保型建筑的有效手段，深入對仿生建筑的研究，設(shè)計(jì)更多有利于人類生存的建筑，形成一套完整的建筑仿生體系，仿生建筑將產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。參考文獻(xiàn)1王立福，單欣，李堯.仿生學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.山西建筑，2008,34(9).2史蒂芬？柯克蘭著，鄭娜譯.巴黎的重生M.北京