仿生学在建筑设计中的应用

　　摘 要：从多个角度对仿生建筑的应用进行介绍，并憧憬了建筑仿生今后的发展。

　　关键词：仿生学；建筑设计；节能应用

　　自然界中的生物形态各异，丰富多彩，将这些生命体独有的结构性能，外观构造，以及生命活动特性运用到建筑的设计中，即为仿生建筑设计。将建筑视为一个生命体，从理念上便体现了与大自然和谐共存的思想和绿色环保的态度。从大自然生物的角度设计建筑，将有利于提升建筑的使用功能，提供良好 居住环境，改善自然环境，减低建筑能耗。如今，仿生建筑从自然的各个方面进行模拟，建造了许多优秀的作品，通过对其中一些代表性建筑的介绍，增强对建筑仿生学的理解，促进其发展。

　　1 巴黎城市环境仿生运用

　　城市环境仿生与仿生应用相比，其更复杂更系统。对这方面进行应用时，应当注重整个城市环境与建筑设计中的环保理念相结合，实现城市整体优化。

　　例如，1853年法国皇帝拿破仑第三任命赛纳区行政长官欧思曼（G.E.Haussmann）执行的巴黎建设计划（附图一）。整个巴黎模拟人的生态系统进行大规模改造。从此，巴黎这座战乱之后的城市被赋予了生命，重焕生机。在巴黎的东西郊建立的两座森林公园仿佛人体的两肺，扩大了城市绿化面积，提高了环境空气质量，对人口密集，重工业生产量大的城市有很好的借鉴作用。例如我国北方地区，由于地理位置和气候季节的原因，极易扬尘，造成雾霾天气，导致人们生活质量下降，甚至危及身体健康。对于这一现状，应当积极倡导“建肺”活动――因地制宜的加大城市绿化建设，从而改善城市空气品质。巴黎各处的绿化带与塞纳河模拟的人体呼吸管道，对水源绿地的充分利用，让城市充满生机。而环形和放射形的道路则模仿了人体的血管。将人体错综复杂的血管系统机理恰当合理的运用到道路交通建设中来，有效缓解了各地交通运行的问题。

　　图一 巴黎建设计划之后的巴黎

　　2 建筑使用功能仿生运用

　　使用功能仿生应用也很普遍，表现形式丰富多彩。例如，法国巴黎的“防烟雾”大厦（Anti-SmokBuilding，Paris），这所建筑不仅外形奇特美观，更让人为止惊叹的是，所用的建造材料都是可回收可降解的。并采用了太阳能发电，光合作用净化空气等高科技术，完全体现了节能环保，可持续发展的理念。不仅如此，朗香教堂的平面造型仿自人的耳朵，仿佛上帝在倾听信徒的祷告。1958年-1962年，芬兰著名建筑师阿尔托在设计德国不莱梅高层公寓期间，一只振翅飞舞着的蝴蝶让其灵感无限。阿尔托把建筑的卧室部分模拟成蝴蝶翅膀，服务部分模拟蝶身，不仅内部空间布局奇特丰富，建筑外观也引人注目。

　　图二 柏林爱乐音乐厅

　　3 建筑形式仿生运用

　　形式仿生是通过研究生物千姿百态的规律后，进行整理和总结，从中获得启示，探讨其在建筑上应用的可能性。将生物的外貌特征运用到建筑造型上，使建筑更丰富，美观，具有生命力。

　　图三 “ 罗布林大桥坡度”大厦

　　例如，1904-1906年期间，西班牙人高迪（Antonio Gaudi）在巴塞罗纳设计的巴特洛公寓明显模仿了动物骨骼形式。高迪是最早应用仿生形式的近代建筑师，其在1910年设计的米拉公寓也同样是运用仿生原理建成的。热爱自然环境的建筑师赖特，在1944年设计建造的威斯康星州雅可布斯别墅，灵感来源于地面菌菇类植物，仿佛从地面自然形成，与周围环境完美融合。由如，1964年，丹下建三在东京建造的奥运会游泳馆与球类比赛馆，合理利用悬索结构，模仿贝壳的形体，给人耳目一新的感觉，是建筑艺术作品中的优秀范例。又如，由建筑师丹尼尔?李博斯金设计的美国辛辛那提的“罗布林大桥坡度”大厦（The Ascantat Roebling Bridge，Cincinnati）（附图三）。其最大的特点就在于顶层倾斜坡度与周围环境以及著名的罗布林大桥完美融合。建筑整体色调又与蓝天、白云、绿树互衬，给人视觉上的舒适感。另一个充分与周围自然环境合理搭配的建筑，便是由格雷特?莱恩设计的哥斯达黎加“世界方舟”（Ark of the World，Costa Rica）。该建筑核心为一个球体，运用“流体建筑”的概念，使用可变形金属材料和先进“blob-like”流媒体图像技术，流动感十足。2008年我国建成的国家体育场，生动形象的模仿了鸟巢的外部形态，且全部使用钢结构建成。不仅给人视觉上的美感，同时，也寓意着对未来的希望。

　　4 建筑结构组织仿生运用

　　结构组织仿生是运用最广泛，较成熟的仿生运用。因为生物和机械装置在功能上使用相同，这就可以研究生物内部结构，类比和修正，建造出与生物体或其中一部分相仿的机械装置。

　　例如蜂巢的结构，由一个个分布有序的六菱格式蜂房组成，并且每个小蜂房的底部也是由三个相同的菱形构成。这样的结构布局是最省材料的，并且容量大，极坚固。人类发现这一奇特结构后，迅速对其进行研究，使用各种材料仿造出了蜂巢式夹层结构板，在建筑和制造航天飞机，宇宙飞船等方面应用较广泛。如此复杂而精确地内部空间构造，科学家们需要经过大量的计算公式和理论作支撑才能完成，而蜜蜂是如何做到这些的呢？难道也有像人类一样发达的大脑？也许，通过对蜜蜂筑巢整过过程进行更加彻底的研究，还可从中寻找出对数学计算，结构力学等方面分析更便捷的解答方法。

　　另外，1957年，奈尔维和维特罗西建造的罗马奥运会小体育馆（附图四），从人类腿骨的受力分析中得到启示，创造了一圈丫形支撑体系，使其外部受力均匀，建筑结构稳固，并使空间结构与建筑艺术形式的虚实结合达到了完美的统一。1960年，奈尔维又设计建造了罗马奥运会的大体育馆，内部采用放射形拱肋的构造形式，仿佛盛开的花朵，实现了功能、经济、技术和美感的有机结合。此外，设计师尼古拉斯?格拉姆设计的英国莱斯特国家航天中心（National Space Centre，Leicester），是世界上第一个采用仿生结构的建筑物。其整个内部结构甚至连火箭发射塔都是使用轻钢，建筑外表为用于建筑太空飞行器的特殊泡沫材料。内部轻钢外表特殊材料的结合，保证了建筑物的坚固。

　　图四 罗马奥运会小体育馆

　　5 展望建筑仿生运用

　　建筑仿生应用灵活多变，需要将建筑和生物紧密的结合起来，不仅要有作为一名建筑师深厚的专业知识，还要有对大自然的一份热爱以及将生物特征融入建筑设计中的创新意识。所以，建筑仿生学是一门综合性的学科，也就反映出它的复杂性和困难性。在设计的过程中，不要急于求成，多亲近自然，接触自然，灵感或许就在某刻显现。

　　从目前的发展来看，建筑仿生是建造绿色环保型建筑的有效手段，深入对仿生建筑的研究，设计更多有利于人类生存的建筑，形成一套完整的建筑仿生体系，仿生建筑将产生更深远的影响。

　　参考文献

　　[1] 王立福，单欣，李尧.仿生学在建筑设计中的应用[J].山西建筑，2008， 34（9）.

　　[2] 史蒂芬?柯克兰著，郑娜译.巴黎的重生[M].北京：社会科学文献出版社，2014.

　　[3] 马国馨.丹下建三（国外著名建筑丛书）[M].北京：中国建筑工业出版社，1989（3）.

　　[4] 徐晓琳.浅谈建筑仿生文化的发展趋势[J].四川建材，2006（2）.

　　作者简介：谭畅（1993.10- ），女，湖南湘潭人，郑州大学土木学院建筑环境与设备工程专业2012级本科生。

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