仿生学在建筑设计中的应用
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【摘要】本论文是以仿生学为理论支持，以建筑学的要点为设计要素，并联系笔者的建筑设计作品来分析和研究仿生学建筑的特点，并对建筑设计中仿生学的应用进行了介绍。
【关键词】仿生学建筑设计应用
中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：
伴随着科学技术的发展，设计师和建筑师依靠科学的手段来分析我们既熟悉而又陌生的自然界。当仿生学这门科学出现后，建筑师和设计师们又有了新的创作激情和可依赖的理论，就是将仿生学这门科学引入到建筑的创作中。
一、建筑仿生设计理念
仿生设计理念的特点在于整体性。很多持整体论思想的生态学家认为：必须整体地看待生物圈中生态系统相互依赖的关系。在生态学系统之中和不同生态系统之间，系统中每一部分的变化都会影响系统整体的运转。
由此我们可以认为在建筑设计中整体的仿生设计理念应具备两个特点：
(1)一个建筑系统只是生态系统中物质和能量流动的中间环节，是一个相对短暂的阶段，一旦建筑的生命周期终结，建筑所使用的材料将被重新利用；
(2)建筑物作为一个独立的开放系统，自身和周围的生态系统建立了物质和能量输入、输出的交流路径，正是在此路径上的交流转换对生态环境造成了不同的影响。
在传统的设计理念中，建筑师往往把建筑系统视为一种相对静止和固定的实体，因而对建筑与环境的互动关系缺乏深入思考，从而导致了对环境的污染和破坏。
总之，仿生设计理念比传统的设计理念更注重尊重自然，顺应自然，更注重以可持续发展的眼光对待建筑设计过程中各方面的问题。
二、建筑仿生的方式
在东西方建筑发展历史中，我们都可以看见建筑师和设计师的灵感基本是来源于自然界。仿生学研究自然界中“优美而合理”的生物形态，这给建筑师和设计师带来了无尽的想象空间，仿生学建筑造型上的构思来源于自然界中万物的形态，以及其内部的组织结构排序等方面。如古代中国带有动物形态的屋脊和欧洲带有人像雕塑的建筑以及按黄金分割比例建造的立柱等。
建筑仿生的方式有以下两种仿生形式:
1、直接性仿生
直接性仿生指的是，直接提取自然界生物的外型特征和内部组织结构排序等方面的特性，不进行艺术加工或很少进行艺术加工。运用直接仿生设计的建筑在视觉上很少有强烈的冲击感，是比较“随和”的仿生，这样的建筑给人直接的感觉，比较容易让人们接受，尤其是儿童和老年群体。然而一部分建筑师不认同直接仿生的手法，认为这样的仿生学建筑是“没有思想”的建筑。其实这并不是正确的，直接仿生设计的建筑在外型上具体化应用并不是没有它的道理，只是直接仿生手法应当用于其应该用于的领域。例如，建筑的标志，以及用于适当的特定环境。
2、承接性仿生
承接性仿生指的是，在提取自然界生物外型特征和内部组织结构排序等方面特征后，建筑师和设计师对得到的数据或形象进行艺术的加工。承接性主要是依靠建筑师和设计师的艺术抽象思维和美术功底等方面知识的渊博性和概括能力。运用承接性仿生设计的建筑大多数是带有“概念”意义上的仿生，有时候人们基本看不出来是什么形式，但是，当人们参与到建筑后，自然而然的会感到一种亲近自然以及很放松个俞悦的心情，这是仿生学建筑的一种对人类心理向往的启发。运用承接性仿生设计的建筑需要更高的科学技术支持，因为在进行艺术加工和概括后，基本是与原形有很大差别的，例如；建筑的高度、空间上和时间上的跨度等方面。运用承接性仿生设计的建筑可以给人带来无限的猜测，对建筑产生好奇，使人们更想参与其中。这些特点正是运用承接性仿生手段设计的建筑自身魅力所在，所以应该更多的提倡运用承接性思维进行仿生学建筑设计。
1、城市环境仿生
城市环境仿生由来已久，比较有代表性的例子是法国巴黎的城区改建规划。早在1853年时，巴黎塞纳区行政长官欧思曼(G.E.Haussmann)为了执行法国皇帝拿破仑第三的巴黎建设计划，曾对巴黎市区进行了大规模的改建，它不仅要表示对帝国首都的赞美，而且要在城市结构功能上进行改善，使城市交通、环境绿化、居住水平都达到一个新的境界。为了实现这一设想，巴黎改建规划在某种程度上就是模拟了人的生理循环系统而进行设计的。这种城市环境仿生思想，不仅在当时已起到了积极的作用，解决了困扰巴黎的城市交通与环境美化问题，使巴黎在世界上成为城市改建的成功范例，而且它的城市环境仿生理念为今后的城市规划提供了很好的借鉴经验。目前，国内许多城镇的小区规划设计与“簇群城市”规划思想颇有异曲同工之处。
2、结构仿生
结构仿生是建筑仿生中最为成熟的分支学科，也是运用最广泛的。结构仿生是研究并模仿自然物象的力学特征、结构关系和材料性能等，把它们应用于建筑结构设计中。从一滴水和一个蛋壳看到自由抛物线型曲面的张力和薄壁高强的性能; 从一片树叶的叶脉发现了交叉网状的支撑组织肌理，这些发现都会对建筑结构的创新得到启示。
马克思曾赞叹过“蜜蜂建筑蜂房的本领使人类的建筑师感到惭愧。”蜂窝是多个六角柱状体的集合，容量最大，耗材最少，是最经济的结构。这个发现使人们在尝试了多种结构正方形，三角形，五边形……人类根据蜂窝的原理，仿其结构制成新型的石棉，塑料等材料。最具代表性的是西班牙建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦设计的美国威斯康星洲的密尔沃基艺术博物馆( 见图1) ，1950 年由著名大师赖特设计建造的美国威斯康星州约翰逊制蜡公司实验楼就是运用了结构仿生，模仿的是树状结构的特点，将主要的支撑结构放在建筑中央，四周楼板悬挑，取得了新颖的效果，造型优美，具有光彩悦目的时代魅力。
图1密尔沃基艺术博物馆
3、造型仿生
建筑造型仿生是建筑创新设计的一种有效方法，它是通过研究自然界生物千姿百态的规律后而探讨在建筑上应用的可能性，这不仅使建筑形式与功能、结构有机融合，而且还是超越模仿而升华为创造的一种过程。造型仿生在建筑工程设计中较为常见，它不仅可以取得新颖的造型，而且往往也能为发挥新结构体系的作用创造出非凡的效果。
北京鸟巢体育场是中国近代杰出的建筑设计之一，整个体育场结构的组件相互支撑，形成网格状的构架，外观看上去就仿若树枝织成的鸟巢，其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，其中包含着一个土红色的碗状体育场看台。在这里，中国传统文化中镂空的手法、陶瓷的纹路、红色的灿烂与热烈，与现代最先进的钢结构设计完美地相融在一起，不仅形式上仿生而且意义非凡，那是一个用树枝般的钢网把一个可容10万人的体育场编织成的一个温馨鸟巢！用来孕育与呵护生命的“巢”，寄托着人类对未来的希望。
4、使用功能仿生
利用自然界生物的某些特征，实现建筑设计的功能完善，更适应人类的使用需求，世界各国功能仿生设计的案例非常多，法国建筑师勒·柯布西耶在设计的法国孚日山区朗香教堂，就从一枚蟹壳中找到灵感，将教堂的屋顶各边都设计成像壳一样向上弯曲，使得薄材料拥有更好的自然力和坚韧性。同时，朗香教堂的平面就是模拟人的耳朵，象征着上帝可以倾听信徒的祈祷。正是因其平面具有超现实的功能，以致在造型上也相应获得了奇异神秘的效果。
5、建筑材料仿生
科学家们通过对某些生物特殊的有机构成结构所进行的广泛而深入的研究与试验，总结出某些仿生材料学方面的经验和规律。比如，模仿蜂巢创造了既轻又美的网格结构，而且也用于建筑材料的设计，设计出了各种轻质高强的泡沫蜂窝材料和结构。泡沫混凝土、泡沫塑料、泡沫玻璃和泡沫合金等都已得到大规模的使用。实践证明，这种材料中由气泡组成的蜂窝，既隔热又保温。最近，英国的建筑师试制成功一种蜂窝墙壁，中间填满由树脂和硬化剂合成的尿素甲醛泡沫，用这种墙壁建造住宅，结构轻巧，冬暖夏凉。
结束语
仿生学的应用使建筑设计更科学、更丰富，也使得建筑更加具有实用性和人性化，使建筑既能节能环保，又能满足人类不断增长的各种需求，特别是在人类资源越来越少的情况下，充分利用仿生学建筑学原理，并将各种途径结合起来，才能综合满足人类的需求。
参考文献
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[2] 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(09)
[3] 赵锡珠，金明姬，刘海波. 浅谈建筑创作的仿生学技术应用[J]. 低温建筑技术. 2008(04)