1、浅析仿生建筑 “如果我们对一个问题找到了一个较好的解答，很可能大自然已经有了答案。” 亚里士多德 仿生建筑的概念 仿生建筑以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为研究对象，探寻自然界中科学合理的建造规律，并通过这些研究成果的运用来丰富和完善建筑的处理手法，促进建筑形体结构以及建筑功能布局等的高效设计和合理形成。 主要分为以下四种类型： 组织结构仿生 建筑形态仿生 使用功能仿生 城市环境仿生组织结构仿生 结构仿生是从自然界汲取灵感，从而实现建筑力学、结构、材料性能等方而的仿生。对生物结构形态的研究是实现这些要求的有效途径。以动植物、微生物、人类自身等为原型，通过考察自然的选择和优化规律，提取出
2、原型中的结构体系，来为新建筑结构提供合理的外形;通过分析系统的结构性质，将其应用于建筑整体的结构力学之中。薄壳结构类 生物界的各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海螺壳以及人的头盖骨等都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳结构”。这种“薄壳结构”的表面虽然很薄，但非常耐压。 模仿它们壳体在外力作用下，内力都沿着整个表面扩散和分布的力学特征，在建筑工程中早已得到广泛应用。歌剧院整个分为三个部分：歌剧厅、音乐厅和贝尼朗餐厅。歌剧厅、音乐厅及休息厅并排而立，建在巨型花岗岩石基座上，各由4块巍峨的大壳顶组成。这些“贝壳”依次排列，前三个一个盖着一个，面向海湾依抱，最后一个则背向海湾侍立，看上去很像是两组打开盖倒放着的
3、蚌。高低不一的尖顶壳。那贝壳形尖屋顶，是由2194块每块重15.3吨的弯曲形混凝土预制件，用钢缆拉紧拼成的，外表覆盖着105万块白色或奶油色的瓷砖。充气结构类 植物和动物的细胞内能充满了液体或气体。这些液体或气体对细胞壁产生一定的压力。生物学家把这种压力称之为液体静力压和气体静力压，统称为细胞的胀压。 根据细胞胀压原理，人们便设计出各种新颖别致的充气充液结构的体育建筑，如大型体育场馆、室内球场、网球场、充气游泳池、登山帐篷、野外餐厅等等。充气膜结构拱形结构类 曾生活在中生代的巨大爬行动物恐龙，身长20多米，身高4至8米，体重达30至40吨。这样一个庞然大物要走动觅食，生存下去，四肢必须承受相当
4、大的负荷。 如果恐龙不具备合理的力学结构，四肢就会被偌大的身躯压塌。专家们发现，恐龙巨大的身躯、长颈和粗长的尾巴的重力中心是在腰部，身体的重量通过身体重心传递到粗壮的四肢上，整个身体的上部犹如一座拱桥。从力学角度来看，它的确是一种承受巨大负荷的理想结构的造型，这便是建筑史上的“拱形结构”的历史渊源。该仿生建筑的特点，是用料省，坚固耐压，外观美观大方。 赵州桥，蔬菜大棚等建筑“螺旋”结构类 车前子的叶子一般呈螺旋状排列，夹角为137；30；30“。只有这样，每片叶子方能得到最多的阳光。设计师们向车前子借鉴了调节日光辐射的原理，匠心独具地建造一座呈螺旋状排列的13层楼房，每个房间都可以得到最充足的
5、阳光。螺旋摩天楼的灵感来自人类基因组DNA的双螺旋结构，每一层楼扭转1.2度，上升到顶端时，刚好扭转90度，使得顶楼与底层楼角度正好对齐，每间房间的视觉都是独一无二的。新陈代谢类 日本建筑师提出的“新陈代谢”城市设想，通过对生命周期和循环的分析，探求一种将不断更新变化的设备部分和能够长期使用的巨大结构体分开的设计方法。1966年由丹下健三在日本山梨县建成的文化会馆是一座新陈代谢派的著名作品，它的平面组合就是仿照植物新陈代谢的功能，设计了一个个垂直的圆形交通塔，内为电梯、楼梯与各种服务设施，所有办公空间则建立其间，这样可以根据需要不断扩建或减少。 在功能上，要考虑报社、电台的办公，印刷、出版和播
6、音空间四者之间独立的功能和彼此的联系，而采用了4行16根5米直径的圆筒结构做主要支柱，圆筒中有楼梯、电梯、货梯、厕所和空调机房等。支柱间架设着办公室、播音室和印刷厂，其中播音室位于最上层。在各层间还有很多空间做成屋顶花园，这是为将来扩建做准备的预留空间。山梨县文化会馆建筑形态仿生 形态仿生是基于人类美学的出发点, 通过对生物体形态的模仿, 使建筑形象生动、有趣, 愉悦人的视觉感受;或者根据一些提取自生物的符号, 来表达某种具体的象征意向。一般不考虑结构受力等问题, 或者在生物形式下的建筑结构与生物体实际受力结构没有任何关系甚至是矛盾的。在人们熟悉的动物中, 鱼和飞鸟生活在人类所无法占有的空间里
7、, 因此处于一种理想和占有欲,这两类生物成为人们经常模仿的主题。以上所提到的我国古代建筑中屋顶的飞檐极似腾飞的大鸟, 就是对鸟的形态很明显的模仿。圣地亚哥卡拉特拉瓦 Calatrava 拥有建筑师和工程师的双重身份，他对结构和建筑美学之间的互动有着准绳的掌握。他认为美态能够由力学的工程设计表达出来，而大自然之中，林木虫鸟的形态美观，同时亦有着惊人的力学效率。所以，他常常以大自然作为他设计时启发灵感的泉源。代表作品：密尔沃基艺术博物馆 雅典奥运会体育场馆 里昂火车站 芝加哥大楼密尔沃基艺术博物馆 美术馆屋顶的百叶角度是可以随着阳光的角度改变而改变的，正如鸟儿的翅膀在一天当中不断地舒展和收缩，形成
8、了一种飞翔的姿态，让建筑真正地动了起来。在我的印像中，鸟类翅膀的振动，总会影响带动周边的空气，形成一股气流。而“翅膀”和建筑的结合，更加能够体现出一种动态的力量感。由于建筑的体量感很大，因此人们无论身处建筑之内或者之外，相比起这座美术馆，都会越发感觉到自身的渺小和建筑的宏伟。而在体量感如此之大的建筑中，“翅膀”的震动无疑给人一种强烈的压迫感和震撼感，表现出一种仿生的力量。 过机械传动装置建筑顶部的是两个能够像翅膀一样张开的钢结构羽翼，在阳光下慢慢张开仿佛一座会动的建筑。这个结构体系由两根平行的、倾斜47度的桅杆靠拉力支撑，一根桅杆位于屋面的中轴线上，另一根位于通向艺术馆入口的桥上，创造出了诗意
9、般的结构体系和运动感的整体效果。 和一般建筑不一样的，这个美术馆在户外部分居然也设计了一组遮阳的百页，而没有把百页全都放进玻璃窗的内侧去。卡拉特拉瓦把这一部分的遮阳百页放在室外，直接串在了桅杆上，如同一叶纤细的羽毛片随时跟着阳光调整自己的角度。里昂火车站使用功能仿生 功能仿生是指依据生物体在生命活动中, 在新陈代谢和运动的过程中所要调动肌体各个系统运行的原理而把它应用于建筑功能。功能仿生是较高级的仿生形式, 它要求建筑师对于生命的原理具有比较深层次的认识, 换句话说, 要求比较多的生命科学知识, 通常建筑师很难单独完成功能仿生的任务, 只有同科学家合作才能取得成果, 但同时它们对于建筑设计的借
10、鉴意义也最大。 功能仿生是一种层次较高的仿生设计, 它把建筑看成一个生态系统, 充分发挥人的创造力, 创造人工生态美的环境, 达到人与自然的融和 。但是鉴于科技发展水平, 这是建筑仿生设计的前沿, 至今此类建筑并不多见。阿尔瓦.阿尔托设计的德国不莱梅的高层公寓的平面就是蝴蝶的原型，他把建筑的服务部分和我是部分比作碟身和翅膀，丰富了建筑平面。城市环境仿生 在城市环境仿生方面，比较有代表性的例子可以在巴黎的改建规划中明显地看到。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
11、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。 为了实现这一理想，他的巴黎改建规划在某种程度上就是模拟了人的生态系统而进行规划设计的。例如当时在巴黎东、西郊规划建设的两座森林公园，东郊维星斯公园和西郊布伦公园的巨大绿化面积，就象征着人的两肺，环形绿化带与赛纳河就象是人的呼吸管道，这样就使新鲜空气可以输入城市的各个区域。 市区内环形和放射的各种主干与次要道路网就象是人的血管系统，使血流能够循环畅通。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，而且城市环境仿生理论今后仍然
12、值得借鉴和完善 1954年欧洲“十次小组”（Team10）在荷兰召开预备会时，英国建筑师史密森曾提出一种新的城市形态，称之为“簇群城市”，这也是仿生的成果，它是根据植物生长变化的规律而提出的一种新城市布局思想。他们设想把这种城市主干道设计成三叉形的道路系统，象征着植物“干茎”，使交通流量得以均匀分布。 同时把城市“干茎”设计成自由弯曲的分叉系统，并且带有多触角地蔓延扩展的子系统，就象树枝分叉一样，也兼有蛛网状的连接。这样既可避免车流泛滥，也可有利于各区之间的区分与连接。他们预言，这种城市布局一方面能保持现代城市功能的需要，又能重新获得昔日传统城市的自然气息。 同时，这种城市是不断生长变化的，也
13、可使城市与建筑物的分布获得有机的组合。目前许多小区的规划设计与“簇群城市”规划思想颇有异曲同工之处。仿生建筑的意义 建筑仿生可以是多方面的，也可以是综合性的，如能成功应用仿生原理就能创造出新奇和适应环境生态的建筑形式。 同时仿生建筑学也给人们暗示着必须遵循和注重许多自然界的规律，它告诉我们建筑仿生应该注重环境生态、经济效益与形式新奇的有机结合，仿生创新更需要学习和发挥新科技的特点，要做到这一点，建筑师必须善于应用类推的方法，从自然界中观察吸收一切有用的因素作为创作灵感，同时学习生物科学的肌理并结合现代建筑技术来为建筑创新服务。 建筑仿生学是新时代的一种潮流，今后也仍然会成为建筑创新的源泉和保证环境生态平衡的重要手段。 这种新建筑并没有道德上的意义，它仅仅是为了试图追寻自然，而不是意味着它是正确的或者预先注定的。但是正如亚里士多德发现的，如果对一个问题找到了一个较好的解答，很有可能大自然己经有了答案。现在轮到建筑师和生物学家、技术专家和工程师来寻找这些答案了。” 当代仿生建筑
