仿生建筑设计

仿生建筑设计

摘要：仿生建筑技术最近在中国得到了广泛的发展，尤其是在一些商业步行街和高档别墅区，那些造型新颖，设计独特的建筑不但给人强烈的视觉美感，在结构和功能上也更加体现了生态和生物的多样性特征。仿生建筑的发展意味着传统建筑设计的技法已经在不知不觉发生着深刻的改变，已经从“现代主义机械式的零部件搭配时代迈向了更具活力、更进步的科技建筑时代”。本文将重点讨论在仿生建筑设计中的两大基本因素---生态技术和自然人文。并回顾仿生建筑由具象感性到抽象理性的历史，对仿生建筑的设计者来说具有一定的参考价值。

关键词：建筑仿生学、仿生技术、人文

正文：

建筑是一门艺术，更是一门科学。它是技术、艺术、人文、历史的结合体，不同时代的建筑都有其独特的特征。伴随着人类文明的发展而发展。最早提出仿生建筑理论的是德国建筑学家勒伯多在1983年写的《建筑与仿生学》，在文中系统的阐述了仿生学的意义，建筑学应用仿生理论的方法，仿生学与美学的关系等等。为仿生学的发展奠定了理论基础。建筑仿生学是根据自然生态与社会生态规律, 并结合建筑科学技术特点而进行综合应用的科学。研究仿生建筑源于人们回归自然，追求宁静、和谐的心理需求。更深次的意义在于人们对自然、生态以及可持续发展理论的重视和追求。因此仿生建筑设计其实已经不仅是单纯外形上的模仿, 更多的是注重生物体本身的生长肌理以及自然生态规律的研究。

一、生物特性对现代建筑设计理念的改变

1、建筑设计的自然特性

总的来说，建筑仿生设计理念的来源是生物界和自然界。利用生物界和自然界的很多特性来溶合现代建筑的设计理念。造就符合人们审美观，符合自然发展理念的新型建筑。自然界的生物除了外观上、造型上的独特性。还有很多特性如采光、避害、抗风、保温、穿透、自我保护，这些功能与结构都十分的精巧、协调、合理、高效。都将带给我们无穷无尽的设计思路与设计理念。

2、建筑设计的空间性

自然界生生不息，和谐运转的理念对于建筑设计的空间性来说也是一种深刻的启示，对于生命体来说，时间的流逝有着特别重要的意义。我们的建筑很多时候更像一个生命体，在时光的不停变化中，它也会生长、发展至衰亡。城市和建筑的生长应该随着社会需求的变化而变化。将自然生命体的发展理念应用于建筑体的发展理念上，对建筑的发展、空间理念都会有很大的支撑和革新。

3、建筑设计中的可持续性

自然界的生物总是对能量有着高效的利用和转换率。例如麻雀没有企鹅厚厚的皮下脂肪可供保暖和储能，却能轻易的将体温保持在41度。北极熊体表颜色易于吸引太阳辐射热，毛发浓密且中空，能有效的阻止体表散热。在建筑设计中，很多生物的储能特性已经被大量应用建筑设计当中，体育馆太阳光板的应用就源于植物的光合作用。

4、建筑设计中的运动特性。

力与动态美一真是建筑界想要表达的两个重要理念。从这个角度来说，生物界可以给予我们深刻启示。在自然界，植物的向上特性和动物的爆发力特性都表现出了力与美的完整溶合。生物的发展过程，变化过程与静态的形式结合，将产生那些具有动感、且富于人们想像的动感建筑物群体。西班牙的建筑师圣地亚哥的“可特建筑”在这方面极具有代表性。工程美学与建筑美学结合的设计将造就具备动感想像力的完美形态建筑。

二、我国仿生建筑的发展。

在我国，建筑仿生学的研究现在刚刚起步，它不同于其他的流派, 它将是一个长期的研究课题。普通建筑流派是根据人类知识成果中的某一方面, 或针对某时期的经济现状和建筑技术发展的情况产生, 当所属的时代背景过去后, 此流派也随之销声匿迹, 只存在于建筑史课本上的案例, 或者偶尔为后世拿来汲取一下灵感。在学科与学科之间愈来愈互相渗透交叉的现在, 建筑仿生设计的研究需要更多、跨度更大的学科领域的配合, 而且应当伴随建筑科学发展的整个过程, 最后形成一种仿生的意识, 融入到日常的建筑设计中去。从某种意义上说, 建筑仿生设计不单单是一种流派, 而是一种趋势。

我国正处于社会主义初级阶段，环境和能源是建设和谐社会所要面临的两人问题，我国能源分布不均匀，人均资源量少，而且工业、交通和建筑能耗高，据有关资料统计，目前，我国的建筑能耗约占总能耗的25%。如果不加大建筑节能技术研究开发力度，随着经济的快速发展，建筑能耗的比例将快速上升到35%以上。可见我国急需发展绿色节能建筑来降低能源损耗，目前我国各地的高等学府、科研单位、设计单位等都在积极地进行绿色、节能建筑等方面的研究。各种全国性的学术研讨会也都定期召开。比如不久前召开的“全国现代结构工程学术研讨会”是受中国建筑金属结构协会和中国钢结构协会委托。。。。

而且就建筑设计而言，仿生元素也为建筑师开展了新的思路，提供了新的形式，建筑师运用生物形态有时是出于象征和隐喻的动机，有时是因为自然激发了他们在建筑结构、外形及功能方面的灵感。同时，随着科技的高速发展，计算机性能已经可以将新材料和建筑机构设计在电脑屏幕上建构出来，先进的科技为新设计思想提供了先进的技术平台，使各种形态的仿生建筑能够成为现实，也为我国的建筑设计领域注入了新鲜血液。

仿生理念在建筑设计中的运用

1、结构仿生

结构仿生中，最为成功的一个例子是生物界的各种蛋壳、贝壳、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”的表面薄而耐压，模仿它们壳体在外力作用下，内力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。1 9 2 5 年德国耶拿斯切夫玻璃厂厂房也采用了球形的薄壳设计。而美国通用汽车公司技术中心水塔，也是薄壳建筑很好的例子。建筑设计中应用仿生最成功的另一个例子就是悬索结构。它是受蜘蛛网启发设计而成，所有柔韧的材料如藤、绳、索都具有极强的抗拉特性。悬索结构中所有的“杆件”均为拉杆，这样就使悬索结构中材料利用率极大，高强材料得以充分利用,还可以施加预应力，从而形成很大的跨度。日本东京的代代木体育馆，用数根自然下垂的钢索牵引主体结构的各个部位, 从而托起了这座总面积达20000 多平方米的超大型建筑；北京工人体育馆的双层辐射式悬索结构，外形似平放的自行车轮，有上下两张有杆件相连的网。悬索结构可以造出千姿百态的形状，从某种程度上它是认识自然、改造自然中科学、艺术与技术的综合。

2、形态仿生

形态仿生是具戏剧性效果的仿生手段。直接模仿自然生物体的外形、结构形态以及组织关系形态的形式，使人们感到亲切并使建筑物富于联想。同时这些形态给建筑带来了新形象,，引发建筑外形的革命。西班牙建筑师高迪曾经创造了大量生物特征极其明显的作品。他设计的神圣家族教堂从植物外形取得灵感，被认为是现代仿生建筑的开篇之作；里昂萨托拉火车站就模仿比目鱼的纤细曲线骨建造；瑞士赫尔佐格设计的2 0 0 8 北京奥运会主场馆“鸟巢”方案。这些都是外形设计的灵感来源于生物特性的代表作。

3、生物特性仿生

生物特性仿生具有相当的借鉴意义，其含义是通过研究生物规律在建筑上应用的可能性。将生物的某些外部形式，内部结构与自然生态环境共生繁衍的特殊规律及美学形态的法则应用到建筑创作中去。但是仿生不是模仿照抄，而是一种创作思想,是对生物生生不息不断进化的原理的借鉴。它是吸收动植物的生长机理以及一切自然生态规律，如动植物的高效低耗、自觉应变、新陈代谢、肌体完整的保障系统，结合建筑自身的特点而适应新环境的一种创作方法，是具有生命力的。

4、材料仿生

材料仿生主要是运用生物体的组织或组成成分为建筑科学服务，它关联的生物科学层次比较低，基本上不涉及建筑设计问题，所以单独讨论。人们发现, 生物特别是低等生物汲取自然界的物质元素构成它们的自身，不象人类那样采用很