浅谈自然环境与现代生态建筑的关系

浅谈自然环境与现代生态建筑的关系

提要随着环境污染的日益加剧，能源的日益匮乏，生态建筑与可持续发展越来越引起了各国人们的重视。合理利用可再生能源，应用仿生学原理，结合当地的自然环境，通过组织(设计)建筑内外空间中的各种物态因素，使物质、能源在建筑生态系统内部有秩序地循环转换，从而获得一种高效、低耗、无废、无污、生态平衡的建筑环境。

关键词仿生学原理自然环境生态建筑可持续发展

本世纪以来，随着科技进步和社会生产力的极大提高，人类创造了前所未有的物质财富，加速推进了文明发展的进程。与此同时，人口剧增、资源过度消耗、环境污染、生态破坏等日益突出，成为全球性的重大问题，严重地阻碍着经济的发展和人民生活质量的提高，继而威胁着全人类的未来生存和发展。而建筑作为人类对大自然一种最大的影响活动，如何降低能耗、减少污染、保持生态平衡，使建筑物与大自然成为一个和谐有机的整体，促进人类社会持续发展，已经成为一个十分严峻的课题，摆在人们的面前。

大自然是最伟大的建筑师。人类在建筑技术上所遇到的许多难题，其实在自然界中早已有了类似的解答。因为生物在千万年进化的过程中，为了适应自然界的规律需要不断完善自身的性能与组织，它需要获得高效低耗、自觉应变、新陈代谢、肌体完整的保障系统，才能得以生存与繁衍。只有这样，自然

界才能成为一个整体，才能保持生物链的平衡与延续。当然，人也是大自然中的一员，人类为了生存与发展不仅需要建筑，而建筑也同样需要适应自然界的规律，否则不仅会破坏自然环境，而且也会毁灭人类自身。

在自然界，有许多生物的造型及形态不但漂亮，而且巧夺天工，是人类建筑构思时取之不尽的创作源泉。从一滴水珠和一个蛋壳看到了其自由抛物线型曲面的张力与薄壁高强的性能；从一片树叶的叶脉发现了其交叉网状的支撑组织肌理。织布鸟会编织树皮成巢，缝叶莺会缝叶成巢，燕子会用泥丸垒成巢，营冢鸟能造出恒温的巢，骨顶鸟会造浮巢……鸟也为人们展现了许许多多的无与伦比的建筑艺术品。全世界许多建筑大师们常常应用仿生学原理，根据动植物的形态与生长肌理以及一切自然生态的规律，结合建筑的自身特点，从建筑的造型、设计、计算、用材、施工、选址等入手，创造出了一大批美仑美奂的作品，成为令人瞩目的新奇景观。

德国建筑学家根据向日葵成功设计建造了一种旋转房屋。它装有如同雷达一样的红外线跟踪器，只要天一亮，房屋上的马达就开始启动，使房屋迎着太阳缓慢转动，始终与太阳保持最佳角度，使阳光最大限度地照进屋内。夜间，房屋又在不知不觉中慢慢复位。这种建筑能够充分利用太阳能，保证房屋的日常供热和用电，又能将光能储存起来，供阴雨天和夜晚使用，构思十分巧妙，设计独具匠心。

路边生长的车前草，它的叶片排列十分规则，每两片之间的夹角都是137度。所以，每片叶子都能够得到充足的阳光。

于是，建筑师根据车前草的排列结构，设计建筑了螺旋式楼房，使每间房屋在一年四季中都可以得到阳光的照射，成为深受人们欢迎的“采光”建筑。

蜘蛛网就是自然界中的悬索结构。蜘蛛织网，一般利用三点，如墙角、挑出的树梢、石头尖处等，先由三点连成三角形组成网的边，并由一根特殊的丝通过未来的网中心，然后由边向网中心拉辐线，到网中心后在相邻的地点向边拉辐线，这样来回拉了几条辐线后，却跑到相对的那一边去拉辐线，很明显，它正利用静力学以维持网的平衡。拉好了所有的辐线，蜘蛛由网中心以螺旋线向外盘旋拉丝线。蜘蛛到了最外圈后，沿着原路返回，返回时不时地抓起原有的网线聚成小球，固结在与辐线相交的点上形成很多的小点，在沿着原路返回过程中拉的丝线才是真正的蜘蛛网线。由外向里盘旋的螺旋线越来越密，形成数学上的对数螺旋线，这样，曲线由外向里虽然密度增加，但在理论上永远到不了中心点。

美籍华人林同炎成功地设计了一座曲线斜拉桥，它如众多的“蜘蛛丝”拉着一片细长的树叶一样，构思之独特、工程之巧妙、造型之优美受到全世界工程技术人员的好评，获得了全国第26届优秀建筑比赛一等奖，被誉为“结构工程与美的理想相结合”的典范。林同炎设计的曲线斜拉桥位于美国加利福尼亚州的一条狭谷河流上，两岸山高陡峭，谷深流急，若是采用一般直线形桥，则两岸引桥要挖去大量山崖，假如采用抬高桥面的方案，虽然避免开挖山崖，但引桥很长，两者都会使工程造价昂贵。而林同炎先生设计的曲线形桥，很自然地与两岸线

路联接，达到桥与路的有机结合，正如长虹卧波，复道行空，天堑变通途。这桥另一个特点是采用很多斜拉的索，直接固结于两岸山崖上，一根根斜拉索交叉网胜似蜘蛛网，奏出一曲美妙的“蜘蛛网”畅想曲。

在南美洲巴西的亚马逊河上，到处漂浮着一种大而美丽的观赏植物——王莲。它的叶子像一只浮在水面上的大圆盘子，直径达 1.5～2.5米，载重量十分惊人，一片叶子竟可载重40～千克，一个孩子坐在上面，就像乘一条小船在河中飘荡。

为什么王莲的叶子有这么大的浮力呢？原来，王莲叶子的背面，是一种网状结构，密布着许多构成骨架的粗壮叶脉，粗大叶脉之间又连着镰刀形状的较细的叶脉，叶子里面又有许多气孔，能使叶子稳当地浮在水面上。

100多年前，英国一位花匠兼建筑师模仿王莲叶子的构造，用钢和玻璃建造了一座式样别致的“水晶宫”。这座水晶宫虽然很重，却能浮在水面上。

现在，这种叶脉结构已被广泛用于城市建筑和水上建筑。人们曾精确地按照王莲叶脉的分布情况，成功地为一座大厅建造了一块厚度仅有4厘米，但跨度却有100米以上的钢筋混凝土楼板，大厅不仅结构轻巧，宏大雄伟，而且光线充足，美观雅致。

上述所提到的建筑都是利用了仿生学原理，并结合当地的自然条件而建造的。它们都具有构思独特、选址巧妙、造型美观、结构合理、造价低廉、高效、低耗等特点，并且结合了当

地的自然生态条件，尽可能地采用那些可再生能源，使建筑物与当地的自然环境如水乳交融般，既和谐统一，又相辅相成。

说到建筑物与自然环境完美而又和谐地结合就不能不说起流水别墅。这座建于1936年的度假别墅，是由美国建筑大师赖特设计的。别墅位于美国宾西法尼亚

州匹兹堡市附近的一片风景优美的山

林之中。它座落在地形复杂、溪水跌

落形成的小瀑布之上。整个别墅利用

钢筋混凝土的悬挑力，伸出于溪流和

小瀑布的上方。悬挑的楼板锚固在后

面自然山石中，主要的一层几乎是一

个完整的大房间，通过空间处理而形

成相互流通的各种从属空间，并且有小梯与下面的水池联系。正面在窗台与天棚之间，是一金属窗框的大玻璃，虚实对比十分强烈。

从流水别墅的外观，我们可以读出那些水平伸展的地坪，要桥，便道，车道，阳台及棚架，沿着各自的伸展轴向，越过谷而向周围延伸，这些水平的推力，以一种诡异的空间秩序紧紧地集结在一起，巨大的露台扭转回旋，恰似瀑布水流曲折迂回地自每一平展的岩石突然滑落一般，无从预料。整个建筑看起来象是从地里生长出来的，但是它更象是盘旋在大地之上。它似乎全身飞跃而起，指挥着整个山谷，超凡脱俗。建筑内的壁炉是以暴露的自然山岩砌成的，瀑布所形成的雄伟的外部空间使之更为完美。不同凡响的室内使人犹如进入一个梦境。赖