仿生学在建筑设计中应用论文

仿生学在建筑设计中的应用

摘要：随着自然的演绎和当今居住环境的巨大变化，仿生设计艺术越来越广泛地应用到建筑设计领域当中。本文详细阐述了在建筑设计中的几种仿生设计类型，并展望了仿生建筑设计未来的发展。以期为广大同行提供一些借鉴和参考。

关键词：建筑设计、仿生设计、发展趋势

中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：

一、前言

一般来讲，仿生学是一门技术科学，旨在研究生物系统独特的结构和性质，为全世界的工程技术提供了新的工作原理、系统构成和设计思想。仿生学这一概念的诞生有效的改善了现代化的技术设备，并且使得新的工艺技术层出不穷。仿生建筑将生物界的一些生物的组织和形象当作研究对象，在自然界中不断探索合理的科学建造规律，通过多年的潜心研究，对现代建筑的形体结构及功能布局的设计和形成起到促进作用。仿生学建筑对于人们的生活起到暗示的作用，提醒人们要注重并遵循自然规律，将经济效益、生态环境和新奇形式有机结合起来，仿生设计理念的创新需要不断学习和发挥新型科技的特点，为达成这一目标，要培养建筑师们善于采用推理类方法，把从自然界中观察并总结的所有有用因素当作创作灵感，并将生物科学和现代化建筑技术有机的结合起来才能有效的为建筑业的创新服务。。

二、在建筑设计中的仿生设计类型

1、形态仿生

在建筑仿生中建筑形态的仿生被称作最常见的仿生方式，人们往往通过观察自然界的生物形态并进行模仿，经过精心的设计创造出许多体貌多变的特殊的建筑形态。随着人类社会文明程度的提高，人们可以自己设计创造出许多物品，这些造物信息大多来源于对自然界的模拟、设计以及再创造。随着科学技术的不断进步和人们生活水平的提高，人们在产品设计方面不再只追求产品功能方面的领先，还要追求其自然气息，为迎合现代人的审美需求，国家应大量提倡并实施仿生设计理念，在创新设计的同时融入自然风格，使人们在这个钢筋混凝土的时代也能时刻感受到自然的气息，该策略才能实现环境与人类共生的愿望。人们在大自然的启示下发明了建筑形态仿生，通过对生物的结构和形态的剖析、模仿及应用，将生物体的功能优势和组织结构充分应用到现代建筑中。人们不可以把建筑形态的仿生单纯理解为对生物体的外形的模仿，建筑形态的仿生是建筑设计师们将自然界无与伦比的美丽形态与自己培养的修养和审美相互融合并进行再创造的结果。自然界是人类赖以生存的生活环境，自然界中的生物向人们展示着它们特有的美丽特质，人们把自然界中的生物当作研究和模仿的最佳对象，通过这种模仿可以制造出许多物品，例如生产工具、居住场所等，这种有效途径对实现人类与自然的共生起到促进作用。

2、结构仿生

这个结构不仅仅是力学结构，还包括组织原则通过研究生物整

体或部分的构造组织方式发现其中建筑某部分的潜在相似进而对其模仿，以创造新的建筑形象或解决新的问题。悬索结构也是工程师受蜘蛛网启发，从而发明的。所有柔韧的材料如藤、绳、索都具有极强的抗拉特性。悬索结构广泛用于建筑设计上，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,外形好像平放的自行车轮，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。

3、概念仿生

相对于前两种类型层次更高，因此就有着更重要的意义。这种建筑仿生现象是针对建筑的某些特性进行研究，找出其更深层次的内在原因，将原因上升为抽象的理论层次，运用这个理论与建筑设计的潜在相似，对具体的建筑设计进行指导。太阳能建筑就是模拟植物把太阳能转化为生物能的原理。将太阳能转化为可再生能源的建筑形式。产生于日本的新陈代谢理论就是看到生物体在生长、繁殖。运动等生命活动过程中不断出现新组织生长，旧机体衰亡的现象而进行理论抽象，又运用到建筑设计中。代表作有丹下健三设计的山梨文化会馆。中国的微排大厦等作品。

4、功能仿生

现阶段，建筑功能大量运用到生物仿生设计理念，并且其实用性很强。建筑功能的仿生从古至今都是一项比较复杂的项目，生物

体的功能的发掘是一个漫长的过程，和生物体的结构和外形相比不是那么显而易见，建筑功能仿生相对形态和结构仿生出现的较晚，该环节也相对薄弱，但掌握并合理运用功能仿生能使人们获益更多。例如在夏天的池塘边，我们通常可以看到雨后的荷叶比平常更加翠绿鲜亮，用显微镜观察荷叶可看到许多小茸毛和蜡质物，该结构能够缩小赃物、水和叶子间的接触面积，使赃物颗粒松散的附着在页面上，下雨时很容易被冲刷掉。人们仿造荷叶外表这种易清洁的功能发明了硅树脂外墙涂料，其微结构与荷叶相同，有效解决了多风沙城市里墙面不易清洁的问题，降低了维护外墙的费用。

三、仿生建筑设计发展趋势

1、标准化

标准化建筑设计是在建筑工程方面建立和实现有关的标准、规范、规则等的过程。建筑标准化的目的是合理利用原材料，促进构配件的通用性和互换性，实现建筑工业化，以取得最佳经济效果。标准化对生物仿生实用性的体现，体现生物适用自然时自我改良形成的标准体，是不断修正和改良的结果。

2、环保节能化

环保节能建筑设计也叫生态建筑设计，是以生态学的原理和方法为基础，以人、建筑、自然和社会和谐发展为目标，寻求最适合人类生存和发展的生态建筑目标的设计方式。随着我国人口的增加和资源环境的压力不断增加，环保节能已经成为我国经济发展指标中的一项重要任务，而建筑在节能减排、保障环保方面则有着更

重要的位置，据国家有关资料显示，我国的建筑能耗非常惊人。在建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会总能耗的30％，使用的钢材、水泥等建材的生产能耗占16.7％。两项相加，我国的能源有约一半被建筑消耗了，因此建筑节能也就成为全社会节能工作的重点所在。

3、智能化

智能化建筑设计是通过建筑中引入智能设计，建设信息设施系统、建筑设备管理系统、公共安全管理系统等，达到集结构、系统、服务、管理及优化组合为一体的目的，实现安全、高效、便捷、健康的建筑环境。智能化建筑设计是以人为本建筑设计理念的进一步发展，可以为人类提供这么两种感受，第一使得人类生活舒适度更高，各种操作更简便，生活和工作更轻松自如；第二由于在紧急情况可以实施智能化处理，可以为人类提供更好的安全保障。

4、多维空间化

多维空间设计是指应用多维空间的原理对建筑物进行设计改良，使得建筑的空间设计更加合理。多维空间中“维”是一种度量，在三维空间坐标上，加上时间，时空互相联系，就构成四维时空。现在科学家的理论认为整个宇宙是十一维的，只是人类的理解只能理解到三维。也就是说多维空间概念本身就表示空间的无限性拓展性，即通过人类合理的利用，有用的空间可以为人类提供更大的空间感受。随着人类对自然世界不断的开发利用，人类越来越发现现有空间的有限性，而开发宇宙的多维空间可以为人类开发更