现代仿生建筑浅析.doc

现代仿生建筑浅析摘要：自然是人类的导师，自然是建筑创新的源泉。现代仿生建筑的理论和设计实践是建筑师将自然科学知识与建筑设计方法结合的有益尝试，仍处于探索阶段。本文通过对现代仿生建筑的起源、类型、特征及设计方法的分析，期望对我国仿生建筑的发展有所帮助。关键词：生物；仿生建筑；人性化中图分类号： TB17 文献标识码： A 文章编号：1仿生学与仿生建筑的兴起生物凭着生存的本能，在漫长的进化过程中逐渐形成各自独特的适应生存环境的本领。随着对生物的研究逐渐深入，人们也不断从中受到启示，对自然已有形态进行模仿，产生了诸多对人类进步具有重要意义的发明，这就是仿生。1960年，在美国俄亥俄州召开了第一届仿生学讨论会，在会上共同制定了仿生学的概念，与会人员认为仿生学就是模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者使人造系统具有或类似于生物系统特征的一门科学。目前，仿生学技术涉及诸多领域，也是建筑创作的一种有效方法。以某些生物体的形态和构造为研究对象，探寻其中科学合理的建造规律用于创造出更符合自然规律及人性化的建筑，这就是仿生建筑。在德国人勒伯多（J.S.Lebedew）于1983年出版的建筑与仿生学（Architecture and Bionic）一书为建筑仿生学奠定了理论基础，许多建筑师在此后进行了仿生建筑的实践，建筑仿生学逐渐受到关注。2仿生建筑的类型建筑师主要从功能、结构、外形、材料等方面，通过对生物物种、生态环境、生物与建筑关系的研究建立生物模型和技术模型1，并将其融入设计之中，使科学、技术、艺术与自然有机结合。2.1建筑形式仿生这是仿生的最直接最常见的方法，通常通过模仿生物的形态来构图和表达寓意，使建筑具有独特的造型和生动的形象。西班牙建筑师高迪(Antonio Gaudi)是最早应用形式仿生的近代建筑师，他在巴塞罗纳设计了许多带有明显动物骨骼形式的公寓建筑，如著名的巴特洛公寓和米拉公寓。高迪毕生的代表作圣家族大教堂的外形从植物外形上得到灵感，以螺旋、锥形、双曲线、抛物线各种变化组合成充满韵律动感的神圣建筑。美国耶鲁大学英格斯冰场整体外型像鲸鱼，兼有东方传统建筑的风格。东京代代木综合体育馆仿贝壳形亦或新月形，创造出带有紧张感、力动感的大型内部空间。北京奥运会主场馆的组件形成网格状的构架，外观酷似树枝织成的鸟巢。又如法国里昂机场铁路客运站、2004雅典奥运会主体育馆和上海浦东国际机场的设计灵感均来源于飞鸟。2.2组织结构仿生这建筑仿生中最为成熟、运用最广泛的分支学科，从生物体的力学特性、结构关系、材料性能等汲取灵感创造崭新的仿生结构体系并用于建筑。2.2.1拱形结构类拱形结构的特点是用料省、坚固耐压、美观大方。而科学家研究发现，已经灭绝的恐龙的身体构造犹如一座拱桥，是一种承受巨大负荷的理想结构的造型。由二者间奇妙的联系可见，人类努力创造的优秀的建筑形态，在大自然早已存在。2.2.2薄壳结构类生物界的各种壳例如蛋壳、贝壳等都是一种曲度均匀、质地轻巧的”薄壳结构”，却可以把压力均匀地分散到物体的各个部分，这在建筑工程中已得到广泛应用。2.2.3充气结构类受动植物的细胞的细胞壁的启发建造的充气构筑成的大跨度屋顶结构，具有很好的受力性能，而且用材少、重量轻，安装、拆装都很方便，如美国密歇根州庞蒂亚克体育馆，覆盖面积220×168米，可容纳8万观众。2.2.4”螺旋”结构类呈螺旋状排列的车前子的每片叶子能得接受最多的阳光，应用于建筑能有效增加建筑的日照。瑞典”螺旋中心”大厦的9个区层每区层都旋转少许，使整栋大厦共旋转90度。荷兰鹿特丹的”城市仙人掌”阳台错落有致，能够得到充足的阳光。2.2.5悬索结构类柔性材料如藤、绳等具有高强的抗拉性能，悬索结构类建筑如日本东京的代代木体育馆、美国华盛顿杜勒斯国际机场候机楼和威斯康星洲的密尔沃基艺术博物馆，就是充分利用了这种性能。2.2.6空心构件类竹子、麦杆、鸟的腿骨等空心结构具有极大的抗弯力和抗折力，如勒・柯布西耶建造的萨伏伊别墅和马赛公寓就是这种结构系统的体现。罗马奥运会小体育宫外部创造了一圈丫形支撑体系，即是从人类腿骨中得到的启示。2.2.7其他类型意大利都灵展览馆的巨形拱顶是仿叶脉肌理建造的。罗马奥运会的大体育宫，内部采用放射形拱肋的构造形式，内部既像一朵花，又如叶脉肌理，是技术、使用功能与艺术的完美结合。加拿大蒙特利尔国际博览会的美国馆，很可能是模拟一种深海鱼类的网状骨骼建造的一座球体建筑。2.3建筑功能仿生人类在研究生物的时候，可以较为容易地把握它的形态特征，分析出其结构特征，而对于复杂的功能，只能是一个逐步认识的过程2。功能仿生在建筑仿生学中起步较晚，但最具有挑战性和价值。我们目前所能实现的功能仿生是使用人造建筑材料，达到模拟生物的构件形式、受力状况、空间体积感、曲面特征、技术支持等目的。1日本建筑师提出”新陈代谢”的城市设想认为，城市和建筑是进化的，是循环不止的，是技术、自然与使用者和谐的发展4。日本山梨县文化会馆平面组合仿照植物新陈代谢的功能，设计了许多垂直的圆形交通塔，内为电梯、楼梯与各种服务设施，办公空间穿插其间，可以根据需要扩建或减少。德国建筑师根据向日葵的生态原理设计了太阳跟踪住宅，像向日葵花一样,始终向着太阳,能够充分利用太阳能。3现代仿生建筑设计的重要原则建筑师通过研究、分析和总结自然规律并将成果运用于建筑设计中，而无须参照原有建筑形式和艺术风格，使创作挣脱了既定模式的束缚。但仿生建筑设计必须遵循一定原则。3.1注重与人与环境的协调人的绝大部分活动都围绕着建筑展开，二者相互影响。仿生建筑多变的形象让我们的环境不再呆板，变得充满活力。而除了外观仿生，更应注重建筑功能与环境协调适应，体现整体优化的设计原则，保证建筑的可持续性。3.2尊重自然规律生物经过长久的自然选择，形成了各自独特的、最优的生存模式。仿生建筑需对这些最优模式进行充分研究探索，总结出于建筑有宜的方面并运用在设计中，以自然规律为科学依据是仿生建筑设计的重要原则。4仿生建筑的设计思路4.1以有限的资源创造最高的功效生物经过长期进化已经形成了诸多构造极简、消耗极低、稳定耐久的结构且实现多元功能，还在不断的自然选择中进行完善。建筑师应从这些成熟的构造中汲取灵感，抛弃现有机制中冗余的不合理的部分,尽量以最小的消耗达到最大的功效。例如，仿生建筑的结构应是高强、质轻并且最经济的空间形态。4.2以有限的空间实现最多的功能生物的组织兼具多种生理机能，建筑更应考虑如何发挥综合功效，以有限的空间实现最多的功能。例如中国国家游泳馆的表皮设计类似细胞胀压原理,同时满足了场馆的保温隔热、自然采光和通风等多种功能要求。4.3”活”着的建筑新陈代谢理论主张建筑应像生物那样活着，不断生长、更新与衰亡。仿生建筑应能够感知内部状态及外界环境,同时做出相应调整来适应变化。例如上文提到的太阳跟踪住宅追随太阳的运动方向以充分利用太阳能。4.4多方合作任何一门学科对于建筑师来说都可能是灵感的来源。生物学的原理为仿生建筑的构思提供了许多有益的启示，而诸如计算机技术、生态学、解剖学、生物进化学等学科成果也为仿生建筑提供了许多崭新的设计思路。5总结仿生建筑刚刚起步，有着光辉的发展前景和漫长的探索道路。仿生不只是单纯地模仿,它是将自然规律与建筑结合的一种创作方法。但仿生也不能仅仅作为一种处理手法，应成为建筑师的一种意识，融入设计之中。今天，建筑设计面临着诸多问题：如何高效利用有限的资源；如何使建筑更贴近自然、适合居住；人与建筑与环境的相互影响及相处模式，等等。在我国，由于文化背景的不同，不能抄袭现有模式，应从先进的经验中寻求启示，针对本地特殊的功能需求、技术及经济条件、审美习惯等，建设出与地方相适应、融入自然的优秀建筑。参考文献1 李 燕,张玉坤.当代仿生建筑及其特质J.哈尔滨城市建筑,2006(23):5.2吕从娜,闫启文.仿生建筑的类型及未来发展趋势J.2007.3王科奇.建筑仿生新论J.华中建筑,2005(21):3.