解读当代建筑仿生的可持续思想与作品.doc

1、1解读当代建筑仿生的可持续思想与作品摘要：本文对可持续发展背景下当代仿生学的核心理念、设计方法及其对各领域的影响和建筑仿生的指导意义进行了简单阐述，探讨了当代建筑仿生的可持续思想，并从可持续发展的视角分生物体仿生、生物行为仿生、生态系统仿生三个层次对当代的建筑仿生设计作品进行了解读。 关键词：当代仿生学；仿生设计；建筑仿生；可持续；生命原则 中图分类号：Q811 文献标识码： A 文章编号： 1.前言： 随着可持续思想融入建筑思潮中，仿生建筑成为当代可持续建筑发展的新趋势。当代建筑仿生拥有更深厚的科学基础和更严谨的理性方法，建筑师们对生物的结构、功能、行为乃至其生存环境进行效仿，并在实践中形成

2、了形态仿生和性能仿生两个方向。其中性能仿生更加强调理性的方法，是一种可持续思想。 2.当代仿生学 20 世纪 90 年代末，美国生物学家雅尼娜M本雅思发表了Biomimicry: Innovation Inspired by Nature ，改变了仿生学理论和设计发展零散的状态。Biomimicry 是研究自然最佳方案并通过模仿这些设计和过程来解决人类问题的新兴学科，被看作是“来自大自然的创新灵感” 参见 Pronk, A.D.C., Blacha, M. & Bots, A. 2Natures Experiences for Building Technology. http:/ 本雅思在书

3、中提到自然界的基本原则：1）自然界依靠光能驱动。2）自然界只利用其所需能量。3）自然界形式追随功能。4）自然界的任何东西都能循环使用。5）自然界鼓励合作。6）自然界存在多样性。7）自然界需要具体领域的专家。8）自然界从内部限制过度行为。9）自然界利用有限的权利。如果人类遵照这些规则处理自身问题，就会实现发展的可持续。 2.1 设计方法 “仿生设计螺旋” （图 1）从生命原则的角度出发，强调重复渐进的设计过程。人类可以受益于自然界循环反馈的运行方式，不断完善自己的设计，发掘新的经验教训，用于自己的探索设计中。该设计方法通过萃取、转译、发现、效仿、评估五个步骤完成。 “生命原则蝴蝶图” （图 2）

4、针对如何将我们的想法与自然界的生命原则相呼应，通过对照生命原则评估设计方案，经过反复提出问题，探究新问题，进一步改善设计。 2.2 在各领域的实践及其影响 “仿生设计螺旋” 、 “生命原则” 、专利数据库等仿生工具帮助当代生物学家、化学家、设计师、工程师及工业开发商等进行沟通，开展可持续的解决办法，并在实践中得到了良好成效。 3交通行业中，模仿翠鸟的喙设计的西日本铁路公司的列车，成为当今世界时速最快的列车，在提速 10%的同时，还减少了 15%的用电量 参见 http:/www.biomimicryinstitute.org/case-studies/case-studies/transpor

5、tation.html 图片来源 图 1，图 2 来源：Claire Janisch. Lessons in Sustainability from Nature. http:/www.wcs-ahead.org/gltfca_march2008/20_janisch.pdf.。建筑业中，出现了效仿莲叶的免清洁涂料。在科技领域，效仿海豚的独特频率开发了高性能的水下数据传输的调制解调器。 3. 建筑仿生可持续思想 所有有生命的物质都具备着秩序、能量、反应、生长、自我繁衍、进化的主要特征，同时，生命体之间还存在着相互依存的关系，依赖于自身成为生态系统内材料循环和能量流动的一部分。 秩序：所有的生命

6、要素都存在秩序，秩序界定了对生命的探究。在这种约定下，整体大于各部分之和，产生了协同效应。秩序 化的仿生建筑将像自然界一般，利用好自己有限的权利，防止内部的过度行为，以达到可持续的目的。 能量：生命体通过新陈代谢，收集、利用和储存能量。还通过使用4其获得的能量来寻找更多的能量，并利用能量来维持体内热平衡。高效地利用可再生能源，利用仿生学的零废物和共同进化原则来生产资源，这是实现建筑可持续的有效途径。 反应：生命体时刻经历着大自然带来的挑战，也时刻享受着大自然给予的恩赐，它们是所生存自然领域的专家，融入到自然环境中。在建筑应用中，建筑对环境影响的反应不可预见，通常是破坏性的。建筑物可以通过以下方

7、式作出反应：控制生物体，物质或能量的进入；建筑组成部分的移动和运动；构件属性的变化；空间属性的变化；内部环境的变化。 生长：生物体的生长体现在时间维度上的空间增长。建筑的生长存在于城市尺度，除了增加的概念，建筑尺度的生长，在材料或结构增长的意义上，被转移到一个实质环境中。生长的例子曾被发现在代谢主义运动和建筑结构主义中。 自我繁衍（可循环利用）：生命由一些相同的要素组成，它们都是可降解的。生命体一旦死去，将直接为创造新生命提供关键要素，这样自然界的任何物质都能被循环利用。建筑都不能繁殖，但其元素可以重复使用或循环再造。仿生建筑将由可在新配置下重复使用的部件组成，或者至少可循环再造。 进化：进化

8、的概念是缓慢渐进发展，生命的演化是随着时间的推移，生物通过随机改变或渐进反应适应不断变化的环境。自然界通过合作与竞争，使得生物体更加适应自己生存领域的环境。随着仿生学的发展，人工进化策略的应用正慢慢成为一种新的设计方法。 54. 建筑仿生设计作品解读 仿生建筑从生物体仿生、生物行为仿生、生态系统仿生三个方面的设计实践中不断努力地实现着可持续。 4.1 生物体层面仿生 生物体仿生层面的建筑仿生主要是指模仿某一特定生物体，涉及模仿生物体的部分或整体。诸如动植物的结构构造及其原理，动物或人类的保护层皮肤，又或者动物的有机神经系统及性能等。 新加坡艺术中心（图 3）设计灵感来自北极熊。北极熊的皮肤是黑

9、色的，白色毛发是半透明管状刚毛。刚毛竖起来时，光线穿透到黑色皮肤。寒冷情况下，毛发放平形成空气绝缘层。该赤道建筑依靠光电池替代“神经信号” ，复杂曲面覆盖着 V 形铝片，角度安置排除直射阳光，并使尽可能多的天光进入室内，由此控制建筑内的巨大热量。铝片是可动的，由光伏电池引发、控制，使建筑更加适应当地气候。 4.2 生物行为层面仿生 生物行为层次的建筑仿生是模仿生物体的行为，或以类似的方式模仿生物体或物种间的关系。生物体对其所生存的环境，有着自己适应性的行为模式。这些运行模式使它们能够直接或间接控制流动到其他物种的资源，也促进了其它物种生存，增加了养分循环并创造了物种间的互利关系。生物行为层面的

10、建筑仿生比生物体层面的仿生更加增进建筑的可持续发展。 津巴布韦哈拉雷东门大厦（图 4）设计灵感来自白蚁丘稳定的内部热环境的被动通风和温度调节技术。非洲撒哈拉巨型白蚁丘通过连通的空6间，充分利用自然条件，蚁穴内保持空气新鲜，温度稳定在 30上下。建筑师借用白蚁筑丘的自然智慧，从空间布局、细节设计、蓄热材料利用、立面肌理等方面，构建良好的被动式通风降温系统，来控制建筑的热过程。 4.3 生态系统层面仿生 生态系统层次的建筑仿生是对整个生态系统的模仿，包括使其能够成功运作的共同原则。这类仿生学层次设计的优势在于，它可以用来与另两个层次的仿生相关联，还可以纳入现有已确立的不是明确仿生的可持续建筑方法，

11、人类和非人类系统在此可以达到共赢。基于生态系统的仿生设计方法适用于广泛的时间和空间尺度，可以作为一个具体地方的真正可持续设计甚至再生设计的初始基准或目标。其最重要的优势是其对整体环境性能潜在的积极影响。但尚未得知能够表明过程或功能层次的生态系统综合仿生的建筑实例。 5. 结语 随着仿生学和可持续思想的发展，现代建筑师开始通过新知识，结合多学科，设计出更加适应于人类和地球可持续发展，有生命的仿生建筑。不管是对生物体本身还是生物行为、生态系统进行模仿，仿生建筑可能会背离我们的初衷，如高建造运行费，局部可持续整体高消耗等，但这进一步刺激了技术的进步。当代建筑仿生的可持续思想能够进入实践的还很少，有待于进一步完善。