1、现代仿生建筑设计的相关要点摘要：仿生建筑因其高效、低耗、节省建筑材料和可再循环的特点而在世界上广受欢迎，全球各地出现大量仿生建筑。中国古代的建筑结构即存在大量仿生元素，现代建筑设计中更是在有意无意地借鉴使用仿生元素。本文说明了仿生设计在建筑中的分类，然后详细阐述了现代仿生建筑设计的应用要点。 关键词：仿生建筑；形态仿生；薄壳结构；古典建筑；材料 中图分类号：TU2 文献标识码： A 一、仿生建筑的概念 仿生建筑以生物界某些生物体的功能组织和形象构成规律为对象，探寻自然界中科学合理的建造规律，并通过对这些研究成果的运用来丰富和完善建筑的处理手法，促进建筑形体结构以及建筑功能布局等的高效设计和合理
2、形成的建筑形式。 仿生建筑学暗示人们必须遵循和注重自然规律，重视生态环境、经济效益与新奇形式的有机结合，仿生创新需要学习和发挥新科技的特点，要做到这一点，建筑师必须善于应用类推方法，从自然界中观察吸收一切有用的因素作为创作灵感，同时结合生物科学与现代建筑技术为建筑创新服务。 二、仿生设计在建筑中的分类 （一）形态仿生 形态仿生被认为是实现仿生最直接的方法。通过对自然物象的研究和观察，模仿生物的形态，将其运用在建筑设计上，这不仅需要使功能、结构与新形势的有机融合，而且还应该是超越模仿而升华为创造的一种过程。 法国建筑大师保罗安德鲁设计的上海浦东国际机场，机场的外形就是模仿海鸥的形态，同时也寓意着
3、上海航空事业的腾飞。这方面的例子举不胜数，大自然有无穷多个优美的形态，而我们也应该用心观察生活，创造出打动人心的美好建筑。 （二）结构仿生 结构仿生是建筑仿生中最为成熟的分支学科，也是运用最广泛的。结构仿生是研究并模仿自然物象的力学特征、结构关系和材料性能等，把它们应用于建筑结构设计中。从一滴水和一个蛋壳看到自由抛物线型曲面的张力和薄壁高强的性能；从一片树叶的叶脉发现了交叉网状的支撑组织肌理，这些发现都会对建筑结 构的创新得到启示。 最具代表性的是西班牙建筑师圣地亚哥卡拉特拉瓦设计的美国威斯康星洲的密尔沃基艺术博物馆，1950 年由著名大师赖特设计建造的美国威斯康星州约翰逊制蜡公司实验楼就是运
4、用了结构仿生，模仿的是树状结构的特点，将主要的支撑结构放在建筑中央，四周楼板悬挑，取得了新颖的效果，造型优美，具有光彩悦目的时代魅力。 （三）功能仿生 功能仿生是比较薄弱的一环，但也被认为是最有价值的仿生设计手法。功能仿生是研究自然物象存在的功能原理，并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统，以促进产品的更新换代或新产品的开发。生物是有生命的，而建筑不具备，人类在研究生物的时候，比较容易就可以把握它的形态特征，也比较容易分 析出结构特征，而对于复杂的功能只能是个逐步认识的过程。 （四）材料仿生 材料是人类进化史里的里程碑，现代文明的重要支柱，发展高新技术的基础和先导。材料仿生是指模仿生物体的
5、组织结构、化学成分，研究出新型的建筑材料，用于满足人类对建筑材料性能和品种日益增长的需要。生物的特征是经过亿万年不断进化而得来的，是人类取之不尽的源泉。只有具备良好的适应性，才能保证生物能够生存在任何环境条件下。 现代仿生建筑设计应用 （一）结构仿生设计在建筑中的应用 1、薄壳结构在建筑中的应用 生物界有着各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海螺壳，它们都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳结构” 。这种“薄壳结构”的厚度虽然很薄，但非常耐压。薄壳结构就是指曲面薄壁的结构，按其曲面生成的形式可分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，在建筑领域中大多采用钢筋和混凝土作材料。壳体能充分利用材料强度，同时又能
6、将承重与围护两种功能融合为一。在实际的工程中还可以利用对空间曲面的切削与组合，形成造型新颖奇特且能适应各种平面的建筑。薄壳结构的特点是可以把受到的压力均匀地通过曲面分散到物体的各个部分，减少受到的压力。 据统计，二次大战以来，各国举办奥林匹克运动会而建造的体育馆，有 60以上采用薄璧空间结构。法国夏蒙尼先斯滑雪山北区体育中心由9 个三角形的薄壳所组成，覆盖面积达 6000 平方米。中国国家大剧院是世界屈指可数的巨型钢结构壳体，其长达 212 米，宽 143 米，高至 45 米，由一组顶环梁、148 榀弧形梁架和内外各 42 道环杆组成，重逾 6000 吨，巨大的穹顶内部没有一根立柱，却包含着歌
7、剧院、戏剧院和音乐厅三幢混凝土建筑。当然我们需要知道的是中国国家大剧院的巨型钢架结构采用的是如仿分子结构的节点构造，正是不同仿生设计的融合才造就了这个庞然大物。 2、空心结构在建筑中的应用 空心的麦秆能承受比它重得多的麦穗而不折断，这是因为在横断面积相同的情况下，实心秆和空心秆的承压能力是一样的，但长长的空心杆在受压后并不会因断面压力过高而发生突然断裂的情况，而是在受压后茎秆先弯曲，最后因弯力过大而折断。而横断面积相同的空心秆外径要比实心秆大，因此空心秆承瘦压力之后其抵抗弯曲变形的能力要比实心秆大得多。麦秆的功能给建筑师以设计灵感，他们利用麦秆原理，把一些高大的柱体和秆件都设计成空心的，这样便
8、大大的提高了它们的承压能力，起到了“重半功倍”的作用。另外所有秆茎类植物几乎都是下粗上细的轮廓，这样的造型既减轻了自重又加强了稳定性。 加拿大多伦多电视塔高 553 米，用 400 号温凝土浇筑成下粗上细，底翼宽约 30.5 米，可谓庞然大物，但它的平均细长比(平均直径和高度之比)约为 1/10，而茎植物(麦秆、甘蔗、竹等)的细长比可达 1/1001/200，可见人类的建筑远未达到大自然的神功。 3、悬索结构在建筑中的应用 蜘蛛是悬索结构的天才创建者，蛛丝直径不到几微米，但编织的蜘蛛网的直径可达到十余米，这是因为其强度是同等钢材的数倍。有些蜘丝由几股构成，形成丝索，长度可达十余米，蜘蛛网教会人
9、们设计出最经济的悬索结构和帐蓬结构，为人类以最少的材料创造最大的空间提供了模式。 日本明石海峡大桥，是目前世界上跨径最大的桥梁，这座建成于1998 年的悬索大桥全长 3911 米，其主桥跨度达到了 1991 米。明石海峡大桥首次采用 1800MP 级超强钢丝，是支持这一大跨径桥梁能够实现的主要因素之一。大桥两条主要钢缆，长约 4000 米，由 290 根细钢缆组成，重约 5 万吨，其直径仅为 1.12 米。 （二）建筑中的形态仿生设计的应用 1、美国肯尼迪机场 TWA 候机大厅 美国纽约约翰菲茨杰拉德肯尼迪国际机场是纽约市的主要国际机场，也是全世界最大机场之一。机场 1942 年开建，TWA
10、机场候机大厅于 1962 年开放使用，是美国 20 世纪建筑大师埃罗沙利宁代表作之一，大师以浪漫优美的曲线造出一只展翅欲飞的混凝土大鸟，这种仿生形态与飞行功能相吻合，寓意与形象珠联璧合，成为一代杰作，在当时来说将这种庞大而复杂的拱形结构塑造出来着实不易。TWA 机场候机大厅被评为美国 125 年来六大最佳建筑之一，后因空间大厅已无法容纳日益增多的人流而停止使用，现如今经过对“大鸟”的修复，已经重新复活了这座经典建筑的往日辉煌。 2、中国古典建筑的仿生设计应用 在中国建筑史上，小小的庭园再现大自然的山水情趣，层层的屋檐装饰着飞禽走兽，大门口的雄狮，石栏杆的云龙，直至近代虎皮墙、鱼鳞不板，都是东方
11、世界造型仿生的生动例证。 “源于自然，高于自然”大自然的美是无穷的，是高雅的，形态仿生给造型艺术带来了新的活力、新的天地。 （三）建筑设计中的功能仿生设计的应用 黑川纪章与矶崎新、安藤忠雄并称日本建筑界三杰，其创作生涯可分为“新陈代谢”和“共生思想”两个时代。 城市和建筑不是静止的，而是像生物新陈代谢那样处于动态过程中。黑川纪章这基础之上提出了“变形”和“点式刺激法”的概念。1972 年黑川纪章设计的中银舱体大楼引起世界轰动，这一蜂窝鸟巢式的建筑几乎成了他的商标。黑川纪章采用的新陈代谢方法分为两个部分：先建造永久性的结构，然后插入居住舱体，后者可以随时更换。这一不对称的中分式楼体，传达了黑川纪
12、章对新陈代谢建筑的前卫理解。 黑川纪章从 70 年代中期以后开始提倡“共生”思想，异质文化的共生、人类与技术的调和、部分与整体的统一，内与外的交融、历史与现代的共存、自然与建筑的连续，这一思想是即将到来的生命时代的基本理想。1989 年，黑川纪章在一次博览会的“住宅环境展”中提交的一份设计方案。他将银行、书店和事务所组成了海岸住宅区的一部分。在一个以玻璃锥体为中心的中央，其周围分散着不同的弧形、直线形和不规则的实体，建筑的屋顶形状也各不不同。黑川纪章试图能通过不同的元素之间的关联与分离来唤起一种多义的、含糊的意义。 参考文献 1周晓儒，徐宏.仿生设计在建筑艺术中的运用J.南京艺术学院学报(美术与设计版)，2005.4. 2张敏，薛圣言.浅谈仿生设计在建筑中的运用J.山西建筑，2011.10. 3林丽芳.浅析建筑造型的仿生设计J.艺术与设计(理论)，2010.10.
