1、仿生建筑设计探讨摘要：当代仿生建筑的理论和设计实践是建筑师运用自然科学知识与建筑设计方法结合的有益尝试，是一种正处于探索阶段的思维模式的结果。本文主要探讨了当代仿生建筑设计因素、方法及仿生设计在建筑设计中的原则及运用。 关键词：仿生建筑;仿生设计;运用 Abstract: the contemporary theory of bionic architecture architects and design practice is to use natural science knowledge the beneficial trial of combined with architectur
2、al design method, is a thinking mode is in exploring stage. This paper mainly discusses the contemporary bionic architecture design factors, methods and principles of bionic design in architectural design and application. Key words: bionic architecture; Bionic design; Using the 中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编
3、号：2095-2104(2013) 生物界中有着种类繁多的动植物存在，它们在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类生活在自然环境中，与周围的生物作“邻居” ，这些生物各种各样的奇异本领，吸引着人们去研究和模仿。建筑同样如此，古代从巢居、穴居到现今各类建筑的出现，无不是模仿自然的结果。但是，随着工业化的高速发展，人类的文明发生了异化，反过来破坏了自己的生存环境，也使自己的创作囿困于僵化的机械化设计中，束缚了创造性，致使人类重新开始重视仿生学的原因。 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
4、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、仿生建筑设计因素 1、仿生设计中的生态技术因素 可持续发展建筑建筑用能是能源消耗的最大户，在建筑设计中注重环保、可持续发展的观点，已经成为未来设计中越来越重要的话题。从可持续发展建筑的基本特征、绿色节能，自洁、自净中，
5、可以看到对自然界的研究可能起到的重大启发。 首先， “绿色”指建筑本身从原材料、工艺手段、工业产品、设备选型到自然能源的利用，直至运营、使用时排出废物的二次利用，各个环节都对环境不构成威胁。 “取之于自然，返回到自然”正是大自然维持其平衡的基本原则，每个生命都经历着出生、生长、死亡到分解、再循环的过程，并生生不息。其次， “节能”是可持续发展建筑的最基本特征。包括建筑运营的低能耗和建造建筑（包括建筑材料）过程的低能耗。生物体在维持生命力又适应环境时的高效低能耗，以及对自然能源的利用（尤其是太阳能的利用）很值得人们在节能研究方面借鉴。最后， “自洁、自净”的特性实际上就是遵循自然界中的生物特性而
6、来，即强调建筑运营、使用全过程的无废、无污，要求建筑系统本身具有污水处理系统和再生系统，要求城市在结构上具有分层消化和继承的内在机理。 2、仿生设计中的人文因素 回归自然的愿望，人类祖先在大自然森林山水中长大，有爱自然美的天性。现代社会崛起的都市，快节奏的生活，把人与自然的关系疏远了。城市环境人工化的现象日益加重。城市居民越来越渴望自然环境，人的天性在强烈地呼唤自然。仿生建筑的特征之一就是具有生物体态特征的曲线自由体，在人们已经逐渐厌倦了现代主义带来的机械式建筑外表之后，不能不说这确实是繁荣建筑设计的新思路。 三、仿生建筑设计方法 在西方仿生理论的基础上，仿生设计发展出了一套相关的设计方法。在
7、建筑设计领域，仿生建筑设计已经发展出了形态仿生、结构仿生、功能仿生和材料仿生几个分支。而且每一分支已经在具体的实际项目中得到了实验与尝试。这些常识为建筑设计拓展出了更广的空间，而且已经越来越得到大众的青睐。 1、形态仿生 从自然中寻找丰富的形态素材是艺术或建筑设计中最常被用到的方法。没有人不敬佩大自然那丰富的创造力。千姿百态的生物形态和五彩斑斓的色彩使我们的世界生动可爱。艺术与建筑作为人工的创造，对这种生动可爱的追求应该是所有艺术家和设计者梦寐以求的理想。当然如何去应用自然素材，艺术家要走的比建筑师远很多。 从文艺复兴时期的表达自然到浪漫主义的抒发情感，再到印象派的对主观印象的表达以及后来的立
8、体主义对自然素材的加工变形更有后来抽象艺术仅仅表达思考的过程或者自然的片段。艺术发展的脉络实际是一条人类解读自然和发现自我的过程。尽管这与狭义的仿生无关，但这确为建筑师的仿生设计积累了无比丰富的经验。所以在建筑设计中同样经历着由具象到抽象的发展过程。 西方早期的希腊罗马建筑中的人体比例的柱式，到后来巴洛克洛可可建筑中直接对植物造型的堆砌与使用，再到后来莫里斯的工艺美术运动中对植物造型的图示化表达。最有代表性的当属新艺术运动的代表人物高迪，在他的圣家族教堂、米拉公寓等一系列建筑中直接表达着对自然形态的热爱。置身于高迪的建筑中仿佛如同进入自然的洞穴一样的体验。后来的柯布西耶晚年倡导的粗野主义中同样
9、也暗含着对自然形态的关注，从马赛公寓的鸡腿柱和耳朵造型的朗香教堂，都体现着仿生的思想。但柯布西耶的仿生设计已经较高迪有了更多的现代气息。也使仿生设计逐渐走入大众的视野。 现代设计师小沙里宁的仿生设计是被广泛认可的。它设计的纽约环球航空公司航站楼的大鸟造型勾起了人们对飞翔的渴望。 约翰伍重设计的悉尼歌剧院也是仿生形态设计中的最具代表性的作品。船帆与贝壳的意象打动了无数参观者的心。 在当代设计师中，弗兰克盖里也是一位一直以有机形态为旗帜的建筑师。尤其是早期对鱼造型的喜爱使他设计了一系列鱼形的家具和建筑。不论其好与坏，但他的设计实践拓展了人们对仿生形态的认知与关注。扎哈哈迪德应该是有机形态设计领域中
10、的后起之秀。在她近期的一系列作品中，对山川、流水、卵石等形态的拓扑使其作品中流露出让人遐想无限的美感比如刚刚落成的广州歌剧院。这得益于电脑设计手段的应用，但这同时也是一场仿生建筑的宣言，有机形态的建筑正以一股不可阻挡的势头席卷着当今的设计界。所以对自然形态的关注与学习具有着即现实又长远的意义。 在中国传统的木构架建筑中，硕大的屋顶给人以“如鸟斯革，如翚斯飞”之感。优美飘逸的优美曲线如振翅欲飞的大鸟一般，无比美丽动人。在屋脊上还有鸱尾、吻兽，不仅增加的装饰的美感，更为建筑注入了丰富的文化内涵。同样的仿生理念贯穿于中国传统建筑的始终。 2、结构仿生 自然界中的结构有着最优化和最合理的特性。比如骨骼
11、的结构就有着质量最轻但承受重量最大的特性。所以人们在建筑设计中，自然而然的会从自然的结构中寻求灵感。事实证明这一做法是无比的英明之举。 哥特式建筑的结构形态即来源于自然界中的植物结构。一改石材建筑原有的沉重面貌，而使建筑向更高的天堂迈进。早期的现代建筑中，铸铁的使用使有机形态更加自由同时结构也更加合理。水晶宫的结构尽管是工业产品的产物，但纤细的铸铁结构使空间同样散发着有机的生命感。 在中国传统建筑中，斗拱的应用可谓是独到之举。这一独特的结构形态与老子主张的“以柔克刚”的思想如出一辙。而且斗拱的结构也如有机形态一般既符合科学规律又独具美感，也可是说是结构仿生的上乘之作。 结构仿生，并不仅仅是解决
12、了建筑的物理学问题，同时更是为建筑开启了一扇独特的美学标准。结构本身即传达着力量同时又表达着一种独特的韵律美。这应该是更符合生物规律的。 3、功能仿生 功能这一概念在建筑设计中指的是根据人类的使用需求对建筑的空间进行组织布局。在现代建筑设计思想中将功能的作用着重进行了强调。更有“形式追随功能”这一口号的提出。其实，在自然界中，生物的外在形态与内在功能始终都是一个完整的统一体。生物始终贯穿着“最适应”的原则。这一思想在仿生设计领域也被不断地进行实践。 芬兰的建筑师阿尔瓦阿尔托设计的德国不莱梅高层公寓平面时，采取了模仿蝴蝶的样式，把建筑的服务部分与卧室部分比作蝶身与翅膀，从而使合理的功能布局与新颖
13、的外在形式得到了统一。 4、材料仿生 关于生物材料的研究对于拓展建筑材料的表达、丰富建筑的表情、节能环保等诸多方面都有着重要的意义。通过近年来研究成果显示，仿生材料确实为建筑带来了革命性的改变。 当下高层建筑中流行的双层幕墙体系就是受到北极熊的皮毛组织原理的启发。北极熊的皮肤为黑色、毛密且中空，这一结构可以吸收太阳辐射并且能阻止热量散失。在外部-20时仍能保持 35的体温。根据这一原理，德国建筑师托马斯.赫尔佐格研究出热量只进不出的透明保温表皮结构TWD。通过双层玻璃结构，一层为半透明热阻材料，另外一层为黑色吸热材料，这样能使热量进入并保存在玻璃的空腔中，通过冷热空气的自然循环来调节室内的温度
14、。在空腔中还设置遮阳百叶，在夏季可以控制阳光的摄入量。这一系统被俗称“双层表皮”现在已经被广泛应用于建筑中。在节能与美学方面都为建筑增加了新的表情。 四、仿生设计在建筑中的设计原则及运用 1、仿生设计在建筑中的设计原则 1.1 受力合理 1.2 材料利用效率高 1.3 经济实用 1.4 与环境协调和美观。 但能肯定的是，迄今为止人类的建筑行为还没有完全达到符合这些原则的程度。在进行仿生设计时，这四点总是要权衡利弊，去决定最终的形态和材料。 2、仿生设计在建筑中的运用 在国内，提起仿生建筑，就不由想到了这个为国人所骄傲的标志性建筑国家体育场“鸟巢” ，这个让国内外人士都过目不忘的建筑。设计灵感来
15、源于自然界鸟类所筑的巢。该建筑的空间结构科学简洁，设计新颖独特，为国内外特有建筑。 设计理念：“鸟巢”的设计就如同一个巨大的容器，它高低起伏的外观缓和了建筑的体积感，赋予了戏剧性和具有震撼力的外形。体育场的外观简洁而典雅，外观即是建筑结构，立面与结构达到了完美的统一，从造型上就深入人心。无论是近看还是远观，都给人们留下与众不同、不可磨灭的形象。 “向日葵”式旋转房屋，太阳每天东升西落，阳光能够直射到房间里的时间是非常有限的，要是能够把阳光全部加以利用，那么一定能够节省很多取暖所需的能源。德国建筑师赛多.特霍尔斯就根据这个想法，于 2008 年在德国建造了一座像向日葵一样能够追踪阳光的太阳能房屋
16、。 设计原理：“向日葵”式旋转房屋的设计充分利用了太阳能，采用节能的建筑围护结构以及采暖，以人、建筑和自然环境的协调发展为目标，利用天然条件和人工手段创造良好健康的居住环境，同时尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏，充分体现了向大自然的索取和回报之间的平衡。 五、结束语 在国内，现在对仿生建筑的研究并不多，侧重的也只是在形态仿生方面，仿生建筑才刚刚起步，有光辉的前景和漫长的道路。但仿生设计不能仅仅停留在作为一种处理手法的阶段，它不是一种存活数十年的流派，它应该具有永恒的生命，并且成建筑师的一种意识融入到日常的建筑设计中去。 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 2 李光辉，扬子胜，吴金洪仿生建筑设计浅谈J山西建筑，2008 3 孙启微，徐先升生命里展现浅谈仿生建筑设计J科技创新导报， 2008 4 王立福，单欣，李尧仿生学在建筑设计中的应用J山西建筑， 2008
