仿生元素在中國(guó)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 籍 穎

仿生元素在中國(guó)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 籍 穎

“建筑”被喻為城市靈動(dòng)的“雕塑”，不僅是我們生活與工作的重要場(chǎng)所，還為我們的生活創(chuàng)造出無(wú)數(shù)奇妙的空間形態(tài)。中國(guó)作為經(jīng)濟(jì)、政治和文化飛速發(fā)展的東方大國(guó)，尤其是主辦了2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010年上海世博會(huì)以后，出現(xiàn)了大量仿生建筑。

為什么仿生建筑如此受世界各地建筑師的青睞呢？因?yàn)樵诋?dāng)今社會(huì)，我們對(duì)一棟建筑的評(píng)價(jià)，已不僅僅停留在它的使用功能的劃分、建筑形式的設(shè)計(jì)上，同時(shí)也在評(píng)估它是否符合生態(tài)和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)成為世界各國(guó)和社會(huì)各界關(guān)注的重點(diǎn)，而仿生建筑正是因?yàn)榫哂写罂缍取⒏邚?qiáng)度、安全、輕質(zhì)、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和適用等特征而廣受青睞。

仿生建筑因其高效、低耗、節(jié)省建筑材料和可再循環(huán)的特點(diǎn)而在世界上廣受歡迎，全球各地出現(xiàn)大量仿生建筑。中國(guó)古代的建筑結(jié)構(gòu)即存在大量仿生元素，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中更是在有意無(wú)意地借鑒使用仿生元素。因此，對(duì)我國(guó)現(xiàn)代建筑中仿生元素的應(yīng)用進(jìn)行研究有著實(shí)際的指導(dǎo)意義。

一、仿生建筑的概念

仿生建筑以生物界某些生物體的功能組織和形象構(gòu)成規(guī)律為對(duì)象，探尋自然界中科學(xué)合理的建造規(guī)律，并通過(guò)對(duì)這些研究成果的運(yùn)用來(lái)豐富和完善建筑的處理手法，促進(jìn)建筑形體結(jié)構(gòu)以及建筑功能布局等的高效設(shè)計(jì)和合理形成的建筑形式。

仿生建筑學(xué)暗示人們必須遵循和注重自然規(guī)律，重視生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益與新奇形式的有機(jī)結(jié)合，仿生創(chuàng)新需要學(xué)習(xí)和發(fā)揮新科技的特點(diǎn)，要做到這一點(diǎn)，建筑師必須善于應(yīng)用類(lèi)推方法，從自然界中觀察吸收一切有用的因素作為創(chuàng)作靈感，同時(shí)結(jié)合生物科學(xué)與現(xiàn)代建筑技術(shù)為建筑創(chuàng)新服務(wù)。

二、仿生元素在中國(guó)古代建筑中的應(yīng)用

中國(guó)古代的仿生建筑創(chuàng)作，可以追溯到遠(yuǎn)古人類(lèi)時(shí)期，北京周口店龍骨山的山頂洞人就是模仿動(dòng)物居住在天然形成的山洞中，黃土高原上特有的民居形式“窯洞”，與動(dòng)物的巢穴相似，是在土崖畔上開(kāi)掘洞窟，省工省力、冬暖夏涼，十分適宜居住生活。

在中國(guó)古代的城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，古人就已經(jīng)開(kāi)始將仿生學(xué)原理應(yīng)用于城市選址、規(guī)劃和布局中。古代傳統(tǒng)講求天文，地理和人文相互結(jié)合，故而產(chǎn)生了左青龍、右白虎、前朱雀、后玄武的說(shuō)法。著名古鎮(zhèn)“宏村”就是以它先進(jìn)的規(guī)劃和建造模式，成為中國(guó)古代建筑仿生的典范，它的人工水系運(yùn)用了動(dòng)物的仿生學(xué)原理，600年前的天津城選址也運(yùn)用了建筑仿生原理，按照幾何學(xué)原理，根據(jù)其軸線(xiàn)和特征線(xiàn)切劃出來(lái)的最佳位置就是天津衛(wèi)城所在地。依據(jù)現(xiàn)有的天津最老的地圖，按主河道曲線(xiàn)可以清晰的畫(huà)出3個(gè)太極圖，反映出宇宙萬(wàn)物運(yùn)化的全息靜態(tài)模式，體現(xiàn)出中國(guó)哲學(xué)的精華。

三、仿生元素在中國(guó)現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

中國(guó)現(xiàn)代建筑的仿生形式歸結(jié)起來(lái)有以下幾大類(lèi)：仿殼體式、仿動(dòng)植物纖維式、仿氣泡式、仿雙螺旋式等。

1. 仿殼體式。人們通過(guò)對(duì)蛋殼的研究在建筑業(yè)上取得了巨大的成就?，F(xiàn)代建筑師受蛋殼的啟示，設(shè)計(jì)出許多大型薄殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)秀的建筑作品。北京國(guó)家大劇院就采用了殼體結(jié)構(gòu)，建筑外形是半橢圓球形，屋面采用鈦金屬板，整個(gè)網(wǎng)殼外環(huán)繞著人工湖，各種通道及入口均設(shè)在水下，既節(jié)省建筑材料又堅(jiān)固，而且由于殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理，使建筑取消了僅靠地面承受壓力的柱子，這樣也使視野變得開(kāi)闊，更能體現(xiàn)建筑的美感。

2. 仿植物纖維式。大多數(shù)生物體都由纖維和細(xì)胞構(gòu)成，纖維結(jié)構(gòu)有著獨(dú)特的受拉特性，人們因?yàn)槭艿竭@種纖維結(jié)構(gòu)的強(qiáng)受力、受拉特性的啟示，發(fā)明了結(jié)構(gòu)獨(dú)特的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。上海世博會(huì)的世博軸在外觀設(shè)計(jì)中即充分運(yùn)用了鋼結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)，6個(gè)“陽(yáng)光谷”共有1萬(wàn)多個(gè)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有4～6個(gè)桿相交，使得整個(gè)建筑造型受力均勻，在整個(gè)世博會(huì)場(chǎng)的景觀中起到了標(biāo)志性作用，而且在形式上，有很強(qiáng)的節(jié)奏感、方向性。

3. 仿氣泡式。動(dòng)物和植物的細(xì)胞內(nèi)充滿(mǎn)的液體或氣體會(huì)對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生一定的壓力，科學(xué)家把這種壓力稱(chēng)為細(xì)胞的脹壓，根據(jù)細(xì)胞脹壓原理，人們?cè)O(shè)計(jì)出各種新穎別致的充氣、充液結(jié)構(gòu)的大型建筑?！八⒎健苯柚鷮?duì)生物機(jī)理的模仿，為建筑提供了全新、環(huán)保的外表皮。自然通風(fēng)、水循環(huán)系統(tǒng)的合理開(kāi)發(fā)，高科技建筑材料的廣泛應(yīng)用，這些因素都使得“水立方”成為最適宜的游泳比賽場(chǎng)所。

4. 仿螺旋式。自然界很多生物都具有美麗的螺旋線(xiàn)，螺旋形往往是建筑造型的母體，而螺的外形也是建筑師設(shè)計(jì)的元素。上海世博會(huì)的上汽-通用汽車(chē)館外觀設(shè)計(jì)的靈感即來(lái)源于大自然與汽車(chē)工業(yè)。螺旋形的曲線(xiàn)象征著自然旋轉(zhuǎn)與升騰的動(dòng)力，融合來(lái)自汽車(chē)工業(yè)的線(xiàn)條與元素，勾勒出一條聯(lián)系現(xiàn)在與未來(lái)的科技之路。

四、結(jié)論與建議

建筑設(shè)計(jì)中仿生元素的應(yīng)用不僅能夠讓人類(lèi)回歸自然，享受舒適生活，還是實(shí)現(xiàn)低碳、環(huán)保發(fā)展的有效方式，它將是21世紀(jì)和以后更長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的中國(guó)建筑設(shè)計(jì)發(fā)展的主流，將會(huì)促進(jìn)建筑多元化和人類(lèi)總體文明的發(fā)展，是解決能源危機(jī)的良好途徑。

我國(guó)的建筑仿生才剛剛起步，有著漫長(zhǎng)的道路和光輝的前景，仿生建筑作為保證生態(tài)平衡的一種手段，作為建筑創(chuàng)新的一個(gè)方向，以及中國(guó)人對(duì)“天人合一”理想的一種表達(dá)，有著非常美好的未來(lái)。