擷取自然之美的仿生學建筑

哈立德

從自然界的動植物身上，人類汲取了諸多建筑設計的靈感?！皫煼ㄗ匀弧钡脑O計思路，讓許多新奇美觀又不失實用性的建筑物得以誕生。現(xiàn)代仿生學建立之后，建筑科技也得益于仿生學的發(fā)展，向著更堅固、更節(jié)能、更有效利用資源的方向演進，讓建筑物更具“自然家園”的屬性。

“直線屬于人類，曲線屬于上帝”

在西班牙巴塞羅那的宇宙盒（CosmoCaixa）科技館里，有一件頗為有趣的展品：電腦屏幕上依次出現(xiàn)恐龍化石彎曲的脊椎，硨磲貝殼波浪狀的邊緣，以及高迪等建筑大師的作品，而觀眾需要控制一條由小金屬珠組成的鏈子，嘗試匹配這些圖片上的弧線。這個并不引人注目，看上去也沒有多少科技含量的展示項目，卻暗含了仿生學與建筑學在這座城市“聯(lián)姻”的歷史。

盡管“仿生學”的概念直到1960年方才出現(xiàn)，但建筑師模仿自然界的生物進行設計，從而為建筑物賦予更好的寓意或者使用體驗，卻可以追溯到19世紀末，甚至更為久遠。堪稱西班牙最偉大建筑師的安東尼·高迪，便是將“模仿生物結構進行建筑物設計”發(fā)展為一種理念的關鍵人物。在大部分職業(yè)生涯里，他是這種理念的“孤獨的先行者”。

高迪建筑作品中仿生學的萌芽，可以追溯到他在1883年為文森之家設計的棕櫚樹葉模樣的鑄鐵欄桿。但這件作品只是牛刀小試，在他全盛時期的諸多作品中，高迪甚至刻意避免直線。巴塞羅那市區(qū)的巴特羅之家和米拉之家，就鮮明地反映出高迪“避免直線”的風格。正如他自己所言：“直線屬于人類，曲線屬于上帝”，因此，他認為最深刻的理念和最深沉的感情，應該用曲線來表達。

米拉之家是高迪設計的最后一棟私宅，他充分運用仿生學方面的知識，設計了這座號稱“無一處直角”的獨特建筑物。它的外觀取法于在海中隨波逐流的水母，充滿了飄逸的氣質;而建筑的內部，則有些像蛇的巢穴。如果從空中俯瞰，它又像是個超大號的甜甜圈，中庭盡管形狀不規(guī)則，卻讓所有的房間都能夠雙面采光，充分利用了巴塞羅那充足的陽光。

生物結構成為靈感“寶庫”

1926年，高迪死于交通事故，留下了遠未完工的圣家族大教堂。這座教堂，如今成為巴塞羅那的地標式建筑，那些模仿植物莖稈結構設計的鐘塔，成了令后人景仰與銘記的豐碑。

不久之后，以“有機建筑論”聞名的美國建筑大師弗蘭克·賴特，在1936～1939年間，完成了約翰遜制蠟公司總部辦公樓的設計。這座建筑的結構體系，是賴特根據(jù)美國亞利桑那州的一種仙人掌結構創(chuàng)造的“樹柱”系統(tǒng)。每一根“樹柱”都包括“莖桿”“花萼”“花瓣”等仿生學結構。這些“樹柱”根據(jù)所處的位置，分別有一層、二層和三層高度3種，它們共同支撐著薄殼結構的屋頂。日光從樹柱之間的空隙照射到室內，使人們恍如置身于叢林之中，帶來令人振奮的空間體驗。

第二次世界大戰(zhàn)結束后，隨著生命科學研究的深入，仿生學終于獨立成為一門科學，其發(fā)展也一日千里。一些建筑師習慣于將尋找靈感的目光投向自然界，讓作品兼具實用、美觀和個性。

澳大利亞的悉尼歌劇院，便是一座典型的仿生學建筑。它的設計者、丹麥建筑師約恩·烏松在晚年回憶說，歌劇院基座上酷似白帆或者貝殼的結構，其原型是他吃橙子時剝下的橙皮。歌劇院的主體結構，就由3組這樣的殼片組成。1958年，悉尼歌劇院開工，但建造這種異形殼體在當時卻是幾乎無解的難題?，F(xiàn)場搭建模板和澆筑的方式成本過于高昂，其余已有的技術則無法達到所需的精度要求。直到1961年左右，施工團隊意識到這些殼體都是某個球面的一部分，于是采取澆筑空心球再分割出殼體的方法，終于在精度和經(jīng)濟性兩方面達成平衡。1973年10月20日，悉尼歌劇院竣工啟用，旋即成為20世紀極具特色的建筑之一。

到了21世紀，仿生學建筑愈加受到建筑師的熱捧。在很多時候，以仿生學的思路設計建筑外觀，被認為是賦予建筑物感情的一種直接方式。在西班牙巴倫西亞，“藝術科學城”是這個國家現(xiàn)代化的象征。而在建筑群中的腓力王子科技館，其外觀結構的原型，便是被割凈肌肉的魚骨或鯨骨，這樣的設計不僅令人著迷，而且體現(xiàn)出巴倫西亞作為港口和曾經(jīng)大力發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的地域特色。

?大連貝殼博物館新館

而在中國著名的海濱旅游城市大連和青島，不少建筑物也模仿了海洋動物的外表進行設計。大連星海廣場的貝殼博物館新館，不僅外觀酷似貝殼，內部展廳也模仿螺殼的結構進行布置，讓觀眾在參觀過程中“螺旋上升”，思路不至于中斷。在青島，近年來新建成的影視產(chǎn)業(yè)園展示中心、國際會展中心和游泳跳水館，在外觀上分別模仿了螺、海星和貝殼的模樣，在城市中營造出濃郁的“海味”。未來的青島新國際機場，其俯視結構也酷似海星，并且與水母狀的地面交通樞紐融合在一起，這樣的設計一方面可以提供大量停機位，充分滿足國內外旅客前往青島的交通需求;一方面能讓所有旅客都不必走太遠便可換乘地面交通;同時還能讓人一下飛機就感受到青島撲面而來的海洋文化，實乃一舉多得。

“內外兼修”的仿生建筑

隨著仿生學建筑不斷推陳出新，一些建筑師開始不滿足于僅僅從外觀上模仿，而開始從深度發(fā)掘這些生物結構背后的科學價值，從而讓建筑物仿生“內外兼修”。

日本建筑大師丹下健三的名作——1964年東京奧運會使用的代代木國立綜合體育館，便是這種嘗試的先行者。這個體育館建筑群由主館和配館組成，主館是游泳館，配館則按照籃球館設計，但可以在必要時改為拳擊或手球的比賽場地。兩座體育館都采用在當時非常先進的弧形薄殼屋面，這種模仿雞蛋殼和貝殼設計的結構，可謂輕巧又堅固。體育館配館的設計尤為令人稱奇：它的薄殼結構屋面圍繞建筑正中的一根桅桿螺旋布置，俯瞰如同一只蝸?；蛘吆Ｂ?。這種既實用又能發(fā)揮材料的最大性能而且兼具未來感的設計，借著奧運的影響力，讓世人看到一個呼之欲出的日本形象，也被認為是日本現(xiàn)代建筑發(fā)展的里程碑。

建筑材料和機電一體化等技術的發(fā)展，也讓更多“內外兼修”的設計成為可能。2001年，來自西班牙的建筑師圣地亞哥·卡拉特拉瓦，就為美國密爾沃基藝術博物館新館設計了一雙“翅膀”。這個高度模仿海鷗翅膀的屋頂結構，其實是兩組能夠精確控制葉片角度的百葉窗。潔白的遮陽百葉在自動機構的控制下，完全打開或者閉合只需3分30秒，還可以根據(jù)陽光照射情況，彎曲成各種匪夷所思的弧度，像“抱窩”中的鳥類一樣，為展廳營造出最適合觀賞的光線條件。精巧的百葉窗設計，讓展館如同具有生命一般，為不同時段到來的訪客呈現(xiàn)出不一樣的外觀。

“師法自然”將成未來趨勢

從“仿生學”的概念被創(chuàng)造出來直到今天，生命科學的進步有目共睹，而21世紀更被認為是生命科學的世紀。人們越來越深刻地意識到，大自然的造物之功，在很多時候會超越最為精良的機械和建筑。因此，隨著“師法自然”的設計理念越來越深入人心，許多新奇、美觀又兼具實用、高效的建筑物得以涌現(xiàn)。一些對仿生學有著深刻理解的建筑師，甚至會將建筑物想象為一種獨特的生命體，并嘗試設計其“新陳代謝”的動線。

丹下健三在設計日本山梨文化會館的時候，就嘗試以模仿植物維管束的方式來規(guī)劃建筑結構和動線。這座建筑物主要為山梨縣的新聞出版行業(yè)所用，因此既要考慮用戶彼此間的獨立性，又要考慮他們聯(lián)動的可能性。丹下健三知道維管束是植物養(yǎng)料的運輸通道，便將樓梯、電梯、洗手間、空調等基礎設施都“裝”進圓筒狀的“維管束”里，為這些支柱附加以額外的功能性;而各個樓層則如同抽屜，按照實用樓層和屋頂花園交替的順序，架設在這些“維管束”之間。這樣的設計既為用戶創(chuàng)造了良好的辦公環(huán)境，又為日后的增筑預留了空間。

知識鏈接 深度利用仿生學，為建筑“保溫”

科技的進步，也讓深度模仿生物的細微結構進行建筑設計成為可能。比如說，極地科研人員發(fā)現(xiàn)，北極熊的皮膚其實是黑色的，毛則是無色透明的中空小管，這讓北極熊可以很好地吸收和保存熱量。德國建筑行業(yè)就模仿這種結構，設計了效果極佳的保溫材料。

沒有人知道，生命科學和仿生學的發(fā)展，會在未來給建筑設計和建材制造領域帶來哪些飛越。但可以確定的是，不同于之前那些“各領風騷若干年”的流派，仿生建筑的設計思想，是大眾心之向往的，也將繼續(xù)在世界各地建筑師的腦海中閃現(xiàn)出新的火花。