建筑設(shè)計中仿生學(xué)的相關(guān)應(yīng)用探討

周天璇

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

建筑設(shè)計中仿生學(xué)的相關(guān)應(yīng)用探討

周天璇

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展有力推動了建筑行業(yè)的發(fā)展，人們對建筑的藝術(shù)形態(tài)也提出了更高的要求。仿生學(xué)作為一門逐漸成熟的學(xué)科，其在建筑設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)人類生存環(huán)境、生物和大自然的和諧發(fā)展，是人類崇尚大自然的重要體現(xiàn)。本文就對建筑設(shè)計中仿生學(xué)的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

建筑設(shè)計；仿生學(xué)；應(yīng)用

生物為了適應(yīng)自然界的發(fā)展規(guī)律，不斷進(jìn)化和完善自身的性能及組織結(jié)構(gòu)，獲得了結(jié)構(gòu)完整、新陳代謝和自我更新的保障體系，從而得以生存和繁衍，確保生物鏈的延續(xù)性與平衡性。建筑仿生學(xué)的研究主要是為了從自然界獲取靈感，使建筑與自然生態(tài)環(huán)境能夠協(xié)調(diào)發(fā)展，維持生態(tài)發(fā)展的平衡性[1]。當(dāng)前社會大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，將仿生學(xué)應(yīng)用于建筑設(shè)計中，能夠減少環(huán)境污染，節(jié)約能源資源，構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實(shí)現(xiàn)社會的和諧發(fā)展。

一、仿生學(xué)概述

對于仿生學(xué)而言，其作為一種邊緣科學(xué)，主要指的是對生物建造技術(shù)裝置進(jìn)行模仿，研究生物體的工作原理、功能和結(jié)構(gòu)，并在工程技術(shù)中應(yīng)用這些原理，從而創(chuàng)造新技術(shù)，發(fā)明性能優(yōu)良的機(jī)器、裝置和儀器等。仿生學(xué)的發(fā)展為技術(shù)發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)，開闊了人們的視野，具有很強(qiáng)的生命力，在服飾和建筑等設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將仿生學(xué)應(yīng)用于建筑設(shè)計過程中，主要是將一定的生物的功能、結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)等引入到建筑設(shè)計中，確保建筑設(shè)計的實(shí)用性和美觀性，節(jié)約建筑材料，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計的優(yōu)化與改良。

二、建筑設(shè)計中仿生學(xué)的應(yīng)用

仿生學(xué)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，其主要可從建筑結(jié)構(gòu)、建筑形式、建筑材料和建筑功能等方面的仿生進(jìn)行分析。

（一）建筑結(jié)構(gòu)

建筑仿生學(xué)的重要組成部分之一就是建筑結(jié)構(gòu)仿生，其是對建筑形式仿生的有效反映。一般在建筑仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體應(yīng)用中，常用結(jié)構(gòu)形式可分為膜結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、螺旋結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等，將仿生設(shè)計應(yīng)用于建筑空間結(jié)構(gòu)中，能夠保證結(jié)構(gòu)形式的多變性、有效性和合理性。首先是膜結(jié)構(gòu)。自然界中存在不同形態(tài)的膜結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如肥皂泡膜和細(xì)胞膜等，該類物質(zhì)形態(tài)主要是以內(nèi)外壓力差為基礎(chǔ)，形成脹壓模式，從而在結(jié)構(gòu)表面均勻分布傳來的荷載[2]。由于膜結(jié)構(gòu)不需使用較多的材料，且質(zhì)量相對較強(qiáng)，可使用在對地基承載力要求不高的建筑物中，保證建筑物的空間結(jié)構(gòu)，如北京游泳館“水立方”。其次是殼體結(jié)構(gòu)。殼體結(jié)構(gòu)具有大方優(yōu)美、整體性強(qiáng)等特點(diǎn)，而對于自然界的貝殼類與蛋殼類等物質(zhì)形態(tài)而言，其壁薄且表面張力高，具備良好的受力性能，能夠有效分解外力。以悉尼歌劇院為例，其在半徑為75m的球面上截取多個殼體群，并將其進(jìn)行有機(jī)組合，設(shè)計出不同形狀的殼體結(jié)構(gòu)，保證建筑物的美觀性。最后是懸索結(jié)構(gòu)。懸索結(jié)構(gòu)是以柔性拉索為基礎(chǔ)，對建筑物荷載加以承受，其中懸索材料可分為鋼索、鋼絲束、鋼絞線、鋼絲繩和其他受力性能好的材料。懸索結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用在廠房、體育館和橋梁等建筑，如南昌“生米大橋”利用拉索的力學(xué)特性，承擔(dān)橋梁的自重荷載。

（二）建筑形式

建筑形式是展現(xiàn)建筑美學(xué)的重要途徑，能夠?qū)⒔ㄖ锏挠饕夂统鞘鞋F(xiàn)代化的導(dǎo)向加以體現(xiàn)。建筑形式仿生主要是仿照自然界動植物的骨骼和外形、細(xì)胞構(gòu)造等，為建筑外向設(shè)計提供有效“模板”，給人視覺享受。一般建筑形式仿生可分為抽象仿生設(shè)計和象形仿生設(shè)計，其中抽象仿生設(shè)計不僅需要設(shè)計建筑物的外形，還要賦予建筑物的深層內(nèi)涵，將建筑物的藝術(shù)美加以充分反映，體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐奈幕l(fā)展趨勢[3]。如“自由女神像”的設(shè)計，其是以人體藝術(shù)形態(tài)為設(shè)計依據(jù)，象征和平與自由。而象形仿生設(shè)計是利用藝術(shù)的處理方式，將自然界物質(zhì)外部形態(tài)應(yīng)用于建筑設(shè)計中，如北京體育館“鳥巢”的設(shè)計是源于自然界的鳥巢，這樣進(jìn)一步豐富了建筑造型設(shè)計，保證了建筑空間布局的多樣性與靈活性。

（三）建筑材料

建筑材料仿生主要是以生物的物質(zhì)形態(tài)和軀體組織結(jié)構(gòu)為主進(jìn)行仿照，以此研究出新的材料，保證建筑的節(jié)能效果。如人們借助蟻穴和蜂巢的結(jié)構(gòu)形態(tài)，設(shè)計出泡沫玻璃、泡沫橡膠、泡沫混凝土和加氣混凝土等，并將泡沫混凝土和加氣混凝土進(jìn)行混合制作，形成混凝土砌塊，將其填充于隔墻中，以此降低隔墻自重，保證隔墻的隔聲與保溫功能。此外，植物細(xì)胞的重要化學(xué)成分之一就是纖維素，其具有良好的物理性質(zhì)，如塑性韌性好、強(qiáng)度高和質(zhì)量輕等，其可制作為纖維素高分子材料。例如美國制作的玻璃纖維瓦具有良好的耐候性與耐用性；日本在普通混凝土中增加添加劑，并借助長纖維狀分子的粘度形式，將混凝土加以包住，從而形成新型的改良混凝土，避免混凝土的分散，便于混凝土施工。

（四）建筑功能

對于建筑功能仿生而言，其主要是對自然界物質(zhì)的特征或功能原理加以研究與利用，以此使建筑設(shè)計具有完善的功能，滿足人們的實(shí)際需求。建筑功能仿生的發(fā)展較晚，是建筑仿生學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)，但是其能夠保證建筑功能的多樣性，滿足人們對物質(zhì)文化的需求[4]。如勒·柯布西耶對朗香教堂進(jìn)行設(shè)計時，從蟹殼中尋找靈感，使教堂屋頂各邊向上彎曲，以此保證較薄材料的堅韌性和自然力。同時該教堂平面主要是以人的耳朵為依據(jù)進(jìn)行模擬，象征上帝能夠傾聽信徒的祈禱，這樣增強(qiáng)了建筑造型的神秘感。

結(jié)束語：

在建筑設(shè)計中應(yīng)用仿生學(xué)，能夠保證建筑設(shè)計的豐富性和科學(xué)性，使建筑更為人性化與實(shí)用性，滿足人們對建筑物的使用需求，推動節(jié)能環(huán)保建筑的發(fā)展。當(dāng)然仿生建筑學(xué)的發(fā)展，需要建筑設(shè)計師善于觀察自然界的物質(zhì)，利用有用因素進(jìn)行創(chuàng)作，將現(xiàn)代建筑技術(shù)與生物科學(xué)機(jī)理相結(jié)合，為建筑提供創(chuàng)新性服務(wù)。總之，建筑仿生學(xué)作為時代的潮流，其將會成為環(huán)境生態(tài)平衡和建筑創(chuàng)新的重要方式，促進(jìn)建筑的智能化、生態(tài)化與節(jié)能化發(fā)展，有利于社會主義和諧社會的構(gòu)建。

[1]史曉君,于海業(yè). 溫室結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計的可行性研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究,2011, 07:73-77.

[2]陳芬. 仿生學(xué)在建筑設(shè)計中的體現(xiàn)和應(yīng)用[J]. 中華民居,2011,06:15-16.

[3]趙尊健,陳晨,賀喜格圖. 仿生學(xué)設(shè)計引領(lǐng)的新型環(huán)保建筑[J].山西建筑, 2015,03:13-14.

[4]秦漢禮,王旭東.探究仿生理念在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用[J].中華民居(下旬刊), 2013,08:365-366.

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1007-6344（2016）08-0092-01

周天璇（1985.12-），女，漢，江西省，學(xué)士學(xué)位，項(xiàng)目主設(shè)人，助理工程師，主要研究方向建筑設(shè)計，內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司。