仿生學(xué)原理在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

郭鵬

【摘要】仿生設(shè)計(jì)學(xué)，亦可稱之為設(shè)計(jì)仿生學(xué)，是模仿生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形體、功能原理來設(shè)計(jì)新技術(shù)系統(tǒng)的科學(xué)?！拔锔?jìng)天擇適者生存”， 有形的生物只有在結(jié)構(gòu)、形態(tài)、功能等方面達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)才能流存于世， 所以大自然精妙的生物應(yīng)該是建筑師和設(shè)計(jì)師的最好老師。

【關(guān)鍵詞】仿生學(xué) 仿生建筑 設(shè)計(jì)

仿生設(shè)計(jì)學(xué)是在仿生學(xué)和設(shè)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科，是模仿生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形體、功能原理來設(shè)計(jì)新技術(shù)系統(tǒng)的科學(xué)，建筑仿生則是科學(xué)與美學(xué)的有機(jī)結(jié)合。大自然中生物為了生存，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中，本能地選擇生態(tài)因素最適宜的地方生長(zhǎng)、生活，使自己的軀體適應(yīng)環(huán)境，“創(chuàng)造”了最為科學(xué)的形體結(jié)構(gòu)。在功能上形成非常復(fù)雜和高度自動(dòng)化的器官系統(tǒng)； 在外形上形成一個(gè)色彩豐富、造型優(yōu)美的形狀。我們就可以在大自然中尋找解決發(fā)明創(chuàng)造的問題，從屢見不鮮的小小生物上，叩開一扇扇創(chuàng)造之門。

1仿生建筑學(xué)原理

仿生建筑學(xué)的原理就是以生物界某些生物體功能組織和形象構(gòu)成規(guī)律為原理，探索自然界科學(xué)合理的建筑規(guī)律，并通過這些原理來豐富和完善建筑處理手法，促進(jìn)建筑形體結(jié)構(gòu)及建筑功能布局等的高效設(shè)計(jì)和合理形成。通俗地講就是在建筑設(shè)計(jì)中引入一定的生物的特點(diǎn)、性能、結(jié)構(gòu)和功能，使得建筑設(shè)計(jì)更加實(shí)用、更加具有美感、更加節(jié)約材料等，最終實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的改良和優(yōu)化。

2仿生設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用內(nèi)容

建筑仿生設(shè)計(jì)是仿生學(xué)與建筑設(shè)計(jì)學(xué)互相交叉滲透而結(jié)合成的，其研究范圍非常廣泛，研究?jī)?nèi)容豐富多彩，特別是由于仿生學(xué)和建筑設(shè)計(jì)學(xué)涉及到自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的許多學(xué)科，因此也就很難對(duì)建筑仿生設(shè)計(jì)的運(yùn)用內(nèi)容作詳細(xì)劃分。基于對(duì)所模擬生物系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)中的不同應(yīng)用，歸納起來，建筑仿生設(shè)計(jì)的運(yùn)用內(nèi)容主要有：

（1）結(jié)構(gòu)仿生。生物體和自然界物質(zhì)存在的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，是建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要元素。例：植物的莖、葉以及動(dòng)物形體、肌肉、骨骼的結(jié)構(gòu)。

（2）形態(tài)仿生。運(yùn)用生物體（包括動(dòng)物、植物、微生物、人類）和自然界物質(zhì)存在（如日、月、風(fēng)、云、山、川、雷、電等）的外部形態(tài)及其象征寓意，通過相應(yīng)的藝術(shù)處理手法將之應(yīng)用與建筑設(shè)計(jì)中。

（3）功能仿生。運(yùn)用生物體和自然界物質(zhì)存在的功能原理，并用這些原理去改進(jìn)現(xiàn)有的或建造新的技術(shù)系統(tǒng)，以促進(jìn)建筑技術(shù)的更新?lián)Q代或新建筑技術(shù)的開發(fā)。

（4）視覺仿生。生物體的視覺器官對(duì)圖象的識(shí)別、對(duì)視覺信號(hào)的分析與處理，以及相應(yīng)的視覺流程；也可以廣泛應(yīng)用于建筑環(huán)境設(shè)計(jì)之中。

3仿生元素在中國(guó)現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 我國(guó)的現(xiàn)代仿生建筑觀

我國(guó)在近現(xiàn)代，雖說國(guó)外的建筑仿生學(xué)研究較為迅速，仿生建筑作品也較為多樣，但我們國(guó)內(nèi)的仿生建筑發(fā)展速度還比較慢，其范圍主要是對(duì)建筑材料、技術(shù)、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等幾方面的研究，仿生建筑生態(tài)觀在國(guó)內(nèi)是似乎仍是一種新觀念_但近年來，國(guó)內(nèi)也相繼出現(xiàn)了一些仿生建筑，如：常州的中華恐龍館，北方的仿生薄殼式建筑（天津博物館），2008 北京奧運(yùn)場(chǎng)館；水立方水本來是一種重要的自然元素，但在中國(guó)文化里，它有著深刻的含義：水能載舟，亦能覆舟、上善若水、福如東海長(zhǎng)流水等，因?yàn)樗臒o形與萬變，引起了設(shè)計(jì)師的思考，激發(fā)了他們的設(shè)計(jì)靈感_

3.2 水立方與仿生元素

水立方，為 2008 年北京舉辦的人文、綠色、科技奧運(yùn)增添了不少光彩，它完美地融和了中國(guó)傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代科技，沒有規(guī)矩不成方圓，鳥巢的圓與水立方的方造型，交融在一起，表達(dá)了中國(guó)“天圓地方”的設(shè)計(jì)思想，它的建材其實(shí)是對(duì)生物機(jī)理的仿生，這種仿生為建筑提供了環(huán)保的表皮，也完美地體現(xiàn)出了水的神韻，為了設(shè)計(jì)出更符合人居要求、更符合時(shí)代的建筑，應(yīng)該在建筑的外形、材質(zhì)、色彩等方面加以改革，使之與自然相融合。為了使建筑更具地方特色，彰顯本土文化，成為標(biāo)志性建筑，設(shè)計(jì)師們可以采用具有地方特色的藝術(shù)符號(hào)，要把優(yōu)秀的民族文化傳承下去。

4我國(guó)生態(tài)建筑的仿生學(xué)的研究

如果建筑能夠像生物一樣具備對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)性，就能夠很好地回應(yīng)環(huán)境問題，向生物界學(xué)習(xí)正是生態(tài)建筑的深層內(nèi)涵所在。 傳統(tǒng)建筑學(xué)沒有把建筑看作是生命循環(huán)系統(tǒng)的有機(jī)部分，沒有從仿生的角度來研究建筑學(xué)科的發(fā)展， 生態(tài)建筑學(xué)要求建筑師有足夠的生態(tài)學(xué)和環(huán)境生物學(xué)方面的知識(shí)，進(jìn)行建筑研究和設(shè)計(jì)時(shí)與生態(tài)學(xué)相結(jié)合。現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)生態(tài)建筑仿生的研究可說是有很多空白。 首先，目前我國(guó)尚未有對(duì)仿生學(xué)的生態(tài)意義系統(tǒng)、全面的研究；其次，我國(guó)對(duì)生態(tài)建筑的仿生策略及其應(yīng)用尚未有過系統(tǒng)全面的歸納總結(jié)和深入詳盡的探討；更重要的是，我國(guó)尚未形成向仿生學(xué)中尋找生態(tài)建筑策略的思維模式，設(shè)計(jì)套路陳舊，思路狹隘。此外，據(jù)了解，我國(guó)尚未有綜合運(yùn)用仿生學(xué)原理進(jìn)行生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的成功案例。生態(tài)建筑仿生的研究，能夠填補(bǔ)這些研究空白，從而有利于啟發(fā)人類從自然界中吸取靈感，合理發(fā)明創(chuàng)新，提出更多、更新、更完善的生態(tài)建筑仿生策略；有利于拓寬仿生學(xué)研究成果在生態(tài)建筑中的應(yīng)用，改進(jìn)應(yīng)用方法，使之更為合理有效（有利于促進(jìn)仿生科學(xué)與生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的互滲，使生態(tài)建筑仿生設(shè)計(jì)這一交叉領(lǐng)域的研究系統(tǒng)化、專業(yè)化，并普及推廣其研究成果；有利于對(duì)慣常的生態(tài)建筑研究方法進(jìn)行革新，建立一套全新的設(shè)計(jì)思維模式以解放受到局限和束縛的創(chuàng)造力，還有利于推動(dòng)相關(guān)建筑技術(shù)和工藝不斷發(fā)展，付諸建筑實(shí)踐，創(chuàng)造出更美好的人居環(huán)境。

5建筑仿生設(shè)計(jì)的運(yùn)用前景

大自然的奧秘舉不勝舉，每當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)一種生物奧秘，就可能成為我們一種新的設(shè)計(jì)，也就可能帶給我們一種新的生存方式。大自然在不斷發(fā)展變化，生物體在不斷進(jìn)化完善，新的奧秘沒有窮盡，我們?nèi)祟愒谡J(rèn)識(shí)世界的廣度上、深度上也是無邊無際的。我們甚至將要進(jìn)行宇宙仿生，研究宇宙空間中地球以外無數(shù)行星上可能有的生物，從而為我們的設(shè)計(jì)提供嶄新的結(jié)構(gòu)、功能、形態(tài)，創(chuàng)造出地球上前所未有的新設(shè)計(jì)來。由此可見，仿生建筑在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的運(yùn)用前景是十分廣闊的，仿生設(shè)計(jì)元素在建筑設(shè)計(jì)中的廣泛運(yùn)用將使建筑藝術(shù)變得更加豐富。隨著建筑材料、建筑技術(shù)和設(shè)計(jì)水平的不斷發(fā)展與提高，人類的仿生建筑終歸要趕上甚至超越自然界中生物的結(jié)構(gòu)范疇。

6 總結(jié)

總之，仿生學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅在古代能備受推崇，即便是現(xiàn)代也是非常我們生活追求和藝術(shù)追求的主流形式，仿生設(shè)計(jì)是在人與自然和諧統(tǒng)一是這一永恒不變的人類對(duì)美的追求的根本原理，我們?cè)谶M(jìn)行建設(shè)設(shè)計(jì)過程中，只要善于觀察生活，觀察自然，用心體會(huì)，就能夠發(fā)現(xiàn)大自然之美，大自然之精髓，然后把這種美合理運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)中，就能為人類帶來生活改變的基礎(chǔ)上，更好的實(shí)現(xiàn)藝術(shù)表現(xiàn)，總之，仿生學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中是符合時(shí)代潮流值得我們大力推廣的設(shè)計(jì)形式。

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