基于仿生建筑中的互承結構形式探索

于 貞 貞

(南京藝術學院，江蘇 南京 210013)

基于仿生建筑中的互承結構形式探索

于 貞 貞

(南京藝術學院，江蘇 南京 210013)

旨在探索仿生建筑中的互承結構形式，在自然界中尋找生物功能組織及外表形態(tài)中來找尋科學合理的建造規(guī)律。作為非建筑學科的藝術生不是單以理科知識點去推進方案，而是在理性的分析下用藝術的手法更浪漫的表達。

仿生，互承結構，骨骼，公共藝術

1 仿生建筑學

仿生學形成于21世紀60年代，是一門交叉學科。其中包含了生命科學與機械、材料和信息工程等。仿生學隨著科技與時代的發(fā)展不斷深化著并且有著明顯的跨學科特征。自然界的生物形態(tài)萬千，它們有著不同的體態(tài)特征和獨特的存在方式。通過認清客觀生物自身形體特點探尋空間結構形式和構造之間的關系從而能更好的融入自然、順應自然并與自然生態(tài)環(huán)境相協調，保持生態(tài)的平衡發(fā)展。所以從另外一個角度來說，仿生學的建筑也等同于綠色建筑。仿生學的重點在于仿生原型的相似以及仿生整體的綜合性。

建筑仿生是科研界一直提及的老課題，互承結構也可作為仿生建筑結構卻是近現代時期的一個新的視角。人類社會從蒙昧時代進入文明時代就是在模仿自然和適應自然界規(guī)律的基礎上不斷發(fā)展起來的。各個學科不斷碰撞交融產生新的交叉學科，建筑亦是如此。

從古至今，人們的居住環(huán)境從洞穴到各類建筑無一不留下了模仿自然的痕跡。但是，隨著工業(yè)化的高速發(fā)展，非線性的建筑形式越來越受青睞，這就意味著仿生建筑必須要有新的突破才能更好的適應日益變化的建筑大環(huán)境。

2 互承結構

互承結構是古老而又新穎的存在。古老是因為雖然沒有對于互承結構詳細的資料分析，但還是有學者探究到早在1255年—1250年間，就發(fā)現了維拉爾·德·奧內庫爾(Villard de Honnecourt)手稿中設計過一種平面互承結構。文藝復興時期中也發(fā)現了出自文學巨匠之手的多重互承結構手稿。甚至有人提出其應用最早可以追溯到新石器時代，愛斯基摩人與印第安人居所所使用的帳篷結構。在國內，更有學者研究稱《清明上河圖》中的“虹橋”就是中國古代最早出現的互承式結構。知名的橋梁專家唐寰澄對虹橋的力學特性及設計構造進行深入研究，也證實早期主要分布在我國浙閩山區(qū)的虹橋就是一種互承結構。新穎則是因為互承結構的應用雖然由來已久，但是卻不曾被連續(xù)的規(guī)模的發(fā)展。它的復雜結構特性及不夠了解的神秘性還是被外界認為是種新穎的結構形式。20世紀80年代，格蘭漢姆·布朗(Graham Brown)正式提出了互承結構(reciprocal frame structure)的術語。他把互承結構定義為可以用作屋頂的風車形結構形式，其構件串聯成一個封閉的循環(huán)陣列從而組成能夠覆蓋一片圓形區(qū)域的形式。

隨著研究人員不斷對互承結構的探索與完善，互承結構按照自身的空間形式可分為一維、二維和三維。一維互承結構就是類似于“虹橋”的結構形式，即基本單元的一維延伸。二維互承結構是將基本單元擴展到二維曲面形成一片能夠覆蓋二維的自承重的結構。三維互承結構則是指能夠在一個三維空間內支撐起一個以互承結構為主體的空間區(qū)域。

設計實踐并沒有想象中順利，因為學術的研究和重視并沒有將“互承式結構”落于實處。資料的匱乏讓研究幾次陷入停滯的狀態(tài)。以互承結構而存在的建筑形式在我國更是罕見?！盎コ惺浇Y構”在建筑和設計領域上不可替代的意義，并沒有幫助它發(fā)揮出真正的功效。

或許在一開始“互承式結構”陳舊的理念并沒有一定的吸引力，有太多的原因讓它不能展示其真正耀眼的一面?，F如今它已經被初步挖掘，大量關于互承結構的小模型和中小規(guī)模的設計成品出現在各個高校的美術館展館。原本一個個平平無奇的插件，在不斷排列重組有序的變換展現了互承結構機械又富含韻律的美。在工業(yè)不斷推進以代替人工的時代，這種單一有序的構件制作也會越來越方便，人工成本也會隨之大大削減。今后的節(jié)能建設和成本建設必定成為建筑界的主流，“互承式結構”有它成為結構主流之一的理由。

但是，“互承式結構”也存在著它必須面對的缺陷和不足。單個構件制作雖然方便，其用量卻大，插接件的距離決定該建筑物整體的形式。所以在每個插件互相受力的運算上需要極大的時間，而且不容差錯。這也是現在中小型規(guī)模的成品和小件會有很多，大型建造很少的主要原因之一。單個構件的形式及材質是極其重要的。

3 仿生建筑與互承結構的交匯融合

生物的骨骼亦可以當做“互承式結構”，同時又符合仿生建筑的類別。與其說仿生建筑與互承結構交匯融合，不如說互承結構就應當歸屬于仿生建筑的類別之中。互承結構是由一個單一的插件組合生成，其原理就是自然界中動物骨骼簡化重組而達到自然支撐自成體系的結果。不管對單個支撐件的研究還是最后整個結構的形態(tài)都符合仿生建筑學的分類。因此想要做好互承結構的研究就需從仿生建筑學里去追溯其本源。在前期搜集資料的過程中研究歸納了很多知名建筑設計師具有代表性的仿生建筑作品。例如：德國以蝴蝶為原型的不萊梅高層公寓；卡拉特拉瓦于1992年—1995年設計的位于西班牙的特內利非展覽廳，就是對鳥的模仿；北京的鳥巢體育館，印度的蓮花寺，芝加哥的螺旋塔等這些全是由對自然界的仿生靈感而誕生的建筑。

4 互承結構在實際生活中的應用

互承結構單一的構件組成及其有韻律的形態(tài)展現多用于公共藝術中的大型搭建類構筑物設計。通過外部形態(tài)的形式與內部結構或者內部空間結構結合，表現出設計師希望觀眾們探索發(fā)現其中的內涵關系。而一個完整的構筑物設計其中包含該藝術作品所在的場地與實現搭建的材料，藝術家所想表達的情感及受眾的直接感受與體驗。

構筑物設計最首要的任務是讓觀眾接觸構筑物、融入構筑物環(huán)境。觀眾的介入和參與與搭建構筑物不可分割。通過場地的布置，通常的動線，可以讓觀眾自發(fā)的參與其中，自由方便的進出和通行，或者在空間有一定容量的情況下展開適當的活動。這就與互承結構達到了一種契合。

5 結語

藝術分類之間是無邊界的，很多設計分類都是交匯融合的。文章主要是通過對仿生學的概念研究，仿生學對建筑形態(tài)影響的環(huán)境下探索互承結構的空間表達。通過參數化的方式把仿生學與二維互承結合形成不再是單一單元件構件而成的空間構造方式，而是更復雜和多元的形式展現。不足之處就是對于材質方面的探索略顯單薄，什么樣的材質才最適用于互承結構的實現，希望后期可以在建筑形態(tài)更加豐富的基礎上適用于更多變的材質，達到對互承結構更深層次的研究。

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[3] 陳 建.論環(huán)境設計中的裝置藝術[D].上海：同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院,2005.

[4] 姚曉微,沈明磊.仿生建筑設計[J].山西建筑,2006,32(5):28-29.

Exploretheformsbasedonthereciprocalstructureinbionicarchitecture

YuZhenzhen

(NanjingUniversityoftheArts,Nanjing210013,China)

The article aims to explore the form of reciprocal structure in bionic architecture and find scientific and reasonable construction law by searching biotic functional tissue and outside configuration. As an art student who doesn’ t major in architecture. I promote the program not only by using science knowledge, but also express romantically with artistic gimmick under the scientific analysis.

bionic, reciprocal structure, bone, public art

1009-6825(2017)28-0012-02

2017-07-21

于貞貞(1993- )，女，在讀碩士

TU-87

A