寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 籍 穎

仿生元素在中國建筑設(shè)計中的應(yīng)用

寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 籍 穎

“建筑”被喻為城市靈動的“雕塑”，不僅是我們生活與工作的重要場所，還為我們的生活創(chuàng)造出無數(shù)奇妙的空間形態(tài)。中國作為經(jīng)濟、政治和文化飛速發(fā)展的東方大國，尤其是主辦了2008年北京奧運會、2010年上海世博會以后，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？因為在當(dāng)今社會，我們對一棟建筑的評價，已不僅僅停留在它的使用功能的劃分、建筑形式的設(shè)計上，同時也在評估它是否符合生態(tài)和環(huán)保標準，生態(tài)環(huán)保問題已經(jīng)成為世界各國和社會各界關(guān)注的重點，而仿生建筑正是因為具有大跨度、高強度、安全、輕質(zhì)、節(jié)能、經(jīng)濟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)的特點而在世界上廣受歡迎，全球各地出現(xiàn)大量仿生建筑。中國古代的建筑結(jié)構(gòu)即存在大量仿生元素，現(xiàn)代建筑設(shè)計中更是在有意無意地借鑒使用仿生元素。因此，對我國現(xiàn)代建筑中仿生元素的應(yīng)用進行研究有著實際的指導(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)律為對象，探尋自然界中科學(xué)合理的建造規(guī)律，并通過對這些研究成果的運用來豐富和完善建筑的處理手法，促進建筑形體結(jié)構(gòu)以及建筑功能布局等的高效設(shè)計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)濟效益與新奇形式的有機結(jié)合，仿生創(chuàng)新需要學(xué)習(xí)和發(fā)揮新科技的特點，要做到這一點，建筑師必須善于應(yīng)用類推方法，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、仿生元素在中國古代建筑中的應(yīng)用

中國古代的仿生建筑創(chuàng)作，可以追溯到遠古人類時期，北京周口店龍骨山的山頂洞人就是模仿動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”，與動物的巢穴相似，是在土崖畔上開掘洞窟，省工省力、冬暖夏涼，十分適宜居住生活。

在中國古代的城市規(guī)劃和設(shè)計中，古人就已經(jīng)開始將仿生學(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、后玄武的說法。著名古鎮(zhèn)“宏村”就是以它先進的規(guī)劃和建造模式，成為中國古代建筑仿生的典范，它的人工水系運用了動物的仿生學(xué)原理，600年前的天津城選址也運用了建筑仿生原理，按照幾何學(xué)原理，根據(jù)其軸線和特征線切劃出來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，按主河道曲線可以清晰的畫出3個太極圖，反映出宇宙萬物運化的全息靜態(tài)模式，體現(xiàn)出中國哲學(xué)的精華。

三、仿生元素在中國現(xiàn)代建筑設(shè)計中的應(yīng)用

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

1. 仿殼體式。人們通過對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)計出許多大型薄殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)秀的建筑作品。北京國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胞構(gòu)成，纖維結(jié)構(gòu)有著獨特的受拉特性，人們因為受到這種纖維結(jié)構(gòu)的強受力、受拉特性的啟示，發(fā)明了結(jié)構(gòu)獨特的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。上海世博會的世博軸在外觀設(shè)計中即充分運用了鋼結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)，6個“陽光谷”共有1萬多個鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點，每個節(jié)點都有4～6個桿相交，使得整個建筑造型受力均勻，在整個世博會場的景觀中起到了標志性作用，而且在形式上，有很強的節(jié)奏感、方向性。

3. 仿氣泡式。動物和植物的細胞內(nèi)充滿的液體或氣體會對細胞壁產(chǎn)生一定的壓力，科學(xué)家把這種壓力稱為細胞的脹壓，根據(jù)細胞脹壓原理，人們設(shè)計出各種新穎別致的充氣、充液結(jié)構(gòu)的大型建筑。“水立方”借助對生物機理的模仿，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所。

4. 仿螺旋式。自然界很多生物都具有美麗的螺旋線，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)計的元素。上海世博會的上汽-通用汽車館外觀設(shè)計的靈感即來源于大自然與汽車工業(yè)。螺旋形的曲線象征著自然旋轉(zhuǎn)與升騰的動力，融合來自汽車工業(yè)的線條與元素，勾勒出一條聯(lián)系現(xiàn)在與未來的科技之路。

四、結(jié)論與建議

建筑設(shè)計中仿生元素的應(yīng)用不僅能夠讓人類回歸自然，享受舒適生活，還是實現(xiàn)低碳、環(huán)保發(fā)展的有效方式，它將是21世紀和以后更長一段時間內(nèi)的中國建筑設(shè)計發(fā)展的主流，將會促進建筑多元化和人類總體文明的發(fā)展，是解決能源危機的良好途徑。

我國的建筑仿生才剛剛起步，有著漫長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)新的一個方向，以及中國人對“天人合一”理想的一種表達，有著非常美好的未來。