建筑当中的仿生学.docx

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建筑当中的仿生学

建筑当中的仿生学

仿生建筑的概念

仿生设计学,亦可称之为设计仿生学（DesignBionics）,它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，主要涉及到数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科。

仿生设计学与旧有的仿生学成果应用不同，它是以自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象，有选择地在设计过程中应用这些特征原理进行的设计，同时结合仿生学的研究成果，为设计提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途径。

不仅是通过对生物的外形进行简单模仿而转化出具有实用价值的客观物，更重要的是要学习生物生长的自然规律与已的生存环境的关系，有效的运用仿生学原理创造出新颖和适应自然生态的建筑形式。

在某种意义上，仿生设计学可以说是仿生学的延续和发展，是仿生学研究成果在人类生存方式中的反映。

仿生建筑的分类

一、建筑形态的仿生

建筑形态的仿生是建筑仿生中最常见的仿生方式，人们通过对自然界的生物的形态进行模仿，从而创造出体貌多变的建筑形态。

二、建筑结构的仿生

结构仿生是从自然界汲取灵感，从而实现建筑力学、结构、材料性能等方而的仿生。

对生物结构形态的研究是实现这些要求的有效途径。

以动植物、微生物、人类自身等为原型，通过考察自然的选择和优化规律，提取出原型中的结构体系，来为新建筑结构提供合理的外形;通过分析系统的结构性质，将其应用于建筑整体的结构力学之中。

1.薄壳形态

生物界的各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海螺壳都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳结构”。

这种“薄壳结构”的表面虽然很薄，但非常耐压。

薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。

壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。

实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。

薄壳结构的优点是可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分，减少受到的压力。

建于1959年的巴黎国家工业与技术中心陈列馆是薄壳结构建筑中较为出色的作品。

建筑屋顶采用了分段预制的双层双曲钢筋混凝上薄壳结构，巨大的白色壳体平而呈三角形，每边跨度达218m，矢高48m,使用而积达到90000m2。

双层混凝上壳体借鉴了扇贝波浪状起伏的表而形态，使壳体的刚度大大增加，总厚度仅为120mm,结构效率显著，实现了用最少材料建造最大使用空间的构想。

2.骨架形态

放眼看去，动物在长期进化中逐渐形成了适合生存环境的种种形态，而保持这种形态的骨骼系统在强度、硬度和稳定性等方而是很完美的。

利用由杆件组成的结构体系来承受屋面、楼面传来的荷载的建筑。

骨架结构的部件分工明确，可根据需要选用材料，如受力的骨架可选用具有良好力学性能的钢或钢筋混凝土，不承重的墙则选用隔声、隔热好的轻质材料。

密尔沃基艺术博物馆在展馆接待厅玻璃大窗外设计了遮阳层，遮阳片同机械动力装置相连可以启闭，建筑造型也随之变化。

当开启到顶点时，所有遮阳金属杆的轮廓形成两道优美的弧线，形如一只振翅的巨鸟，给人以强烈的视觉冲击。

卡拉特拉瓦的这些作品不仅在结构与功能上能够有机结合，并且创造出了令人耳目一新的建筑造型。

3、网状形态

人们受到蜘蛛网的启发发明了悬索结构，结构中柔软的索网在应力状态下可以任意变形，最终达到只承受轴向拉力，既无弯矩也无剪力的受力状态。

1951年意大利建筑师奈尔维在其作品迦蒂羊毛厂中采用的混凝上肋板结构，也模仿了王莲叶脉的机理，平而内相互连接的肋梁增强了结构的整体刚度，精巧的形态令人称赞。

后来建筑界广泛应用的井式楼盖和密肋楼盖等结构形式或许正是受了它的启发。

4、杆茎形态

当代高层建筑设计中也通过借鉴竹子这种空心和结节的结构构造特点，发明了筒体结构，山框架或剪力墙围合成类似于竹筒的竖向井筒，沿着高度方向每隔一定的间距在建筑的相应位置设置类似竹节的加强结构层将筒体与框架相互连接起来，能够极大地加强建筑水平与竖直方向的稳定性，形成一个具有良好受力性能的空间构架。

如美国芝加哥西尔斯大厦（110层，420m，是由9个方筒聚合形成束筒结构，起到如竹节般的结构加强作用。

5、树状形态

按照仿生学的建构理论，以自然界的树木作为研究对象，可以得到树状结构的基木形态。

典型的树状结构的形态特征是多级分枝、三维伸展。

它通过对树木自然形态的力学分析和形态简化而成，树冠上的荷载自上而下通过各层枝权传递时接近轴向传力，可以充分发挥材料的抗压性能，因而能覆盖较大空间。

卡拉特拉瓦设计建造的葡萄牙里斯本东方火车站，屋顶采用一个个树状结构排列组合成了一片“树林”。

目前国内外有许多高速公路收费站也纷纷采用了树状结构，使这一结构变得越来越普及。

6、气膜形态

通过对气泡现象进行结构分析与模仿而产生的充气结构打破了传统的建筑结构形式，在有压气体压力的调整下，只要塑造出封闭的外形，任何形状都可以实现。

气膜建筑是用特殊的建筑膜材做外壳，配备一套智能化的机电设备在气膜建筑内部提供空气的正压，把建筑主体支撑起来的一种建筑结构系统。

7、晶体形态

结构专家研究了原子与分子稳定的品体构成式，将这种形式运用于空间结构的设计中，发明了网架结构，具有很大的跨越能力。

已是一种用很多杆件以一定规律组成的空间结构，杆件规格统一，结构高度较小，能够有效的利用空间。

三、功能仿生

建筑的功能往往是错综复杂的，如何有机组织各种功能成为一种综合的整体，自然界中的生物为我们提供了成功的范例，它不仅仅是单一功能元素的相互叠加，而是多功能发展过程的整合，因此产生了一个较高发展阶段的新特性。

四、材料仿生

材料仿生是指模仿生物体组成材料的物理特性和化学成分，研究出新型的建筑材料，来满足人们对建筑材料性能和品种口益增长的需要。

仿生建筑的空间形态特征

几何特征

1、塑形

由于结构仿生的原型在自然中以变化万千的形态存在着，因此山结构仿生手法产生的空间在形态上也有意对自然原型进行重塑。

强调建筑的可塑性形态，追求动感和自由感，表现柔性美，从而产生建立在几何性基础上的塑形建筑空间形态。

柔曲

建筑结构仿生探求能够用较少的材料建造出经济合用的结构形式，设计出了大胆而优美的具有非直线有机形式的结构。

这些具有柔和曲线的结构能够将应力舒缓地分散，避免了应力集中的现象，因此能够将材料的力学特性发挥得淋漓尽致

3、连续

生物结构形体内部所包含的物质用来维系生命运转，物质之间小断进行着交换与转化，他们是有机相连的整体。

转化到建筑空间中则可以看出这些“生命物质”所占有的“容积”被掏了，用来容纳人们的行为活动。

而这些掏出来的空间自然而然继承了机体连续的特质，呈现出一种连贯互通的形态

4、渐变

结构仿生建筑的空间大都呈现出一种逐渐的、顺序的、有规律的变化，产生一种自然有韵律的节奏感。

仿生建筑注重环境、经济效益与创新的有机结合，是对建筑师综合实力的考验。

狭义的仿生建筑最终落实到建筑形式的与众不同，广义的仿生是对自然界生生不息的生命原理的借鉴。

仿生建筑的意义既是为了建筑创新，又是为了与自然生态环境相协调，保持生态平衡。

仿生建筑作为保证生态平衡的一种手段，以及对“天人合一”理想的一种表达，对我们今后的学习将有很大的启发。