仿生元素在中国建筑设计中的应用

2011-08-15宁波大学科学技术学院

河南科技 2011年8期

宁波大学科学技术学院籍颖

仿生元素在中国建筑设计中的应用

宁波大学科学技术学院籍颖

“建筑”被喻为城市灵动的“雕塑”，不仅是我们生活与工作的重要场所，还为我们的生活创造出无数奇妙的空间形态。中国作为经济、政治和文化飞速发展的东方大国，尤其是主办了2008年北京奥运会、2010年上海世博会以后，出现了大量仿生建筑。

为什么仿生建筑如此受世界各地建筑师的青睐呢？因为在当今社会，我们对一栋建筑的评价，已不仅仅停留在它的使用功能的划分、建筑形式的设计上，同时也在评估它是否符合生态和环保标准，生态环保问题已经成为世界各国和社会各界关注的重点，而仿生建筑正是因为具有大跨度、高强度、安全、轻质、节能、经济和适用等特征而广受青睐。

仿生建筑因其高效、低耗、节省建筑材料和可再循环的特点而在世界上广受欢迎，全球各地出现大量仿生建筑。中国古代的建筑结构即存在大量仿生元素，现代建筑设计中更是在有意无意地借鉴使用仿生元素。因此，对我国现代建筑中仿生元素的应用进行研究有着实际的指导意义。

一、仿生建筑的概念

仿生建筑以生物界某些生物体的功能组织和形象构成规律为对象，探寻自然界中科学合理的建造规律，并通过对这些研究成果的运用来丰富和完善建筑的处理手法，促进建筑形体结构以及建筑功能布局等的高效设计和合理形成的建筑形式。

仿生建筑学暗示人们必须遵循和注重自然规律，重视生态环境、经济效益与新奇形式的有机结合，仿生创新需要学习和发挥新科技的特点，要做到这一点，建筑师必须善于应用类推方法，从自然界中观察吸收一切有用的因素作为创作灵感，同时结合生物科学与现代建筑技术为建筑创新服务。

二、仿生元素在中国古代建筑中的应用

中国古代的仿生建筑创作，可以追溯到远古人类时期，北京周口店龙骨山的山顶洞人就是模仿动物居住在天然形成的山洞中，黄土高原上特有的民居形式“窑洞”，与动物的巢穴相似，是在土崖畔上开掘洞窟，省工省力、冬暖夏凉，十分适宜居住生活。

在中国古代的城市规划和设计中，古人就已经开始将仿生学原理应用于城市选址、规划和布局中。古代传统讲求天文，地理和人文相互结合，故而产生了左青龙、右白虎、前朱雀、后玄武的说法。著名古镇“宏村”就是以它先进的规划和建造模式，成为中国古代建筑仿生的典范，它的人工水系运用了动物的仿生学原理，600年前的天津城选址也运用了建筑仿生原理，按照几何学原理，根据其轴线和特征线切划出来的最佳位置就是天津卫城所在地。依据现有的天津最老的地图，按主河道曲线可以清晰的画出3个太极图，反映出宇宙万物运化的全息静态模式，体现出中国哲学的精华。

三、仿生元素在中国现代建筑设计中的应用

中国现代建筑的仿生形式归结起来有以下几大类：仿壳体式、仿动植物纤维式、仿气泡式、仿双螺旋式等。

1. 仿壳体式。人们通过对蛋壳的研究在建筑业上取得了巨大的成就。现代建筑师受蛋壳的启示，设计出许多大型薄壳结构的优秀的建筑作品。北京国家大剧院就采用了壳体结构，建筑外形是半椭圆球形，屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕着人工湖，各种通道及入口均设在水下，既节省建筑材料又坚固，而且由于壳结构的力学原理，使建筑取消了仅靠地面承受压力的柱子，这样也使视野变得开阔，更能体现建筑的美感。

2. 仿植物纤维式。大多数生物体都由纤维和细胞构成，纤维结构有着独特的受拉特性，人们因为受到这种纤维结构的强受力、受拉特性的启示，发明了结构独特的索网结构。上海世博会的世博轴在外观设计中即充分运用了钢结构和膜结构，6个“阳光谷”共有1万多个钢结构节点，每个节点都有4～6个杆相交，使得整个建筑造型受力均匀，在整个世博会场的景观中起到了标志性作用，而且在形式上，有很强的节奏感、方向性。

3. 仿气泡式。动物和植物的细胞内充满的液体或气体会对细胞壁产生一定的压力，科学家把这种压力称为细胞的胀压，根据细胞胀压原理，人们设计出各种新颖别致的充气、充液结构的大型建筑。“水立方”借助对生物机理的模仿，为建筑提供了全新、环保的外表皮。自然通风、水循环系统的合理开发，高科技建筑材料的广泛应用，这些因素都使得“水立方”成为最适宜的游泳比赛场所。

4. 仿螺旋式。自然界很多生物都具有美丽的螺旋线，螺旋形往往是建筑造型的母体，而螺的外形也是建筑师设计的元素。上海世博会的上汽-通用汽车馆外观设计的灵感即来源于大自然与汽车工业。螺旋形的曲线象征着自然旋转与升腾的动力，融合来自汽车工业的线条与元素，勾勒出一条联系现在与未来的科技之路。