仿生学原理在建筑设计中的应用

郭鹏

【摘要】仿生设计学，亦可称之为设计仿生学，是模仿生物系统的结构、形体、功能原理来设计新技术系统的科学。“物竞天择适者生存”， 有形的生物只有在结构、形态、功能等方面达到最优设计才能流存于世， 所以大自然精妙的生物应该是建筑师和设计师的最好老师。

【关键词】仿生学 仿生建筑 设计

仿生设计学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，是模仿生物系统的结构、形体、功能原理来设计新技术系统的科学，建筑仿生则是科学与美学的有机结合。大自然中生物为了生存，在漫长的进化过程中，本能地选择生态因素最适宜的地方生长、生活，使自己的躯体适应环境，“创造”了最为科学的形体结构。在功能上形成非常复杂和高度自动化的器官系统； 在外形上形成一个色彩丰富、造型优美的形状。我们就可以在大自然中寻找解决发明创造的问题，从屡见不鲜的小小生物上，叩开一扇扇创造之门。

1仿生建筑学原理

仿生建筑学的原理就是以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为原理，探索自然界科学合理的建筑规律，并通过这些原理来丰富和完善建筑处理手法，促进建筑形体结构及建筑功能布局等的高效设计和合理形成。通俗地讲就是在建筑设计中引入一定的生物的特点、性能、结构和功能，使得建筑设计更加实用、更加具有美感、更加节约材料等，最终实现建筑设计的改良和优化。

2仿生设计在建筑设计中的运用内容

建筑仿生设计是仿生学与建筑设计学互相交叉渗透而结合成的，其研究范围非常广泛，研究内容丰富多彩，特别是由于仿生学和建筑设计学涉及到自然科学和社会科学的许多学科，因此也就很难对建筑仿生设计的运用内容作详细划分。基于对所模拟生物系统在建筑设计中的不同应用，归纳起来，建筑仿生设计的运用内容主要有：

（1）结构仿生。生物体和自然界物质存在的内部结构原理，是建筑设计结构设计的一个重要元素。例：植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼的结构。

（2）形态仿生。运用生物体（包括动物、植物、微生物、人类）和自然界物质存在（如日、月、风、云、山、川、雷、电等）的外部形态及其象征寓意，通过相应的艺术处理手法将之应用与建筑设计中。

（3）功能仿生。运用生物体和自然界物质存在的功能原理，并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统，以促进建筑技术的更新换代或新建筑技术的开发。

（4）视觉仿生。生物体的视觉器官对图象的识别、对视觉信号的分析与处理，以及相应的视觉流程；也可以广泛应用于建筑环境设计之中。

3仿生元素在中国现代建筑设计中的应用

3.1 我国的现代仿生建筑观

我国在近现代，虽说国外的建筑仿生学研究较为迅速，仿生建筑作品也较为多样，但我们国内的仿生建筑发展速度还比较慢，其范围主要是对建筑材料、技术、设备、结构等几方面的研究，仿生建筑生态观在国内是似乎仍是一种新观念_但近年来，国内也相继出现了一些仿生建筑，如：常州的中华恐龙馆，北方的仿生薄壳式建筑（天津博物馆），2008 北京奥运场馆；水立方水本来是一种重要的自然元素，但在中国文化里，它有着深刻的含义：水能载舟，亦能覆舟、上善若水、福如东海长流水等，因为水的无形与万变，引起了设计师的思考，激发了他们的设计灵感_

3.2 水立方与仿生元素

水立方，为 2008 年北京举办的人文、绿色、科技奥运增添了不少光彩，它完美地融和了中国传统文化和现代科技，没有规矩不成方圆，鸟巢的圆与水立方的方造型，交融在一起，表达了中国“天圆地方”的设计思想，它的建材其实是对生物机理的仿生，这种仿生为建筑提供了环保的表皮，也完美地体现出了水的神韵，为了设计出更符合人居要求、更符合时代的建筑，应该在建筑的外形、材质、色彩等方面加以改革，使之与自然相融合。为了使建筑更具地方特色，彰显本土文化，成为标志性建筑，设计师们可以采用具有地方特色的艺术符号，要把优秀的民族文化传承下去。

4我国生态建筑的仿生学的研究

如果建筑能够像生物一样具备对环境的高度适应性，就能够很好地回应环境问题，向生物界学习正是生态建筑的深层内涵所在。 传统建筑学没有把建筑看作是生命循环系统的有机部分，没有从仿生的角度来研究建筑学科的发展， 生态建筑学要求建筑师有足够的生态学和环境生物学方面的知识，进行建筑研究和设计时与生态学相结合。现阶段我国对生态建筑仿生的研究可说是有很多空白。 首先，目前我国尚未有对仿生学的生态意义系统、全面的研究；其次，我国对生态建筑的仿生策略及其应用尚未有過系统全面的归纳总结和深入详尽的探讨；更重要的是，我国尚未形成向仿生学中寻找生态建筑策略的思维模式，设计套路陈旧，思路狭隘。此外，据了解，我国尚未有综合运用仿生学原理进行生态建筑设计的成功案例。生态建筑仿生的研究，能够填补这些研究空白，从而有利于启发人类从自然界中吸取灵感，合理发明创新，提出更多、更新、更完善的生态建筑仿生策略；有利于拓宽仿生学研究成果在生态建筑中的应用，改进应用方法，使之更为合理有效（有利于促进仿生科学与生态建筑设计的互渗，使生态建筑仿生设计这一交叉领域的研究系统化、专业化，并普及推广其研究成果；有利于对惯常的生态建筑研究方法进行革新，建立一套全新的设计思维模式以解放受到局限和束缚的创造力，还有利于推动相关建筑技术和工艺不断发展，付诸建筑实践，创造出更美好的人居环境。

5建筑仿生设计的运用前景

大自然的奥秘举不胜举，每当我们发现一种生物奥秘，就可能成为我们一种新的设计，也就可能带给我们一种新的生存方式。大自然在不断发展变化，生物体在不断进化完善，新的奥秘没有穷尽，我们人类在认识世界的广度上、深度上也是无边无际的。我们甚至将要进行宇宙仿生，研究宇宙空间中地球以外无数行星上可能有的生物，从而为我们的设计提供崭新的结构、功能、形态，创造出地球上前所未有的新设计来。由此可见，仿生建筑在建筑设计领域中的运用前景是十分广阔的，仿生设计元素在建筑设计中的广泛运用将使建筑艺术变得更加丰富。随着建筑材料、建筑技术和设计水平的不断发展与提高，人类的仿生建筑终归要赶上甚至超越自然界中生物的结构范畴。

6 总结

总之，仿生学在建筑设计中的应用不仅在古代能备受推崇，即便是现代也是非常我们生活追求和艺术追求的主流形式，仿生设计是在人与自然和谐统一是这一永恒不变的人类对美的追求的根本原理，我们在进行建设设计过程中，只要善于观察生活，观察自然，用心体会，就能够发现大自然之美，大自然之精髓，然后把这种美合理运用到建筑设计中，就能为人类带来生活改变的基础上，更好的实现艺术表现，总之，仿生学在建筑设计中是符合时代潮流值得我们大力推广的设计形式。

参考文献：

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