基于仿生建筑中的互承结构形式探索

于 贞 贞

(南京艺术学院，江苏 南京 210013)

基于仿生建筑中的互承结构形式探索

于 贞 贞

(南京艺术学院，江苏 南京 210013)

旨在探索仿生建筑中的互承结构形式，在自然界中寻找生物功能组织及外表形态中来找寻科学合理的建造规律。作为非建筑学科的艺术生不是单以理科知识点去推进方案，而是在理性的分析下用艺术的手法更浪漫的表达。

仿生，互承结构，骨骼，公共艺术

1 仿生建筑学

仿生学形成于21世纪60年代，是一门交叉学科。其中包含了生命科学与机械、材料和信息工程等。仿生学随着科技与时代的发展不断深化着并且有着明显的跨学科特征。自然界的生物形态万千，它们有着不同的体态特征和独特的存在方式。通过认清客观生物自身形体特点探寻空间结构形式和构造之间的关系从而能更好的融入自然、顺应自然并与自然生态环境相协调，保持生态的平衡发展。所以从另外一个角度来说，仿生学的建筑也等同于绿色建筑。仿生学的重点在于仿生原型的相似以及仿生整体的综合性。

建筑仿生是科研界一直提及的老课题，互承结构也可作为仿生建筑结构却是近现代时期的一个新的视角。人类社会从蒙昧时代进入文明时代就是在模仿自然和适应自然界规律的基础上不断发展起来的。各个学科不断碰撞交融产生新的交叉学科，建筑亦是如此。

从古至今，人们的居住环境从洞穴到各类建筑无一不留下了模仿自然的痕迹。但是，随着工业化的高速发展，非线性的建筑形式越来越受青睐，这就意味着仿生建筑必须要有新的突破才能更好的适应日益变化的建筑大环境。

2 互承结构

互承结构是古老而又新颖的存在。古老是因为虽然没有对于互承结构详细的资料分析，但还是有学者探究到早在1255年—1250年间，就发现了维拉尔·德·奥内库尔(Villard de Honnecourt)手稿中设计过一种平面互承结构。文艺复兴时期中也发现了出自文学巨匠之手的多重互承结构手稿。甚至有人提出其应用最早可以追溯到新石器时代，爱斯基摩人与印第安人居所所使用的帐篷结构。在国内，更有学者研究称《清明上河图》中的“虹桥”就是中国古代最早出现的互承式结构。知名的桥梁专家唐寰澄对虹桥的力学特性及设计构造进行深入研究，也证实早期主要分布在我国浙闽山区的虹桥就是一种互承结构。新颖则是因为互承结构的应用虽然由来已久，但是却不曾被连续的规模的发展。它的复杂结构特性及不够了解的神秘性还是被外界认为是种新颖的结构形式。20世纪80年代，格兰汉姆·布朗(Graham Brown)正式提出了互承结构(reciprocal frame structure)的术语。他把互承结构定义为可以用作屋顶的风车形结构形式，其构件串联成一个封闭的循环阵列从而组成能够覆盖一片圆形区域的形式。

随着研究人员不断对互承结构的探索与完善，互承结构按照自身的空间形式可分为一维、二维和三维。一维互承结构就是类似于“虹桥”的结构形式，即基本单元的一维延伸。二维互承结构是将基本单元扩展到二维曲面形成一片能够覆盖二维的自承重的结构。三维互承结构则是指能够在一个三维空间内支撑起一个以互承结构为主体的空间区域。

设计实践并没有想象中顺利，因为学术的研究和重视并没有将“互承式结构”落于实处。资料的匮乏让研究几次陷入停滞的状态。以互承结构而存在的建筑形式在我国更是罕见。“互承式结构”在建筑和设计领域上不可替代的意义，并没有帮助它发挥出真正的功效。

或许在一开始“互承式结构”陈旧的理念并没有一定的吸引力，有太多的原因让它不能展示其真正耀眼的一面。现如今它已经被初步挖掘，大量关于互承结构的小模型和中小规模的设计成品出现在各个高校的美术馆展馆。原本一个个平平无奇的插件，在不断排列重组有序的变换展现了互承结构机械又富含韵律的美。在工业不断推进以代替人工的时代，这种单一有序的构件制作也会越来越方便，人工成本也会随之大大削减。今后的节能建设和成本建设必定成为建筑界的主流，“互承式结构”有它成为结构主流之一的理由。

但是，“互承式结构”也存在着它必须面对的缺陷和不足。单个构件制作虽然方便，其用量却大，插接件的距离决定该建筑物整体的形式。所以在每个插件互相受力的运算上需要极大的时间，而且不容差错。这也是现在中小型规模的成品和小件会有很多，大型建造很少的主要原因之一。单个构件的形式及材质是极其重要的。

3 仿生建筑与互承结构的交汇融合

生物的骨骼亦可以当做“互承式结构”，同时又符合仿生建筑的类别。与其说仿生建筑与互承结构交汇融合，不如说互承结构就应当归属于仿生建筑的类别之中。互承结构是由一个单一的插件组合生成，其原理就是自然界中动物骨骼简化重组而达到自然支撑自成体系的结果。不管对单个支撑件的研究还是最后整个结构的形态都符合仿生建筑学的分类。因此想要做好互承结构的研究就需从仿生建筑学里去追溯其本源。在前期搜集资料的过程中研究归纳了很多知名建筑设计师具有代表性的仿生建筑作品。例如：德国以蝴蝶为原型的不莱梅高层公寓；卡拉特拉瓦于1992年—1995年设计的位于西班牙的特内利非展览厅，就是对鸟的模仿；北京的鸟巢体育馆，印度的莲花寺，芝加哥的螺旋塔等这些全是由对自然界的仿生灵感而诞生的建筑。

4 互承结构在实际生活中的应用

互承结构单一的构件组成及其有韵律的形态展现多用于公共艺术中的大型搭建类构筑物设计。通过外部形态的形式与内部结构或者内部空间结构结合，表现出设计师希望观众们探索发现其中的内涵关系。而一个完整的构筑物设计其中包含该艺术作品所在的场地与实现搭建的材料，艺术家所想表达的情感及受众的直接感受与体验。

构筑物设计最首要的任务是让观众接触构筑物、融入构筑物环境。观众的介入和参与与搭建构筑物不可分割。通过场地的布置，通常的动线，可以让观众自发的参与其中，自由方便的进出和通行，或者在空间有一定容量的情况下展开适当的活动。这就与互承结构达到了一种契合。

5 结语

艺术分类之间是无边界的，很多设计分类都是交汇融合的。文章主要是通过对仿生学的概念研究，仿生学对建筑形态影响的环境下探索互承结构的空间表达。通过参数化的方式把仿生学与二维互承结合形成不再是单一单元件构件而成的空间构造方式，而是更复杂和多元的形式展现。不足之处就是对于材质方面的探索略显单薄，什么样的材质才最适用于互承结构的实现，希望后期可以在建筑形态更加丰富的基础上适用于更多变的材质，达到对互承结构更深层次的研究。

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[3] 陈 建.论环境设计中的装置艺术[D].上海：同济大学建筑与城市规划学院,2005.

[4] 姚晓微,沈明磊.仿生建筑设计[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

于贞贞(1993- )，女，在读硕士

TU-87

A