仿生学理论在建筑中的实践应用——以台湾省台中大都会歌剧院为例

（北京化工大学 机电学院 工业设计系硕士 100000）

周小儒 （北京化工大学 机电学院教授 100000）

在全球城市相继建设地标性建筑的进程中，台中市于2005年提出如何让建筑带动城市旅游业与经济发展的“都市营销”概念，台中需要一个地标性建筑来实现“比尔巴赫效应”。在这次竞赛中，曾作有仙台媒体中心的日本第六位普里兹克奖建筑大师伊东丰雄凭借”居中壶“概念竞图获得方案竞标。经过十年的施工与改造，以“居中壶”为原型的“声音涵洞”——台中大都会剧院得以建成。占地5.8公顷，配有2009席大剧院，800席中剧院，200席实验剧场、艺术工作坊、艺展空间、精品商店、屋顶花园的“声音涵洞”正如台中市长所希冀一样成为台湾的地标性建筑。

一、仿生设计下的建筑造型

仿生设计的灵感来源于自然，模仿自然演变中满足于生存功能与适应环境的结构关系，力学特征和材料构成。建筑造型作为建筑仿生设计的设计手法之一建筑造型的仿生应用综合了功能仿生设计与结构仿生设计，有着与自然结构相似的规律，去模拟生物体与自然中的材料，颜色，结构，发挥新结构体系的效能，更好的提高建筑体内部与外部造型，建筑体与环境的适应性，使建筑与周围环境和谐共生。

二、台中大都会歌剧院的仿生设计

1.结构的仿生

在现在建筑的创作中，建筑师们不断的在各个领域探索建筑在表现形式的不同可能性。

为实现歌剧院固有的功能性问题，伊东丰雄独创性的将仿生设计与模数化结合。独创的建立了一种类似Grid System电子网的模数化系统（将材质划分成均质性等分块，在其上实现再造型）。纵观伊东丰雄的方案，外部造型轮廓是一个整齐近年来，明星建筑师及其追随者为当代建筑的长方体——单纯的基本几何体。确实的曲线明显划分出实体墙与玻璃幕墙，部分拼接处呈现出溶洞般深陷的“涵洞”。而内部空间的构成延续了伊东丰雄既往以来的”软体”结构仿生风格。如同进入原始人洞穴，通透，失去原有尺度概念的巨大，从任意角度可以看到其余建筑区域的使用功能，没有明显的立柱，直面墙。传统理论的建筑形式在伊东丰雄的设计中无处可寻。

2.材料的仿生

台中大都会歌剧院是一座没有明显立柱、无梁架结构、曲面墙的混凝土建筑。在面对一个如此巨大的塑性空间，整个方案没有传统意义上的实体钢筋水泥基础，而是由曲面龙骨结构而成的壳状连续体，全建筑共有58座曲墙，每个曲墙由1372片小模数化系数组成，模板的每一块必须单独定制。三维弯曲的墙面，必须用一种用于隧道工作的可喷的混凝土来凝固内部的钢筋骨架，这种工艺被称为曲墙建筑工法。伊东丰雄还创先性在现代电子美学的基础上运用铝板、玻璃等材质更好的还原光、空气与建筑流动性的关系，结合照明及自然光的变化，参观者走在里面，会听到不同的声音，有不同的感受。

3.空间秩序的仿生

设计师并没有将垂直空间与水平空间完全划分，三维度空间实现自由流动， 功能空间也杂糅在一起，没有完全意义上的划分。一楼的构造大体一眼可以概括，由穿插在墙壁内的步行楼梯，不同品牌的文创纪念品厅和休憩区域构成。二楼至四楼为歌剧院核心功能区，两个一大一小展厅发挥歌剧院基础功能——每年定期承接歌剧表演活动。五楼为时期性展览厅与花园餐厅，六楼则是延续了柯布西耶的空中花园概念，分布着一个个均匀大小的火山形曲面构造与薰衣草绿茵环绕，蜿蜒的曲径点缀着藤江和子的装置艺术品。

内部垂直的空间由一条纯白和红色点缀的楼梯穿插人流疏通功能，曲折的楼梯穿过墙壁，不经意间进入另一个失去尺度的“洞穴”。剧场的前厅曲面墙刻意被拉伸，入口与曲面墙之间由传统的剧院帷幕遮挡间隔，空间的通透在幕布拉开时尽显，顶部巨大的灯光藏于洞穴之中，光线一泻而下，仿佛另一个未知文明世界一般，让参观者产生一种失真的迷失感。

在形式的秩序性与结构功能的关系的处理上英国结晶学家阿兰麦卡锡与数学家社恩曾设计了一系列的多孔海绵状造型，在伊东丰雄的设计方案里，这种造型被用于中和功能划分布局和审美的简约造型之间的矛盾。多空腔造型可以实现空间上的自由化程度，建筑的剖面水平方向实现不规律的变化移动，空间曲面实现最大化的流动性特质。多空海绵状的造型在三个维度会体现出相匹配的平衡性，为了做到秩序与功能的均衡，但在剧场的设计上，需要突出剧场建筑的作用，使剧场尺度相对巨大，伊东丰雄在高层的设计上拓宽了垂直面空腔体的高度和宽度。阳光和流动性气体在此结构下为参观者提供感性氛围，垂直空间的“洞穴”通过曲面透过来的光线带给参观者迷失错觉。

设计师在处理连接空间时，将通道与墙面设计的更具有流畅性，引导组合了空间的功能，在面对多空海绵状造型带来的问题上刻意处理了 设备、流动通道等空间;将参观者与光线，气体、声音等的布置上使用了巨大的区分空间，比如剧场前厅。 空间与功能不是传统性质的具体空间，而形成整体连续性的动态转化。

三、仿生设计的后续思考

在建筑设计的实践研究中，面对功能的需求和形式审美因素的均衡性矛盾问题是极据需要进行选择。伊东丰雄从仿生学的设计理念里继承自然的规律，从结构，材料，肌理，造型的逻辑与建筑造型的逻辑所匹配，实现功能与形式的结合。但仿生学是否真正适应能适建筑造、施工的难度的问题、如何让仿生设计更大程度表达建筑等，是未来建筑需要解答的问题。本论点着重进行探讨研究了仿生设计与建筑功能性与形式美感的均衡问题，但并不意味着建筑造型需要一味地保持相对的“均衡性”。艺术的角度是开放的，对于建筑设计的形式与功能研究，需要建筑师们不断地在不同的领域进行追求与探索。