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1建筑形式仿生

在現(xiàn)代化的建筑浪潮中，建筑的形式不僅是建筑美學(xué)的完美表達(dá)，而且也體現(xiàn)城市現(xiàn)代化的導(dǎo)向和建筑物所表達(dá)的喻意。建筑形式仿生設(shè)計(jì)思想主要來自于自然界中的各種動(dòng)植物外形，動(dòng)物骨骼及細(xì)胞的構(gòu)造等物質(zhì)形態(tài)，為建筑的外形設(shè)計(jì)提供各種各樣的“模板”。通過相應(yīng)的藝術(shù)手法和處理措施將這些“模板”運(yùn)用于建筑設(shè)計(jì)之中，賦予建筑新的生命力，給人以視覺上的享受。建筑形式的仿生設(shè)計(jì)按照其設(shè)計(jì)手法的不同，可以分為象形仿生設(shè)計(jì)和抽象仿生設(shè)計(jì)。

1．1象形仿生設(shè)計(jì)

所謂的象形仿生設(shè)計(jì)就是將自然界中物質(zhì)存在的外部形態(tài)，通過相應(yīng)藝術(shù)處理方法運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)中。例如2008年北京奧運(yùn)會(huì)主體育館“鳥巢”，其主要的設(shè)計(jì)靈感來源于自然界中的鳥巢，位于美國(guó)芝加哥的“瑪麗娜城”大廈形象的被當(dāng)?shù)厝朔Q為“玉米樓”，大廈外形設(shè)計(jì)與玉米果實(shí)的外部形態(tài)非常吻合，成為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑之一。諸如此類的建筑不僅能在建筑的空間布局上靈活多變，而且極大的豐富了建筑的造型設(shè)計(jì)。

1．2抽象仿生設(shè)計(jì)

抽象仿生設(shè)計(jì)不僅僅只是停留在建筑物的外形設(shè)計(jì)，而且賦予了建筑物更為深層的含義。這種仿生設(shè)計(jì)方法不僅能夠反映建筑物的藝術(shù)美，還能夠體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐奈幕l(fā)展趨勢(shì)。例如，位于美國(guó)的“自由女神像”直接利用人體的藝術(shù)形態(tài)，象征自由與和平。在古希臘，利用多利克柱式體現(xiàn)男性的陽剛之美，利用愛奧尼克柱式體現(xiàn)女性的柔情之美。

2建筑結(jié)構(gòu)仿生

建筑結(jié)構(gòu)仿生是建筑仿生學(xué)不可或缺的一部分，在一定的程度上也是對(duì)建筑形式仿生的反映。學(xué)者王雪松，王莉英認(rèn)為，可以將建筑結(jié)構(gòu)仿生按照模式分為:生長(zhǎng)模式、編織模式、運(yùn)動(dòng)模式、脹壓模式和表面模式等5種基本模式，這5種基本模式是對(duì)自然界中的生物物質(zhì)形態(tài)的總結(jié)，也是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型的反映。再將這5種基本模式通過合理的設(shè)計(jì)，合理的施工運(yùn)用到實(shí)際中。然而，在具體的建筑仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，常見的結(jié)構(gòu)形式有:筒體結(jié)構(gòu)、螺旋結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過對(duì)建筑空間結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)，可以獲得更多合理的，有效的，多變的結(jié)構(gòu)形式，甚至為建筑大空間創(chuàng)造了有利的條件。本文就常用的懸索結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)要的闡述。

2．1懸索結(jié)構(gòu)

懸索結(jié)構(gòu)主要是由柔性拉索承受建筑物荷載的結(jié)構(gòu)形式，懸索的材料可以采用鋼絲繩、鋼絞線、鋼絲束、鋼索以及其他受拉性能較好的材料。懸索結(jié)構(gòu)不僅在體育館，廠房等建筑中得到應(yīng)用，而且在橋梁領(lǐng)域的發(fā)展更為廣泛，例如位于江西南昌的“生米大橋”就運(yùn)用了懸索，拉索來承受橋梁的自重荷載和橋上的活載，充分發(fā)揮了拉索的力學(xué)特性。在自然界中蛛絲，藤條的外在形態(tài)和受力模式是對(duì)懸索結(jié)構(gòu)的基本反映。

2．2殼體結(jié)構(gòu)

殼體結(jié)構(gòu)是5種基本模式中的表面模式，其整體性強(qiáng)，優(yōu)美大方。在自然界中的蛋殼類，貝殼類等物質(zhì)形態(tài)的表面張力高壁薄，而且在外力的作用下，可以將外力沿各個(gè)方向分解，受力性能好。例如悉尼歌劇院在半徑75m的球面上截取出13個(gè)殼體群，將各種不同的殼體組合在一起。與此同時(shí)，由于蛋殼類，貝殼類這類物質(zhì)的特點(diǎn)為設(shè)計(jì)出形狀各異的殼體結(jié)構(gòu)創(chuàng)造前提，同時(shí)也與建筑形式仿生有異曲同工之處。

2．3膜結(jié)構(gòu)

在自然界中存在著形態(tài)各異的膜結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如細(xì)胞膜，肥皂泡膜等。這類物質(zhì)形態(tài)通過內(nèi)外的壓力差形成一種脹壓模式，使傳來的荷載均勻分布在結(jié)構(gòu)表面。由于膜結(jié)構(gòu)所使用的材料少，質(zhì)量輕，對(duì)地基承載力的要求比一般的建筑低，是一種良好的建筑空間結(jié)構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而言是一種大膽的嘗試。例如位于中國(guó)北京的游泳館“水立方”就是對(duì)這類結(jié)構(gòu)使用的完美詮釋。

3建筑功能仿生

建筑功能仿生主要是探究自然界物質(zhì)存在的功能原理，并把這些功能原理運(yùn)用于實(shí)踐中。例如，竹子是一種空心的植物形態(tài)，其自身的功能不僅僅是承受自身荷載的一種承重“構(gòu)件”，也是運(yùn)輸養(yǎng)分的“管道”，竹子的這種結(jié)構(gòu)功能形式在筒體結(jié)構(gòu)形式的建筑中應(yīng)用相對(duì)廣泛。相對(duì)于建筑的結(jié)構(gòu)，形式，材料仿生而言，建筑功能仿生起步相對(duì)較晚，是建筑仿生學(xué)中的一個(gè)相對(duì)較薄弱的環(huán)節(jié)。然而，隨著人們生活水平的提高，為了滿足人們對(duì)物質(zhì)文化的需求，建筑功能仿生是解決建筑功能多樣性的一種基本途徑。例如慕尼黑BMW公司25層辦公樓的四個(gè)結(jié)構(gòu)圓筒作為整個(gè)建筑物的支撐并兼有豎向交通功能，使上層建筑與底層建筑有機(jī)的結(jié)合起來，美國(guó)芝加哥西爾斯大廈將9個(gè)方筒箍在一起，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一。再如，芬蘭著名建筑師阿爾托設(shè)計(jì)的德國(guó)不萊梅高層公寓的平面設(shè)計(jì)就是仿照了蝴蝶的形態(tài)，將建筑的服務(wù)部分與臥室部分化作蝶身和蝴蝶翅膀，使其在空間布局上更加靈活多變，更具有美感。

4建筑材料仿生

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，對(duì)建筑材料的要求也日益突出。建筑材料仿生主要是仿照生物軀體的組織結(jié)構(gòu)(如生物的皮毛，化學(xué)成分)，生物物質(zhì)形態(tài)(如動(dòng)物巢穴)，從而研究出新型的建筑材料，從而在一定的程度上有助于建筑節(jié)能。例如人們利用蜂巢，蟻穴結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)造出加氣混凝土，泡沫混凝土，泡沫橡膠，泡沫玻璃等。將加氣混凝土，泡沫混凝土制作成混凝土砌塊作為隔墻的填充物，不僅減輕了隔墻的自重，而且有良好的保溫功能和隔聲功能。如果將這種類型的混凝土運(yùn)用于梁板結(jié)構(gòu)中，不僅僅減輕了結(jié)構(gòu)的自重，在一定程度上也減少了混凝土的用量，并節(jié)約了經(jīng)濟(jì)。在自然界中纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞的必要化學(xué)成分，纖維素具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，塑性韌性好等物理特性。由于纖維素的這些物理特性，可以制成多種纖維素高分子材料，并將其運(yùn)用于實(shí)踐。在美國(guó)研制了一種玻璃纖維瓦，核心是由有機(jī)纖維玻璃薄墊物構(gòu)成，有較好的耐用性及耐火性，在日本利用長(zhǎng)纖維狀分子添加劑添加到普通混凝土中，利用纖維分子的粘度特性包住混凝土，形成改良混凝土，從而使混凝土不易分散，便于施工。

5結(jié)語

大自然是一位優(yōu)秀的建筑師，它所設(shè)計(jì)的每一個(gè)“音符”，每一種“旋律”都值得我們?nèi)ヌ剿?，去?shí)踐。然而仿生建筑學(xué)的發(fā)展為我們提供許多去探索的理論依據(jù)，對(duì)于單體仿生建筑設(shè)計(jì)不僅僅局限于本文論述的幾個(gè)方面，還有許多的理論值得我們?nèi)パ芯浚?shí)踐。在建筑設(shè)計(jì)多元化的今天，我們有理由相信，經(jīng)過我們的努力，未來的建筑必將朝著節(jié)能化，生態(tài)化，智能化發(fā)展。

作者：邱榮文饒建鋒韋經(jīng)杰饒瑋單位：南昌航空大學(xué)土木建筑學(xué)院