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【摘 要】仿生学设计自古有之,自然作为一位只能模仿不能超越的设计师已经给我们布置了很多启示.从古埃及的纸草柱到古希腊的茛苕柱头无不使我们的祖先从自然中得到很多启示.本文介绍了建筑设计中的仿生理念,分析了仿生理念在建筑设计中的应用,并对仿生理念未来的发展进行了展望.
【关 键 词】建筑；仿生；结构
一、建筑设计中的仿生理念
生物在自身进化及自然选择的长期作用下,通过亿万年的洗礼,形成了独特的生命结构和功能,这为人类解决建筑设计问题提供了大量的设计原型和许多创造性的设计方法,是人类技术创新取之不尽的灵感源泉.仿生学是将通过观察、分析、研究掌握的自然界生物所具有的各种特殊本领,并模拟、移植到各工程技术领域中去,为促进人类社会进步发展所用.仿生学的理念帮助建筑设计师打破思维的局限,为工程设计提供新的概念、思路和方法.建筑设计的发展与大自然有着密不可分的联系,人类自觉不自觉地利用了仿生学的理念,众多建筑都可以在自然界找到原型.
(一)建筑设计的自然特性
利用生物界和自然界的很多特性来溶合现代建筑的设计理念,造就符合人们审美观,符合自然发展理念的新型建筑.自然界的生物除了外观上、造型上的独特性.还有很多特性如采光、避害、抗风、保温、穿透、自我保护,这些功能与结构都十分的精巧、协调、合理、高效.都将带给我们无穷无尽的设计思路与设计理念.
(二)建筑设计中的可持续性
自然界的生物总是对能量有着高效的利用和转换率.例如麻雀没有企鹅厚厚的皮下脂肪可供保暖和储能,却能轻易的将体温保持在41度.北极熊体表颜色易于吸引太阳辐射热,毛发浓密且中空,能有效的阻止体表散热.在建筑设计中,很多生物的储能特性已经被大量应用建筑设计当中,体育馆太阳光板的应用就源于植物的光合作用.
(三)建筑设计中的运动特性
力与动态美一真是建筑界想要表达的两个重要理念.从这个角度来说,生物界可以给予我们深刻启示.在自然界,植物的向上特性和动物的爆发力特性都表现出了力与美的完整溶合.生物的发展过程,变化过程与静态的形式结合,将产生那些具有动感、且富于人们想像的动感建筑物群体.
二、仿生理念在建筑设计中的应用
建筑材料仿生设计随着建筑行业的发展,对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躯体的组织结构（如生物的皮毛,化学成分）,生物物质形态（如动物巢穴）,从而研究出新型的建筑材料,从而在一定的程度上有助于建筑节能.例如人们利用蜂巢,蚁穴结构形态创造出加气混凝土,泡沫混凝土,泡沫橡胶,泡沫玻璃等.将加气混凝土,泡沫混凝土制作成混凝土砌块作为隔墙的填充物,不仅减轻了隔墙的自重,而且有良好的保温功能和隔声功能.如果将这种类型的混凝土运用于梁板结构中,不仅仅减轻了结构的自重,在一定程度上也减少了混凝土的用量,并节约了经济.
在自然界中纤维素是构成植物细胞的必要化学成分,纤维素具有质量轻,强度高,塑性韧性好等物理特性.由于纤维素的这些物理特性,可以制成多种纤维素高分子材料,并将其运用于实践.在美国研制了一种玻璃纤维瓦,核心是由有机纤维玻璃薄垫物构成,有较好的耐用性及耐火性,在日本利用长纤维状分子添加剂添加到普通混凝土中,利用纤维分子的粘度特性包住混凝土,形成改良混凝土,从而使混凝土不易分散,便于施工.
结构仿生设计自然界中的结构有着最优化和最合理的特性.比如骨骼的结构就有着质量最轻但承受重量最大的特性.所以人们在建筑设计中,自然而然的会从自然的结构中寻求灵感.事实证明这一做法是无比的英明之举.
哥特式建筑的结构形态即来源于自然界中的植物结构.一改石材建筑原有的沉重面貌,而使建筑向更高的天堂迈进.早期的现代建筑中,铸铁的使用使有机形态更加自由同时结构也更加合理.水晶宫的结构尽管是工业产品的产物,但纤细的铸铁结构使空间同样散发着有机的生命感.
在中国传统建筑中,斗拱的应用可谓是独到之举.这一独特的结构形态与老子主张的“以柔克刚”的思想如出一辙.而且斗拱的结构也如有机形态一般既符合科学规律又独具美感,也可是说是结构仿生的上乘之作.
结构仿生,并不仅仅是解决了建筑的物理学问题,同时更是为建筑开启了一扇独特的美学标准.结构本身即传达着力量同时又表达着一种独特的韵律美.这应该是更符合生物规律的.
功能仿生设计仿生学研究的核心问题是动植物的功能机理,主要包括生物力学、行为以及能量转化等.纵观今生的历史,鸟类翅膀的剖面是飞机的机翼原型,对蜻蜓翅膀上翅痣的研究和模仿,成功的解决了机翼的颤振问题.这些都是仿生理学理论在实践中成功应用的典型.建筑在发展中受到自然灾害的威胁和制约的因素比较大,所以在建筑工程的发展中,应该有效借鉴生物自身的调控和适应能力,将生物性质用于建筑结构体系中,使建筑能够具备主动式的类生命体性质,从而减少自然灾害对建筑的影响.
生物的进化需要适应其所生存的外部环境的不断变化,调节是人和动物神经系统的主要作用.在建筑设计中也要重视它在承受外部作用时,自身调控抵抗外力作用的能力.基于这种需要设计师们研究出了实时监控和阻尼器,使建筑具备了神经系统的第一步.随着现代控制理论和计算机科学的发展与进步,建筑的“神经系统”更加完善,通过感知结构的变形、动力响应,把信息传送给“大脑”的中枢神经系统,之后通过神经反射来调节使其适应内外环境.因此,建筑在应对外力影响时采用主动地调节控制结构,使建筑在抗风、抗震、水文、等方面都有了显著的进步.
三、仿生学在建筑设计中运用的发展前景
仿生的创造为建筑提供了一个开阔的平台和视野,同时为设计者创造了一定的设计条件,满足了他们对建筑更高层次的需求,为建筑的发展提供了依据.现如今,随着人类科技的不断进步,对生物的研究探索也不断的提高,使人造物的过程中潜移默化的运用以发现的生物中的奥秘,通过不断的模仿和探索,提高对物品价值的需求.仿生学的发展为建筑的发展提供了更多的可能,而随着它的作用越来越凸显,仿生学也作为了一门学科而存在,更加的普及了仿生学的应用,同时也有利于生物原理大量的应用与设计创造中.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运用前景十分广阔.仿生设计元素在建筑设计中的广泛运用将使建筑艺术变的更加丰富.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.
四、结语
当今的时代是一个科学技术高速发展的时代,自然科学技术不断发展和渗透,我们也应该学会将仿生学设计应用到具体实践之中.通过实践与研究相结合的方法,不断推动生物科学的发展,也将其应用于建筑学设计之中.除了将展现出它自己的独特魅力之外,这也将为世界建筑科学的发展做出卓越的贡献.