仿生学在建筑设计中的体现和应用

王涛

淮北市建筑勘察设计研究院有限公司安徽省淮北市235000

摘要：仿生学在设计中的应用符合天人合一、绿色设计的时代主题。当前世界正处于人口、环境、能源的危机压力下。可持续设计、绿色设计正是在这样背景下应运而生的，符合时代发展的主题。在这样的大环境下，以自然界为研究对象的仿生的提出是顺理成章和必要的。本文探讨了仿生学在建筑设计中的体现和应用。

关键词：仿生学；建筑设计；体现；应用

仿生学的应用使建筑设计更科学、更丰富，也使得建筑更加具有实用性和人性化，使建筑既能节能环保，又能满足人类不断增长的各种需求，特别是在人类资源越来越少的情况下，充分利用仿生学建筑学原理，并将各种途径结合起来，才能综合满足人类的需求。

1形态仿生对现代建筑形态探索的意义

1.1仿生思维提高了概念设计的效率，丰富了建筑造型语言

通常来讲，一个设计的概念决定了设计的方向，利用仿生思维不仅节省了时间，还大大提高了概念设计的质量，丰富了造型语言。大自然丰富的形体结构，多维的变化层面，巧妙色彩装饰和图形组织以及它们的生存方式、肢体语言、声音特征、平衡能力为我们人工形态设计提供了新的设计方式和造美法则。有机多层次的结构给建筑设计带来了新的审美标准和多元的造型语汇，建筑师不必参照过去或现在的历史形式和艺术风格，使建筑摆脱了固有的思维模式，拓展了设计的可能性，增加了设计的复杂与趣味性，是设计创新不断的源泉，为城市注入了新的活力。

1.2迎合了人们回归自然的精神需求

在没有文字的年代，不仅精神功能需要语言的传承，物质性经验总结也需要语言来表达，于是在这个过程中，作为物质文化的住房形式便以之为媒介与大自然紧密的联系在一起。

利用现实事物建构的口承民俗传说，从最初把客观的人与自然的关系主观化为人神关系，到还原为客观的人与自然、人与人的关系，反映了人们各个时期主体意识的觉悟，它所倡导的社会规范贯彻到人们的日常行为活动中，指导着人们的建房活动等社会实践。随着科技的发展，其精神意义也会不断传承，发挥其效能和影响。

当今的信息时代，人们对设计的要求不同于过去只注意功能的优异领先，而是追求清新、淳朴，注重返朴归真和探讨个性的自律。形态仿生让设计回归自然，赋予设计形态以生命的象征是人类对精神需求所达到的共识。各种生物符合自然生存法则的自身特性的生长机制也让设计师必然考虑设计的灵活与社会属性，以期能更好的达到宜人性的目的。

1.3促进自然与技术的结合发展

形态仿生设计是在与技术的相辅相成中得到发展的，设计师每一次灵感的汲取，每一次造型的分析，都需要与之相应的技术支撑。而每一次技术的进步又要求仿生形态的更进一步的纵深发展，促使人们去探索生命的本质意义。

2仿生学在建筑设计中的体现和应用

2.1建筑结构

建筑仿生学的重要组成部分之一就是建筑结构仿生，其是对建筑形式仿生的有效反映。一般在建筑仿生结构设计的具体应用中，常用结构形式可分为膜结构、壳体结构、悬索结构、螺旋结构、筒体结构等，将仿生设计应用于建筑空间结构中，能够保证结构形式的多变性、有效性和合理性。首先是膜结构。自然界中存在不同形态的膜结构物质，如肥皂泡膜和细胞膜等，该类物质形态主要是以内外压力差为基础，形成胀压模式，从而在结构表面均匀分布传来的荷载。

由于膜结构不需使用较多的材料，且质量相对较强，可使用在对地基承载力要求不高的建筑物中，保证建筑物的空间结构，如北京游泳馆“水立方”。其次是壳体结构。壳体结构具有大方优美、整体性强等特点，而对于自然界的贝壳类与蛋壳类等物质形态而言，其壁薄且表面张力高，具备良好的受力性能，能够有效分解外力。以悉尼歌剧院为例，其在半径为75m的球面上截取多个壳体群，并将其进行有机组合，设计出不同形状的壳体结构，保证建筑物的美观性。最后是悬索结构。悬索结构是以柔性拉索为基础，对建筑物荷载加以承受，其中悬索材料可分为钢索、钢丝束、钢绞线、钢丝绳和其他受力性能好的材料。悬索结构被广泛应用在厂房、体育馆和桥梁等建筑，如南昌“生米大桥”利用拉索的力学特性，承担桥梁的自重荷载。

2.2建筑形式

建筑形式是展现建筑美学的重要途径，能够将建筑物的喻意和城市现代化的导向加以体现。建筑形式仿生主要是仿照自然界动植物的骨骼和外形、细胞构造等，为建筑外向设计提供有效“模板”，给人视觉享受。一般建筑形式仿生可分为抽象仿生设计和象形仿生设计，其中抽象仿生设计不仅需要设计建筑物的外形，还要赋予建筑物的深层内涵，将建筑物的艺术美加以充分反映，体现当地的文化发展趋势。如“自由女神像”的设计，其是以人体艺术形态为设计依据，象征和平与自由。而象形仿生设计是利用艺术的处理方式，将自然界物质外部形态应用于建筑设计中，如北京体育馆“鸟巢”——的设计是源于自然界的鸟巢，这样进一步丰富了建筑造型设计，保证了建筑空间布局的多样性与灵活性。

2.3建筑材料

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。

2.4建筑功能

建筑功能仿生主要是探究自然界物质存在的功能原理，并把这些功能原理运用于实践中。例如，竹子是一种空心的植物形态，其自身的功能不仅仅是承受自身荷载的一种承重“构件”，也是运输养分的“管道”，竹子的这种结构功能形式在筒体结构形式的建筑中应用相对广泛。相对于建筑的结构，形式，材料仿生而言，建筑功能仿生起步相对较晚，是建筑仿生学中的一个相对较薄弱的环节。然而，随着人们生活水平的提高，为了满足人们对物质文化的需求，建筑功能仿生是解决建筑功能多样性的一种基本途径。

例如慕尼黑BMW公司25层办公楼的四个结构圆筒作为整个建筑物的支撑并兼有竖向交通功能，使上层建筑与底层建筑有机的结合起来，美国芝加哥西尔斯大厦将9个方筒箍在一起，实现结构与功能的统一。再如，芬兰著名建筑师阿尔托设计的德国不莱梅高层公寓的平面设计就是仿照了蝴蝶的形态，将建筑的服务部分与卧室部分化作蝶身和蝴蝶翅膀，使其在空间布局上更加灵活多变，更具有美感。

总之，仿生设计遵循和尊重客观的自然规律，注重环境和生态的保护，是一门可持续发展的学科。

参考文献：

[1]周天璇.建筑设计中仿生学的相关应用探讨[J].四川水泥.2016(08)

[2]于帆.仿生设计的理念与趋势[J].装饰.2013(04)

[3]张敏，薛圣言.浅谈仿生设计在建筑中的运用[J].山西建筑.2011(10)