仿生元素在中國建筑設計中的應用

寧波大學科學技術學院 籍 穎

仿生元素在中國建筑設計中的應用

寧波大學科學技術學院 籍 穎

“建筑”被喻為城市靈動的“雕塑”，不僅是我們生活與工作的重要場所，還為我們的生活創造出無數奇妙的空間形態。中國作為經濟、政治和文化飛速發展的東方大國，尤其是主辦了2008年北京奧運會、2010年上海世博會以后，出現了大量仿生建筑。

為什么仿生建筑如此受世界各地建筑師的青睞呢？因為在當今社會，我們對一棟建筑的評價，已不僅僅停留在它的使用功能的劃分、建筑形式的設計上，同時也在評估它是否符合生態和環保標準，生態環保問題已經成為世界各國和社會各界關注的重點，而仿生建筑正是因為具有大跨度、高強度、安全、輕質、節能、經濟和適用等特征而廣受青睞。

仿生建筑因其高效、低耗、節省建筑材料和可再循環的特點而在世界上廣受歡迎，全球各地出現大量仿生建筑。中國古代的建筑結構即存在大量仿生元素，現代建筑設計中更是在有意無意地借鑒使用仿生元素。因此，對我國現代建筑中仿生元素的應用進行研究有著實際的指導意義。

一、仿生建筑的概念

仿生建筑以生物界某些生物體的功能組織和形象構成規律為對象，探尋自然界中科學合理的建造規律，并通過對這些研究成果的運用來豐富和完善建筑的處理手法，促進建筑形體結構以及建筑功能布局等的高效設計和合理形成的建筑形式。

仿生建筑學暗示人們必須遵循和注重自然規律，重視生態環境、經濟效益與新奇形式的有機結合，仿生創新需要學習和發揮新科技的特點，要做到這一點，建筑師必須善于應用類推方法，從自然界中觀察吸收一切有用的因素作為創作靈感，同時結合生物科學與現代建筑技術為建筑創新服務。

二、仿生元素在中國古代建筑中的應用

中國古代的仿生建筑創作，可以追溯到遠古人類時期，北京周口店龍骨山的山頂洞人就是模仿動物居住在天然形成的山洞中，黃土高原上特有的民居形式“窯洞”，與動物的巢穴相似，是在土崖畔上開掘洞窟，省工省力、冬暖夏涼，十分適宜居住生活。

在中國古代的城市規劃和設計中，古人就已經開始將仿生學原理應用于城市選址、規劃和布局中。古代傳統講求天文，地理和人文相互結合，故而產生了左青龍、右白虎、前朱雀、后玄武的說法。著名古鎮“宏村”就是以它先進的規劃和建造模式，成為中國古代建筑仿生的典范，它的人工水系運用了動物的仿生學原理，600年前的天津城選址也運用了建筑仿生原理，按照幾何學原理，根據其軸線和特征線切劃出來的最佳位置就是天津衛城所在地。依據現有的天津最老的地圖，按主河道曲線可以清晰的畫出3個太極圖，反映出宇宙萬物運化的全息靜態模式，體現出中國哲學的精華。

三、仿生元素在中國現代建筑設計中的應用

中國現代建筑的仿生形式歸結起來有以下幾大類：仿殼體式、仿動植物纖維式、仿氣泡式、仿雙螺旋式等。

1. 仿殼體式。人們通過對蛋殼的研究在建筑業上取得了巨大的成就。現代建筑師受蛋殼的啟示，設計出許多大型薄殼結構的優秀的建筑作品。北京國家大劇院就采用了殼體結構，建筑外形是半橢圓球形，屋面采用鈦金屬板，整個網殼外環繞著人工湖，各種通道及入口均設在水下，既節省建筑材料又堅固，而且由于殼結構的力學原理，使建筑取消了僅靠地面承受壓力的柱子，這樣也使視野變得開闊，更能體現建筑的美感。

2. 仿植物纖維式。大多數生物體都由纖維和細胞構成，纖維結構有著獨特的受拉特性，人們因為受到這種纖維結構的強受力、受拉特性的啟示，發明了結構獨特的索網結構。上海世博會的世博軸在外觀設計中即充分運用了鋼結構和膜結構，6個“陽光谷”共有1萬多個鋼結構節點，每個節點都有4～6個桿相交，使得整個建筑造型受力均勻，在整個世博會場的景觀中起到了標志性作用，而且在形式上，有很強的節奏感、方向性。

3. 仿氣泡式。動物和植物的細胞內充滿的液體或氣體會對細胞壁產生一定的壓力，科學家把這種壓力稱為細胞的脹壓，根據細胞脹壓原理，人們設計出各種新穎別致的充氣、充液結構的大型建筑。“水立方”借助對生物機理的模仿，為建筑提供了全新、環保的外表皮。自然通風、水循環系統的合理開發，高科技建筑材料的廣泛應用，這些因素都使得“水立方”成為最適宜的游泳比賽場所。

4. 仿螺旋式。自然界很多生物都具有美麗的螺旋線，螺旋形往往是建筑造型的母體，而螺的外形也是建筑師設計的元素。上海世博會的上汽-通用汽車館外觀設計的靈感即來源于大自然與汽車工業。螺旋形的曲線象征著自然旋轉與升騰的動力，融合來自汽車工業的線條與元素，勾勒出一條聯系現在與未來的科技之路。

四、結論與建議

建筑設計中仿生元素的應用不僅能夠讓人類回歸自然，享受舒適生活，還是實現低碳、環保發展的有效方式，它將是21世紀和以后更長一段時間內的中國建筑設計發展的主流，將會促進建筑多元化和人類總體文明的發展，是解決能源危機的良好途徑。

我國的建筑仿生才剛剛起步，有著漫長的道路和光輝的前景，仿生建筑作為保證生態平衡的一種手段，作為建筑創新的一個方向，以及中國人對“天人合一”理想的一種表達，有著非常美好的未來。