基于室內空間形態仿生節能低碳設計的研究

袁偉民

摘 要：基于仿生思維的角度，圍繞構成室內空間要素的不同實體物質，如各界面維護結構、家具設備、空間組織等，在材料特性、加工技術效果、空間尺度、人的視覺感知等方面，探究室內空間中使用仿生思維節能創新的可操作形式。并通過節能化的仿生思維制約人們室內空間中對物質的視覺感知、功能使用、循環利用等方面的生活環節。這種切實可行的室內空間設計操作模式，將為空間內的物質精神消費找到最佳的可持續平衡點，從而引導人們走上真正意義上的節能、生態化的可持續生活。

關鍵詞：仿生思維；室內設計；節能

一、研究背景

隨著全球人口的持續增長與經濟的快速發展，全球生態遭到破壞、能源面臨匱乏等問題已經威脅到人類的居住環境。鑒于此，國外許多國家從長遠發展的角度出發，投入了大量的精力與資金技術大力發展節能低碳環保產業。我國也逐漸意識到可持續發展的重要性，國務院辦公廳 2013年8月1日，正式印發的《國務院關于加快發展節能環保產業的意見》，提出環保節能設計是符合未來社會發展趨勢的。

由此可見，節能設計正推動著人類的生產生活走向可持續的發展道路。對于室內設計而言，節能設計就是要按照簡潔、實用的原則進行設計，減少無謂的材料和能源的消耗，盡可能地利用綠色自然、生態環保的資源于空間中，以達到“可持續性”“良性生態循環”的生活方式。實現節能需要相應思維方法的輔助及引導，如圖1，一般思維是設計——反饋——生產——使用——報廢——垃圾，經研究在仿生思維下則是反饋——設計——生產——使用——垃圾——回收——再生產。對比可知，仿生思維所秉承的是無限循環的可持續發展策略，其所提倡的生物圈無廢料的運行模式、新陳代謝原理以及各仿生形態所蘊含的自然智慧將是節能低碳設計重要的靈感來源。因此，基于仿生思維的室內空間節能設計將是最佳的操作模式。

二、仿生思維下室內節能的應用探析

仿生設計思維以自然界中的萬物為靈感，進行創造性的思維活動。早在我國遠古時代人們在樹上營巢的生活方式就萌生了仿生設計思維，在數字化科技化的今天，同樣對人們生產生活具有強大的吸引力。仿生設計思維是在“比較-概括、分析-綜合、抽象-具體”等方法的指導下追求回歸自然、天人合一的環境氛圍。也就是對自然規律、生物結構、功能組織、肌理質感、意象效果等進行解析，模擬探尋生物圈中無廢料的運行方式運用與設計中，為人們的物質精神生活提供最佳的生存模式與平衡點，從而實現可持續的生態設計理念。

（一）結構仿生思維：合理空間設計

結構仿生思維是模仿自然動物、植物的生存結構，或能夠進行獨特任務的身體結構。原于其在演化篩選中形成的完美結構組織，由古至今不乏設計師們對其進行借鑒與學習，幾千年來這類仿生設計在為人類社會節約資源、材料、人力物力方面起到顯著成效。

約翰威金森設計的澳大利亞鱷魚旅館充分利用鱷魚形體結構特點進行旅館內功能分區，如鱷魚牙齒位置設置入口門柱、四肢設置樓梯通道、兩個眼睛部位是中央空調所在處、中間腹部被分割為150個旅館房間、腹部中央設置了配套設施游泳池和露天庭院餐廳等、尾部為廚房和后勤等功能區。這種基于結構仿生思維的規劃設計，使旅館內部功能區可相互聯系又可相對獨立，交通流線順暢運輸方便，不僅提高了空間利用率，節省了交通面積，還減少了裝修材料的浪費。日本設計師柴田文江從蜂巢結構的特性中獲得靈感設計了9小時蜂巢旅社，專為因出差、加班或醉酒等原因不能回家的人們設計的。9H 旅館房間的鋪位像蜂巢結構一樣整齊排列，看似窄小但設備齊全，功能布局特別合理，設施齊全艙體內安裝了人性化的操作系統，可調節光線、溫度、時鐘等，具有高彈性、透氣性、易清潔等特點。

（二）肌理仿生思維：蓄勢保溫設計

肌理仿生思維是通過分析與解讀自然界生物表皮的肌理特性，學習和模仿其生存演化中應對問題的智慧。如材料科學界對材料物理特性、微結構特點研究十分關注，足以說明肌理仿生設計在材料方面的價值和作用。研究表明，白蟻巢穴內部溫度不會因為外界氣候變化而改變，具有持久的恒溫性，這除了與其巢穴內部結構有關外，還與筑巢材料有直接的關系。巢穴表面材料是白蟻使用酶解原理而生成的，且表面肌理凹凸不平，可蓄勢保溫，吸收熱量的混合材料，因此而研制出了生態混凝土代替傳統的建筑材料。如津巴布韋東門商業辦公綜合體的建筑材料及室內天花吊頂均采用此生態混凝土，其良好的蓄勢保溫保持了室內溫度的恒定，代替了空調系統節約了能源。再如墨爾本新市政廳的設計中，因采用預制生態混凝土樓板，炎熱夏季室內溫度可以保持在20℃左右，運用于天花中，還可以反射燈光吸收室內熱量，利于室內降溫。

（三）新陳代謝原理：周期延長設計

新陳代謝就是自然界中任何有生命的物種，不斷蛻變生長和變化更新從而適應生存環境，保持生命力的持續旺盛。在此啟發下日本設計師菊竹清訓提出了其設計構想，人類生活環境能否像自然生物一樣進行新陳代謝，滿足不同時代、年齡的生活需求。他親自實踐把新陳代謝原理運用于自宅設計中，從而改變了室內環境不只滿足于一個時期的一種功能。其住宅空間被劃分為固定的客廳、臥室；廚房、浴室由可自由移動的成套設備組成；特別是兒童房的設計，設計了拆缷安裝的居住空間、活動空間、儲物空間，可根據孩子年齡增長重新組合代替購買。菊竹清訓做到這點主要是對空間組合以及家具設備進行未來化設計，不僅可根據個人需要改裝家具，可調節高低、大小；而且實現家具的標準化、模塊化，減少用材和其他配件的使用。這種設計通過延長室內空間與家具設備使用周期，從而節省了能源，是當代室內節能設計中必不可少的設計手法。

（四）生物圈運作模式：無廢料設計

自然界中的每一個生物都是生物圈中的重要組成部分，相互依存，缺一不可。無論是生物本身還是排出廢物都為其它生物的生存提供了賴以生存條件，通過模擬生物圈無廢料的運行模式應用于室內空間中，為室內節能尋求更多的可操作模式。如2010年上海世博會零碳館，從無廢料運行模式的生物圈中獲得靈感，借助雨水轉變成可用能源。如圖 8利用屋頂1200平方米的面積作為雨水收集的場地，再借助紫外線消毒、深度過濾等程序后被儲存進一個大的容器中，最后再進行分質供水的流程把處理后的雨水用于沖洗廁所、灌溉花園、洗車拖地、陽光房植物等等除飲用水這外的所有水源利用上。通過采用天然雨水循環使用的模式，大大減少了淡水資源的使用，同時也使得整個住宅用水節水系統合理有序，親近自然。據統計，收集的雨水和凈化的水量將大于建筑消耗的水量，是一種可持續的循環利用水資源模式。

三、基于仿生思維的室內節能應對策略

（一）建筑與室內一體化設計。自然生物離開了賴以生存的環境就會滅絕，生物圈斷了某一個生物鏈生態將會惡化。而室內空間設計作為建筑設計的重要組成部分，是深化與再創造過程，建筑設計為又輔助于室內設計，其整體規劃、戶型設計、維持界面設計直接關系著室內布局、采光面積、通風系統、保溫隔熱等因素，二者是不可分割的，相互協調統一。因此，只有把建筑與室內一體化來規劃，既可以減少重復作業，縮短工期，又可以整體規劃室內保溫隔熱以及其它節能低碳設計。

（二）節能低碳材料的普及。一是材料本身內部結構特性，可以代替傳統材料如木材等，如禾香板：具有綠色環保性、可再生性、可循環使用的特點；二是可以學習借鑒自然生物的材料肌理，研制出既可以高效使用又可以提升節能的力度，如生態混凝土、納米自清潔涂料等。仿生材料的使用及開發可以代替成本高、周期短、危害性大的材料，甚至為室內蓄熱保溫、節約淡水資源起到顯著作用。

（三）高效快捷的施工方法。人們通過對自然界中的蟻群、蜂群、人工魚群、混合蛙跳、人工神經網絡、情感、遺傳等現象進行分析得出，能夠在復雜程度、因素多的系統中尋求盡可能優化的解決方案。如在室內空間中，若采用優化算法可為室內裝修施工找到最有效的低浪費、低污染、節能低碳的方法與措施，如簡化施工程度、采用工場預制施工，可以減少原料的浪費、垃圾產生量、水電能源的浪費、施工周期縮短等。

四、結語

通過對功能仿生、結構仿生、肌理仿生、新陳代謝和生物圈原理在室內節能中的應用研究，為室內空間的節能設計找出了可持續發展思維，如建筑與室內一體化設計、可持續能源的開發利用、節能低碳材料的普及、高效快捷的施工方法、仿生節能的技術手段等。此思維方法的實施與運用，將引導室內空間中實現真正意義上的節能，改變人們傳統的價值觀念，為實現可持續化的未來之路奠定基礎。

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