擷取自然之美的仿生學建筑

哈立德

從自然界的動植物身上，人類汲取了諸多建筑設計的靈感。“師法自然”的設計思路，讓許多新奇美觀又不失實用性的建筑物得以誕生。現代仿生學建立之后，建筑科技也得益于仿生學的發展，向著更堅固、更節能、更有效利用資源的方向演進，讓建筑物更具“自然家園”的屬性。

“直線屬于人類，曲線屬于上帝”

在西班牙巴塞羅那的宇宙盒（CosmoCaixa）科技館里，有一件頗為有趣的展品：電腦屏幕上依次出現恐龍化石彎曲的脊椎，硨磲貝殼波浪狀的邊緣，以及高迪等建筑大師的作品，而觀眾需要控制一條由小金屬珠組成的鏈子，嘗試匹配這些圖片上的弧線。這個并不引人注目，看上去也沒有多少科技含量的展示項目，卻暗含了仿生學與建筑學在這座城市“聯姻”的歷史。

盡管“仿生學”的概念直到1960年方才出現，但建筑師模仿自然界的生物進行設計，從而為建筑物賦予更好的寓意或者使用體驗，卻可以追溯到19世紀末，甚至更為久遠。堪稱西班牙最偉大建筑師的安東尼·高迪，便是將“模仿生物結構進行建筑物設計”發展為一種理念的關鍵人物。在大部分職業生涯里，他是這種理念的“孤獨的先行者”。

高迪建筑作品中仿生學的萌芽，可以追溯到他在1883年為文森之家設計的棕櫚樹葉模樣的鑄鐵欄桿。但這件作品只是牛刀小試，在他全盛時期的諸多作品中，高迪甚至刻意避免直線。巴塞羅那市區的巴特羅之家和米拉之家，就鮮明地反映出高迪“避免直線”的風格。正如他自己所言：“直線屬于人類，曲線屬于上帝”，因此，他認為最深刻的理念和最深沉的感情，應該用曲線來表達。

米拉之家是高迪設計的最后一棟私宅，他充分運用仿生學方面的知識，設計了這座號稱“無一處直角”的獨特建筑物。它的外觀取法于在海中隨波逐流的水母，充滿了飄逸的氣質;而建筑的內部，則有些像蛇的巢穴。如果從空中俯瞰，它又像是個超大號的甜甜圈，中庭盡管形狀不規則，卻讓所有的房間都能夠雙面采光，充分利用了巴塞羅那充足的陽光。

生物結構成為靈感“寶庫”

1926年，高迪死于交通事故，留下了遠未完工的圣家族大教堂。這座教堂，如今成為巴塞羅那的地標式建筑，那些模仿植物莖稈結構設計的鐘塔，成了令后人景仰與銘記的豐碑。

不久之后，以“有機建筑論”聞名的美國建筑大師弗蘭克·賴特，在1936～1939年間，完成了約翰遜制蠟公司總部辦公樓的設計。這座建筑的結構體系，是賴特根據美國亞利桑那州的一種仙人掌結構創造的“樹柱”系統。每一根“樹柱”都包括“莖桿”“花萼”“花瓣”等仿生學結構。這些“樹柱”根據所處的位置，分別有一層、二層和三層高度3種，它們共同支撐著薄殼結構的屋頂。日光從樹柱之間的空隙照射到室內，使人們恍如置身于叢林之中，帶來令人振奮的空間體驗。

第二次世界大戰結束后，隨著生命科學研究的深入，仿生學終于獨立成為一門科學，其發展也一日千里。一些建筑師習慣于將尋找靈感的目光投向自然界，讓作品兼具實用、美觀和個性。

澳大利亞的悉尼歌劇院，便是一座典型的仿生學建筑。它的設計者、丹麥建筑師約恩·烏松在晚年回憶說，歌劇院基座上酷似白帆或者貝殼的結構，其原型是他吃橙子時剝下的橙皮。歌劇院的主體結構，就由3組這樣的殼片組成。1958年，悉尼歌劇院開工，但建造這種異形殼體在當時卻是幾乎無解的難題。現場搭建模板和澆筑的方式成本過于高昂，其余已有的技術則無法達到所需的精度要求。直到1961年左右，施工團隊意識到這些殼體都是某個球面的一部分，于是采取澆筑空心球再分割出殼體的方法，終于在精度和經濟性兩方面達成平衡。1973年10月20日，悉尼歌劇院竣工啟用，旋即成為20世紀極具特色的建筑之一。

到了21世紀，仿生學建筑愈加受到建筑師的熱捧。在很多時候，以仿生學的思路設計建筑外觀，被認為是賦予建筑物感情的一種直接方式。在西班牙巴倫西亞，“藝術科學城”是這個國家現代化的象征。而在建筑群中的腓力王子科技館，其外觀結構的原型，便是被割凈肌肉的魚骨或鯨骨，這樣的設計不僅令人著迷，而且體現出巴倫西亞作為港口和曾經大力發展水產養殖業的地域特色。

?大連貝殼博物館新館

而在中國著名的海濱旅游城市大連和青島，不少建筑物也模仿了海洋動物的外表進行設計。大連星海廣場的貝殼博物館新館，不僅外觀酷似貝殼，內部展廳也模仿螺殼的結構進行布置，讓觀眾在參觀過程中“螺旋上升”，思路不至于中斷。在青島，近年來新建成的影視產業園展示中心、國際會展中心和游泳跳水館，在外觀上分別模仿了螺、海星和貝殼的模樣，在城市中營造出濃郁的“海味”。未來的青島新國際機場，其俯視結構也酷似海星，并且與水母狀的地面交通樞紐融合在一起，這樣的設計一方面可以提供大量停機位，充分滿足國內外旅客前往青島的交通需求;一方面能讓所有旅客都不必走太遠便可換乘地面交通;同時還能讓人一下飛機就感受到青島撲面而來的海洋文化，實乃一舉多得。

“內外兼修”的仿生建筑

隨著仿生學建筑不斷推陳出新，一些建筑師開始不滿足于僅僅從外觀上模仿，而開始從深度發掘這些生物結構背后的科學價值，從而讓建筑物仿生“內外兼修”。

日本建筑大師丹下健三的名作——1964年東京奧運會使用的代代木國立綜合體育館，便是這種嘗試的先行者。這個體育館建筑群由主館和配館組成，主館是游泳館，配館則按照籃球館設計，但可以在必要時改為拳擊或手球的比賽場地。兩座體育館都采用在當時非常先進的弧形薄殼屋面，這種模仿雞蛋殼和貝殼設計的結構，可謂輕巧又堅固。體育館配館的設計尤為令人稱奇：它的薄殼結構屋面圍繞建筑正中的一根桅桿螺旋布置，俯瞰如同一只蝸牛或者海螺。這種既實用又能發揮材料的最大性能而且兼具未來感的設計，借著奧運的影響力，讓世人看到一個呼之欲出的日本形象，也被認為是日本現代建筑發展的里程碑。

建筑材料和機電一體化等技術的發展，也讓更多“內外兼修”的設計成為可能。2001年，來自西班牙的建筑師圣地亞哥·卡拉特拉瓦，就為美國密爾沃基藝術博物館新館設計了一雙“翅膀”。這個高度模仿海鷗翅膀的屋頂結構，其實是兩組能夠精確控制葉片角度的百葉窗。潔白的遮陽百葉在自動機構的控制下，完全打開或者閉合只需3分30秒，還可以根據陽光照射情況，彎曲成各種匪夷所思的弧度，像“抱窩”中的鳥類一樣，為展廳營造出最適合觀賞的光線條件。精巧的百葉窗設計，讓展館如同具有生命一般，為不同時段到來的訪客呈現出不一樣的外觀。

“師法自然”將成未來趨勢

從“仿生學”的概念被創造出來直到今天，生命科學的進步有目共睹，而21世紀更被認為是生命科學的世紀。人們越來越深刻地意識到，大自然的造物之功，在很多時候會超越最為精良的機械和建筑。因此，隨著“師法自然”的設計理念越來越深入人心，許多新奇、美觀又兼具實用、高效的建筑物得以涌現。一些對仿生學有著深刻理解的建筑師，甚至會將建筑物想象為一種獨特的生命體，并嘗試設計其“新陳代謝”的動線。

丹下健三在設計日本山梨文化會館的時候，就嘗試以模仿植物維管束的方式來規劃建筑結構和動線。這座建筑物主要為山梨縣的新聞出版行業所用，因此既要考慮用戶彼此間的獨立性，又要考慮他們聯動的可能性。丹下健三知道維管束是植物養料的運輸通道，便將樓梯、電梯、洗手間、空調等基礎設施都“裝”進圓筒狀的“維管束”里，為這些支柱附加以額外的功能性;而各個樓層則如同抽屜，按照實用樓層和屋頂花園交替的順序，架設在這些“維管束”之間。這樣的設計既為用戶創造了良好的辦公環境，又為日后的增筑預留了空間。

知識鏈接 深度利用仿生學，為建筑“保溫”

科技的進步，也讓深度模仿生物的細微結構進行建筑設計成為可能。比如說，極地科研人員發現，北極熊的皮膚其實是黑色的，毛則是無色透明的中空小管，這讓北極熊可以很好地吸收和保存熱量。德國建筑行業就模仿這種結構，設計了效果極佳的保溫材料。

沒有人知道，生命科學和仿生學的發展，會在未來給建筑設計和建材制造領域帶來哪些飛越。但可以確定的是，不同于之前那些“各領風騷若干年”的流派，仿生建筑的設計思想，是大眾心之向往的，也將繼續在世界各地建筑師的腦海中閃現出新的火花。