基于仿生建筑中的互承結(jié)構(gòu)形式探索

于 貞 貞

(南京藝術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210013)

基于仿生建筑中的互承結(jié)構(gòu)形式探索

于 貞 貞

(南京藝術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210013)

旨在探索仿生建筑中的互承結(jié)構(gòu)形式，在自然界中尋找生物功能組織及外表形態(tài)中來(lái)找尋科學(xué)合理的建造規(guī)律。作為非建筑學(xué)科的藝術(shù)生不是單以理科知識(shí)點(diǎn)去推進(jìn)方案，而是在理性的分析下用藝術(shù)的手法更浪漫的表達(dá)。

仿生，互承結(jié)構(gòu)，骨骼，公共藝術(shù)

1 仿生建筑學(xué)

仿生學(xué)形成于21世紀(jì)60年代，是一門交叉學(xué)科。其中包含了生命科學(xué)與機(jī)械、材料和信息工程等。仿生學(xué)隨著科技與時(shí)代的發(fā)展不斷深化著并且有著明顯的跨學(xué)科特征。自然界的生物形態(tài)萬(wàn)千，它們有著不同的體態(tài)特征和獨(dú)特的存在方式。通過(guò)認(rèn)清客觀生物自身形體特點(diǎn)探尋空間結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造之間的關(guān)系從而能更好的融入自然、順應(yīng)自然并與自然生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，保持生態(tài)的平衡發(fā)展。所以從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，仿生學(xué)的建筑也等同于綠色建筑。仿生學(xué)的重點(diǎn)在于仿生原型的相似以及仿生整體的綜合性。

建筑仿生是科研界一直提及的老課題，互承結(jié)構(gòu)也可作為仿生建筑結(jié)構(gòu)卻是近現(xiàn)代時(shí)期的一個(gè)新的視角。人類社會(huì)從蒙昧?xí)r代進(jìn)入文明時(shí)代就是在模仿自然和適應(yīng)自然界規(guī)律的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展起來(lái)的。各個(gè)學(xué)科不斷碰撞交融產(chǎn)生新的交叉學(xué)科，建筑亦是如此。

從古至今，人們的居住環(huán)境從洞穴到各類建筑無(wú)一不留下了模仿自然的痕跡。但是，隨著工業(yè)化的高速發(fā)展，非線性的建筑形式越來(lái)越受青睞，這就意味著仿生建筑必須要有新的突破才能更好的適應(yīng)日益變化的建筑大環(huán)境。

2 互承結(jié)構(gòu)

互承結(jié)構(gòu)是古老而又新穎的存在。古老是因?yàn)殡m然沒(méi)有對(duì)于互承結(jié)構(gòu)詳細(xì)的資料分析，但還是有學(xué)者探究到早在1255年—1250年間，就發(fā)現(xiàn)了維拉爾·德·奧內(nèi)庫(kù)爾(Villard de Honnecourt)手稿中設(shè)計(jì)過(guò)一種平面互承結(jié)構(gòu)。文藝復(fù)興時(shí)期中也發(fā)現(xiàn)了出自文學(xué)巨匠之手的多重互承結(jié)構(gòu)手稿。甚至有人提出其應(yīng)用最早可以追溯到新石器時(shí)代，愛(ài)斯基摩人與印第安人居所所使用的帳篷結(jié)構(gòu)。在國(guó)內(nèi)，更有學(xué)者研究稱《清明上河圖》中的“虹橋”就是中國(guó)古代最早出現(xiàn)的互承式結(jié)構(gòu)。知名的橋梁專家唐寰澄對(duì)虹橋的力學(xué)特性及設(shè)計(jì)構(gòu)造進(jìn)行深入研究，也證實(shí)早期主要分布在我國(guó)浙閩山區(qū)的虹橋就是一種互承結(jié)構(gòu)。新穎則是因?yàn)榛コ薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用雖然由來(lái)已久，但是卻不曾被連續(xù)的規(guī)模的發(fā)展。它的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特性及不夠了解的神秘性還是被外界認(rèn)為是種新穎的結(jié)構(gòu)形式。20世紀(jì)80年代，格蘭漢姆·布朗(Graham Brown)正式提出了互承結(jié)構(gòu)(reciprocal frame structure)的術(shù)語(yǔ)。他把互承結(jié)構(gòu)定義為可以用作屋頂?shù)娘L(fēng)車形結(jié)構(gòu)形式，其構(gòu)件串聯(lián)成一個(gè)封閉的循環(huán)陣列從而組成能夠覆蓋一片圓形區(qū)域的形式。

隨著研究人員不斷對(duì)互承結(jié)構(gòu)的探索與完善，互承結(jié)構(gòu)按照自身的空間形式可分為一維、二維和三維。一維互承結(jié)構(gòu)就是類似于“虹橋”的結(jié)構(gòu)形式，即基本單元的一維延伸。二維互承結(jié)構(gòu)是將基本單元擴(kuò)展到二維曲面形成一片能夠覆蓋二維的自承重的結(jié)構(gòu)。三維互承結(jié)構(gòu)則是指能夠在一個(gè)三維空間內(nèi)支撐起一個(gè)以互承結(jié)構(gòu)為主體的空間區(qū)域。

設(shè)計(jì)實(shí)踐并沒(méi)有想象中順利，因?yàn)閷W(xué)術(shù)的研究和重視并沒(méi)有將“互承式結(jié)構(gòu)”落于實(shí)處。資料的匱乏讓研究幾次陷入停滯的狀態(tài)。以互承結(jié)構(gòu)而存在的建筑形式在我國(guó)更是罕見(jiàn)。“互承式結(jié)構(gòu)”在建筑和設(shè)計(jì)領(lǐng)域上不可替代的意義，并沒(méi)有幫助它發(fā)揮出真正的功效。

或許在一開始“互承式結(jié)構(gòu)”陳舊的理念并沒(méi)有一定的吸引力，有太多的原因讓它不能展示其真正耀眼的一面。現(xiàn)如今它已經(jīng)被初步挖掘，大量關(guān)于互承結(jié)構(gòu)的小模型和中小規(guī)模的設(shè)計(jì)成品出現(xiàn)在各個(gè)高校的美術(shù)館展館。原本一個(gè)個(gè)平平無(wú)奇的插件，在不斷排列重組有序的變換展現(xiàn)了互承結(jié)構(gòu)機(jī)械又富含韻律的美。在工業(yè)不斷推進(jìn)以代替人工的時(shí)代，這種單一有序的構(gòu)件制作也會(huì)越來(lái)越方便，人工成本也會(huì)隨之大大削減。今后的節(jié)能建設(shè)和成本建設(shè)必定成為建筑界的主流，“互承式結(jié)構(gòu)”有它成為結(jié)構(gòu)主流之一的理由。

但是，“互承式結(jié)構(gòu)”也存在著它必須面對(duì)的缺陷和不足。單個(gè)構(gòu)件制作雖然方便，其用量卻大，插接件的距離決定該建筑物整體的形式。所以在每個(gè)插件互相受力的運(yùn)算上需要極大的時(shí)間，而且不容差錯(cuò)。這也是現(xiàn)在中小型規(guī)模的成品和小件會(huì)有很多，大型建造很少的主要原因之一。單個(gè)構(gòu)件的形式及材質(zhì)是極其重要的。

3 仿生建筑與互承結(jié)構(gòu)的交匯融合

生物的骨骼亦可以當(dāng)做“互承式結(jié)構(gòu)”，同時(shí)又符合仿生建筑的類別。與其說(shuō)仿生建筑與互承結(jié)構(gòu)交匯融合，不如說(shuō)互承結(jié)構(gòu)就應(yīng)當(dāng)歸屬于仿生建筑的類別之中。互承結(jié)構(gòu)是由一個(gè)單一的插件組合生成，其原理就是自然界中動(dòng)物骨骼簡(jiǎn)化重組而達(dá)到自然支撐自成體系的結(jié)果。不管對(duì)單個(gè)支撐件的研究還是最后整個(gè)結(jié)構(gòu)的形態(tài)都符合仿生建筑學(xué)的分類。因此想要做好互承結(jié)構(gòu)的研究就需從仿生建筑學(xué)里去追溯其本源。在前期搜集資料的過(guò)程中研究歸納了很多知名建筑設(shè)計(jì)師具有代表性的仿生建筑作品。例如：德國(guó)以蝴蝶為原型的不萊梅高層公寓；卡拉特拉瓦于1992年—1995年設(shè)計(jì)的位于西班牙的特內(nèi)利非展覽廳，就是對(duì)鳥的模仿；北京的鳥巢體育館，印度的蓮花寺，芝加哥的螺旋塔等這些全是由對(duì)自然界的仿生靈感而誕生的建筑。

4 互承結(jié)構(gòu)在實(shí)際生活中的應(yīng)用

互承結(jié)構(gòu)單一的構(gòu)件組成及其有韻律的形態(tài)展現(xiàn)多用于公共藝術(shù)中的大型搭建類構(gòu)筑物設(shè)計(jì)。通過(guò)外部形態(tài)的形式與內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)結(jié)合，表現(xiàn)出設(shè)計(jì)師希望觀眾們探索發(fā)現(xiàn)其中的內(nèi)涵關(guān)系。而一個(gè)完整的構(gòu)筑物設(shè)計(jì)其中包含該藝術(shù)作品所在的場(chǎng)地與實(shí)現(xiàn)搭建的材料，藝術(shù)家所想表達(dá)的情感及受眾的直接感受與體驗(yàn)。

構(gòu)筑物設(shè)計(jì)最首要的任務(wù)是讓觀眾接觸構(gòu)筑物、融入構(gòu)筑物環(huán)境。觀眾的介入和參與與搭建構(gòu)筑物不可分割。通過(guò)場(chǎng)地的布置，通常的動(dòng)線，可以讓觀眾自發(fā)的參與其中，自由方便的進(jìn)出和通行，或者在空間有一定容量的情況下展開適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)。這就與互承結(jié)構(gòu)達(dá)到了一種契合。

5 結(jié)語(yǔ)

藝術(shù)分類之間是無(wú)邊界的，很多設(shè)計(jì)分類都是交匯融合的。文章主要是通過(guò)對(duì)仿生學(xué)的概念研究，仿生學(xué)對(duì)建筑形態(tài)影響的環(huán)境下探索互承結(jié)構(gòu)的空間表達(dá)。通過(guò)參數(shù)化的方式把仿生學(xué)與二維互承結(jié)合形成不再是單一單元件構(gòu)件而成的空間構(gòu)造方式，而是更復(fù)雜和多元的形式展現(xiàn)。不足之處就是對(duì)于材質(zhì)方面的探索略顯單薄，什么樣的材質(zhì)才最適用于互承結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，希望后期可以在建筑形態(tài)更加豐富的基礎(chǔ)上適用于更多變的材質(zhì)，達(dá)到對(duì)互承結(jié)構(gòu)更深層次的研究。

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[2] 林振德.公共空間設(shè)計(jì)[M].廣州:嶺南美術(shù)出版社，2006(1)：2-6,403-405.

[3] 陳 建.論環(huán)境設(shè)計(jì)中的裝置藝術(shù)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院,2005.

[4] 姚曉微,沈明磊.仿生建筑設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2006,32(5):28-29.

Exploretheformsbasedonthereciprocalstructureinbionicarchitecture

YuZhenzhen

(NanjingUniversityoftheArts,Nanjing210013,China)

The article aims to explore the form of reciprocal structure in bionic architecture and find scientific and reasonable construction law by searching biotic functional tissue and outside configuration. As an art student who doesn’ t major in architecture. I promote the program not only by using science knowledge, but also express romantically with artistic gimmick under the scientific analysis.

bionic, reciprocal structure, bone, public art

1009-6825(2017)28-0012-02

2017-07-21

于貞貞(1993- )，女，在讀碩士

TU-87

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