仿生學理論在建筑中的實踐應用
——以臺灣省臺中大都會歌劇院為例

（北京化工大學 機電學院 工業設計系碩士 100000）

周小儒 （北京化工大學 機電學院教授 100000）

在全球城市相繼建設地標性建筑的進程中，臺中市于2005年提出如何讓建筑帶動城市旅游業與經濟發展的“都市營銷”概念，臺中需要一個地標性建筑來實現“比爾巴赫效應”。在這次競賽中，曾作有仙臺媒體中心的日本第六位普里茲克獎建筑大師伊東豐雄憑借”居中壺“概念競圖獲得方案競標。經過十年的施工與改造，以“居中壺”為原型的“聲音涵洞”——臺中大都會劇院得以建成。占地5.8公頃，配有2009席大劇院，800席中劇院，200席實驗劇場、藝術工作坊、藝展空間、精品商店、屋頂花園的“聲音涵洞”正如臺中市長所希冀一樣成為臺灣的地標性建筑。

一、仿生設計下的建筑造型

仿生設計的靈感來源于自然，模仿自然演變中滿足于生存功能與適應環境的結構關系，力學特征和材料構成。建筑造型作為建筑仿生設計的設計手法之一建筑造型的仿生應用綜合了功能仿生設計與結構仿生設計，有著與自然結構相似的規律，去模擬生物體與自然中的材料，顏色，結構，發揮新結構體系的效能，更好的提高建筑體內部與外部造型，建筑體與環境的適應性，使建筑與周圍環境和諧共生。

二、臺中大都會歌劇院的仿生設計

1.結構的仿生

在現在建筑的創作中，建筑師們不斷的在各個領域探索建筑在表現形式的不同可能性。

為實現歌劇院固有的功能性問題，伊東豐雄獨創性的將仿生設計與模數化結合。獨創的建立了一種類似Grid System電子網的模數化系統（將材質劃分成均質性等分塊，在其上實現再造型）。縱觀伊東豐雄的方案，外部造型輪廓是一個整齊近年來，明星建筑師及其追隨者為當代建筑的長方體——單純的基本幾何體。確實的曲線明顯劃分出實體墻與玻璃幕墻，部分拼接處呈現出溶洞般深陷的“涵洞”。而內部空間的構成延續了伊東豐雄既往以來的”軟體”結構仿生風格。如同進入原始人洞穴，通透，失去原有尺度概念的巨大，從任意角度可以看到其余建筑區域的使用功能，沒有明顯的立柱，直面墻。傳統理論的建筑形式在伊東豐雄的設計中無處可尋。

2.材料的仿生

臺中大都會歌劇院是一座沒有明顯立柱、無梁架結構、曲面墻的混凝土建筑。在面對一個如此巨大的塑性空間，整個方案沒有傳統意義上的實體鋼筋水泥基礎，而是由曲面龍骨結構而成的殼狀連續體，全建筑共有58座曲墻，每個曲墻由1372片小模數化系數組成，模板的每一塊必須單獨定制。三維彎曲的墻面，必須用一種用于隧道工作的可噴的混凝土來凝固內部的鋼筋骨架，這種工藝被稱為曲墻建筑工法。伊東豐雄還創先性在現代電子美學的基礎上運用鋁板、玻璃等材質更好的還原光、空氣與建筑流動性的關系，結合照明及自然光的變化，參觀者走在里面，會聽到不同的聲音，有不同的感受。

3.空間秩序的仿生

設計師并沒有將垂直空間與水平空間完全劃分，三維度空間實現自由流動， 功能空間也雜糅在一起，沒有完全意義上的劃分。一樓的構造大體一眼可以概括，由穿插在墻壁內的步行樓梯，不同品牌的文創紀念品廳和休憩區域構成。二樓至四樓為歌劇院核心功能區，兩個一大一小展廳發揮歌劇院基礎功能——每年定期承接歌劇表演活動。五樓為時期性展覽廳與花園餐廳，六樓則是延續了柯布西耶的空中花園概念，分布著一個個均勻大小的火山形曲面構造與薰衣草綠茵環繞，蜿蜒的曲徑點綴著藤江和子的裝置藝術品。

內部垂直的空間由一條純白和紅色點綴的樓梯穿插人流疏通功能，曲折的樓梯穿過墻壁，不經意間進入另一個失去尺度的“洞穴”。劇場的前廳曲面墻刻意被拉伸，入口與曲面墻之間由傳統的劇院帷幕遮擋間隔，空間的通透在幕布拉開時盡顯，頂部巨大的燈光藏于洞穴之中，光線一瀉而下，仿佛另一個未知文明世界一般，讓參觀者產生一種失真的迷失感。

在形式的秩序性與結構功能的關系的處理上英國結晶學家阿蘭麥卡錫與數學家社恩曾設計了一系列的多孔海綿狀造型，在伊東豐雄的設計方案里，這種造型被用于中和功能劃分布局和審美的簡約造型之間的矛盾。多空腔造型可以實現空間上的自由化程度，建筑的剖面水平方向實現不規律的變化移動，空間曲面實現最大化的流動性特質。多空海綿狀的造型在三個維度會體現出相匹配的平衡性，為了做到秩序與功能的均衡，但在劇場的設計上，需要突出劇場建筑的作用，使劇場尺度相對巨大，伊東豐雄在高層的設計上拓寬了垂直面空腔體的高度和寬度。陽光和流動性氣體在此結構下為參觀者提供感性氛圍，垂直空間的“洞穴”通過曲面透過來的光線帶給參觀者迷失錯覺。

設計師在處理連接空間時，將通道與墻面設計的更具有流暢性，引導組合了空間的功能，在面對多空海綿狀造型帶來的問題上刻意處理了 設備、流動通道等空間;將參觀者與光線，氣體、聲音等的布置上使用了巨大的區分空間，比如劇場前廳。 空間與功能不是傳統性質的具體空間，而形成整體連續性的動態轉化。

三、仿生設計的后續思考

在建筑設計的實踐研究中，面對功能的需求和形式審美因素的均衡性矛盾問題是極據需要進行選擇。伊東豐雄從仿生學的設計理念里繼承自然的規律，從結構，材料，肌理，造型的邏輯與建筑造型的邏輯所匹配，實現功能與形式的結合。但仿生學是否真正適應能適建筑造、施工的難度的問題、如何讓仿生設計更大程度表達建筑等，是未來建筑需要解答的問題。本論點著重進行探討研究了仿生設計與建筑功能性與形式美感的均衡問題，但并不意味著建筑造型需要一味地保持相對的“均衡性”。藝術的角度是開放的，對于建筑設計的形式與功能研究，需要建筑師們不斷地在不同的領域進行追求與探索。