城市綠地仿生形態和系統的生成與利用研究

摘要：目的：近年來，隨著經濟社會的不斷發展，城鎮化進程加快，生態問題隨之而來，因此生態文明建設成為發展重點。城市綠地作為城市中最接近自然的區域，不僅承擔著調節城市微氣候、緩解人們日常壓力、幫助人們擁抱和接近自然的責任，還以其高生態性與高可持續性的特點在城市生態循環系統中扮演著重要角色。文章旨在以自然元素為基礎，打造一處面向市民的高互動性的城市公共綠地。方法：文章以城市綠地為落腳點，以仿生形態為路徑，以圖示二元關系法與千層餅疊加法為設計實踐的分析方法，以歸納演繹法為理論分析方法，進行城市公共空間和景觀構筑物仿生形態應用研究。以自然生物的形態為靈感來源，提取其主要的外觀與結構，再結合公共空間的設計原則，建立起一個功能良好且能滿足景觀和社交需求的仿生形態景觀空間與構筑物。結果：仿生學源于對自然生物形態與功能的學習與模仿，提供了一種相較于以往更貼合自然的景觀設計路徑，并且可以賦予景觀構筑物一定的裝置屬性。人們對自然事物具有與生俱來的感知力和親和力，研究游客心理與行為，可以有效增強游客與景觀構筑物的親近感，拉近人與自然的距離。結論：仿生形態景觀構筑物與游客的互動關系可以成為仿生形態構筑物與游客行為之間的新連接樞紐。

關鍵詞：仿生；公共空間；城市景觀；城市綠地

中圖分類號：TU985.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）20-0-03

0 引言

仿生學作為研究自然生物結構與功能的學科，為人們提供了各類技術思想，也是許多工程設計和重大發明的源泉。種類繁多的生物經過長期的自然演進，進化出了許多為適應環境而產生的生命結構與組織。自古以來，人類對自然生物的模仿與學習從未停止。《韓非子》記載魯班曾以竹木為材料模仿鳥的形態，“成而飛之，三日不下”；相傳在大禹時期，人們通過模仿為魚類在水中游動提供動力的尾巴而發明了漿和櫓。這些對自然的學習可以說是仿生學的先驅與萌芽。

到了近現代，隨著社會生產力的不斷發展，人們對仿生學的研究更為深入，但大部分還局限于對單個或某一特定種類生物的研究。這些研究為工程建設和機械設計提供了重要的靈感來源，但大型城市的出現和快速擴張也帶來了一系列生態問題。因此，設計師與工程師們聚焦對整個生態系統的仿生。從更為宏觀的角度觀察和學習自然，可以為城市與周邊環境所組成的微型生態系統提供良好的借鑒，城市綠地在此系統中所扮演的角色顯得尤為重要。城市綠地不僅作為城市公共空間為人們提供日常休閑放松的場所，而且是城市中的“氣候調節者”和“空氣凈化者”。

1 研究方法與思路

1.1 研究方法

1.1.1 圖示二元關系法

在設計前期通過完整且深入的調研可以更透徹地了解場地，對場地不同方向問題的考察，可以利用不同的圖示進行橫向對比研究。保羅·史密斯認為，不能將復雜的環境要素分離，而必須將它們看作一個多元性質的整體。同時，要借助框圖、區塊圖、矩陣和網絡關系等來厘清相互之間的關系，找出其中的平衡點。由此，可借圖示二元關系法對比其他的城市綠地來確立本場地的定位。

1.1.2 千層餅疊加分析法

在場地景觀的深度分析上可采用千層餅疊加分析方法。千層餅疊加是以因子分層分析和各分析圖最終疊加生成為核心的分析方法，其分離景觀中的各部分生態元素之后進行切片，分析其土壤特性、植被覆蓋情況等生態要素，而后表現在每一個生態因子的評價圖層上，并將其疊加組合成完整的場地面貌。

1.1.3 歸納演繹法

歸納演繹法一般指將歸納與演繹相結合的研究方法，這也是一種邏輯思維方法。歸納演繹法的一般流程如下：首先，從具體案例或相關研究成果出發，獲得有效的相關信息；其次，對上述完成歸納的具體案例進行分析和比較，提取出具有一般性、共性的原則而形成一般原理；最后，根據這些一般性原理，得出創新性結論。

1.2 研究思路

仿生學是研究生物系統的結構、性狀、原理、行為，為工程技術提供新的設計思想、工作原理和系統構成的技術科學［1］。將仿生學的主要觀念引入城市綠地景觀設計，對自然界所存在的客觀生物進行形態、功能、結構、行為、機能等方面的模仿與主觀意識的再加工，可以視為對自然的回歸。利用自然的形態、功能等元素，解決目前一系列因信息技術高速發展而產生的新問題。仿生學在城市景觀中的應用主要包括形態仿生、結構仿生、功能仿生、材料仿生、空間布局仿生等［2］。

2 城市景觀構筑物仿生應用

2.1 前期調研與問題描述

舜井文化廣場位于山東省濟南市，西側毗鄰萬象城商業綜合體，建于2020年5月。該場地位于經十路的繁華地段，功能定位是為周圍寫字樓與商業綜合體的人員提供休憩場所，場地面積約2公頃，整體呈現南高北低、東高西低的地勢特征。

2.1.1 場地缺乏吸引力

舜井文化廣場雖命名為“文化廣場”，但實地考察發現，無論在其平面功能劃分還是構筑物的設計上，都不能體現當地的文化特征，因此其呈現出與其他普通城市公共綠地的趨同性，形成了“千地一面”的現象。

在場地的通路設計上，并沒有考慮到人員的社交和觀景需求。場地現存的通路僅僅以滿足通行需求為主，西側為萬象城，東側為一個辦公園區，人們日常在辦公室與商場之間穿梭，但下班及休閑時間時想要到場地進行游玩，卻找不到合適的游覽路線。

2.1.2 功能布局不合理

經十路作為濟南市一條主要的交通干道，在東西方向上貫穿了整個濟南市。舜井文化廣場南部與經十路接壤，在前期設計時雖已考慮到預留場地，但其入口處恰巧與南北方向的縱五路相連，人流量較大。實地考察發現，游客進入場地時大多需要在路口處停車，因此會出現交通緩行甚至擁堵的情況。此外，場地南側行人較多，車輛通過時，其流線與行人交通流線交叉，在一定程度上提升了安全風險。

2.1.3 內部功能劃分單一

場地大致可分為公共交通集散與景觀休閑兩個區域。西側為濟南市軌道交通預留的兩個出入口，地上部分大多為硬質鋪裝。東側緊鄰緯五路，為景觀觀賞與休閑區域。

雖然這種做法可最大限度滿足場地基本功能需求，但其西側因硬質鋪裝過多而削弱了行人與自然景觀的互動性，行人視看關系過于單一。而東側景觀休閑區域恰恰相反，由于硬質鋪裝不足，行人無法在休閑區域內進行有效停留，只能走馬觀花式地游覽。

后期設計改造時，應關注硬質鋪裝與綠地的合理搭配。在滿足通行、社交及觀景需求的基礎上，按比例搭配硬質與綠化區域。例如，在人員快速通過的地方采用花壇、人工預制的花池等方式進行綠化改造；而在緩行游覽的地區，則設置一些蜿蜒的小道和可以讓人們駐足觀看的景觀設施及裝置，以吸引游客在場地中玩耍與娛樂。

2.2 形態與結構仿生——構筑物模塊化構成與加工

本方案的構筑物主要由兩個部分構成，其一為頂部仿生殼結構，其二為殼結構下方的穿街天橋。

構筑物頂部的殼結構仿生形態參考魚類的表皮鱗狀結構，其主要特征表現在兩個方面：其一，在平面形態上屬于疊加形式，即每一個居于上方的單元皆覆蓋下層單元，以形成具有秩序感的規則形狀；其二，每一個單元的結構層疊累加，在形式上屬于重復的形態構成形式。將其形象進行二維抽象化處理之后，每一個單元的外部邊緣都落在下方單元的三分之一處，從而實現構筑物表面積最大化（見圖1）。

在功能上，由于每一個單元的內側邊界皆被上方單元覆蓋，因此雨水的運動軌跡垂直于平面前方。這種組織方式和中國傳統建筑屋頂瓦片的功能與布局類似：雨水在屋檐上匯集于瓦片中央再從疊加的瓦片上方流出，以達到防雨排水的效果（見圖2）。

上下兩層瓦片結構可以根據其所在位置的不同而發揮不同的功能。通過控制上方單元的開合角度，可以調節構筑物下方空間的通風量。當開口位置處于迎風面時，大量清新空氣可以被運送至構筑物所覆蓋的下方區域；當開口方向位于背風面時，因上下氣壓的不同，下方區域內的渾濁空氣則會被氣壓壓出帶走。

因此，在設計單個瓦片時，在平面上將扇形的鱗形狀概括為矩形與三角形，然后將矩形四個邊角進行延伸。在矩形中央形成小型降水資源收集裝置，使雨水匯集進入城市水資源回收系統。

在對魚類表皮的形態及結構進行提取加工后，得到最初的構筑物搭建模塊。場地的形態塑造亦可根據構筑物的邊界進行處理。

2.3 功能與材料仿生——場地及景觀構筑物的裝置屬性

互動裝置是一種跨學科、綜合性強的藝術表現形式，在現代景觀設計中得到了廣泛運用，設計多樣化。景觀設計與互動裝置相結合，能為人們帶來不同的觀賞視野及體驗［3］。賦予構筑物一定的互動裝置屬性可以在人的感官維度增強景觀趣味性。任何空間都是人的行為發生的物質載體，不同的空間類型所表現的行為承載方式大不相同，也對人的行為產生著極大的影響［4］。

2.3.1 視覺互動處理

人體接收外界信息主要依靠視覺，人們通過眼睛進行欣賞、分辨［5］。視覺是人體最直接的感官，其重點包括顏色、形態、狀態等要素。視覺元素在景觀設計中居于主導地位，與其他感受方式不同的是，游客不必靠近構筑物就可獲得視覺體驗。

景觀構筑物可以由電氣模組控制，根據不同的氣溫，改變構筑物形態，從而改變內外氣流速度，以調節內部氣溫。例如，高溫天氣時可將殼結構按預定的軸心順時針旋轉，使外部與內部空氣連通，降低內部氣溫。而冬季相反，通過水平轉換殼體對室內空間進行保溫處理。這一結構類似幫助魚在水中呼吸的鰓，設計由此被賦予了仿生的動態屬性，可以最大限度發掘出仿生功能與仿生形態的潛力。在這一系統中，風向與水流向的屬性、殼結構與鱗片的功能屬性相同（見圖3）。

2.3.2 聽覺與觸覺互動處理

除了視覺元素之外，還可對觸覺與聽覺進行統一處理，即在游客產生與景觀觸摸式互動的同時，給予一定的視覺與聽覺反饋。

例如，在場地北側設置一些壓力感應裝置，當游客經過或踩踏時，景觀場地中的部分燈光發生明度與色相的變化，產生不同的景觀視覺效果。同時，為避免噪聲對周邊環境的影響，可設置部分聽覺刺激裝置，如人造風鈴和自然的闊葉植物等。

3 結語

本文對仿生學在城市景觀中的應用進行了探索，通過前期對場地完整的調研，為后續的設計提供目標與方向。在構筑物設計上，借鑒魚鰓，采用魚鱗式的瓦片樣式，對場地的通風、采光及雨水收納問題進行了研究。此樣式建立在模塊化設計的基礎上，不但可以提升生產建設效率，而且出現故障時可以對構筑物的節點或單元進行精準維護與處理，能在一定程度上達成環保與生態的目標。設計建立在對人行為的完整研究上，對構筑物進行仿生處理后，游客更容易產生親近感，由此可以建立景觀與游客的動態共生關系，建立仿生形態與空間設計之間的新連接樞紐。

參考文獻：

［1］ 路甬祥.仿生學的科學意義與前沿：仿生學的意義與發展［J］.科學中國人，2004（4）：22-24.

［2］ 申益春.論仿生形態設計在景觀設計中的應用［J］.規劃師，2007（6）：95-97.

［3］ 楊子葉.互動裝置藝術在景觀設計中的應用分析［J］.現代園藝，2021（9）：82-84.

［4］ 李金春，雷雙璞.景觀設計中空間對人的行為的制導性研究［J］.中國建筑裝飾裝修，2021（1）：40-41.

［5］ 朱磊.論城市濕地公園互動景觀設計［J］.現代園藝，2021，44（14）：55-56.

作者簡介：董家蔚（1998—），男，山東臨沂人，碩士在讀，研究方向：城鄉景觀設計。