仿生技術在建筑創作中的設計應用

邱德華，董志國

QIU De-hua, DONG Zhi-guo

（蘇州科技學院 建筑與城市規劃學院，蘇州 215011）

仿生技術在建筑創作中的設計應用

Application and thinking of bionic technology in architectural creation

邱德華，董志國

QIU De-hua, DONG Zhi-guo

（蘇州科技學院 建筑與城市規劃學院，蘇州 215011）

建筑仿生是吸取自然界生物的生長機理以及一切自然生態的規律，結合建筑的自身特點而適

應新環境的一種創作方法。本文從剖析仿生技術的概念入手，分析了仿生建筑的優秀實例，論證了以仿生技術啟動的建筑創作的優勢，并提出了仿生技術在建筑創作的意義和策略。

仿生技術；建筑創作

0 引言

自然界中的生物在漫長的進化過程中，為了適應自然和生存而本能地選擇環境，完善自身的組織結構與性能，形成了復雜而高度適應力的器官系統和色彩豐富、造型優美的形體，獲得了高效低耗、自我更新、新陳代謝、結構完整的保障體系，從而得以頑強生存與繁衍。人類生活在自然界中，與自然界的生物相伴生存，這些生物的奇異本領和生存能力，吸引我們去想象和思考。

誕生于上世紀70年代的仿生學以及由此形成的仿生技術，經過短短幾十年的發展，為建筑創作開拓了獨特的設計思路，提供了技術發展道路，顯示了極強的生命力。

1 仿生技術

仿生學是上世紀70年代發展起來的工程技術與生物科學相結合的交叉學科。它是研究生物體的結構、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術之中，發明性能優越的儀器、裝置和機器，創造新技術[1]。

仿生學的思想是建立在自然進化和共同進化的基礎上的。人們發現，自然界的生物在幾百萬年的自然進化過程中不僅完全適應自然，而且其適應程度接近完美。仿生學試圖在技術方面模仿生物在自然中的功能，在生物學和技術之間架起了一座橋梁，并且解決工程技術難題。通過再現生物學的原理，人類不僅找到了技術上的解決方案，而且同時該方案也完全適應了自然的需要。人類所從事的技術就是使得達到最優化和互相間的協調，而模擬生物適應環境的功能無疑是一個最佳的途徑。

建筑仿生是吸取自然界生物的生長機理以及一切自然生態的規律，結合建筑的自身特點而適應新環境的一種創作方法。

2 案例分析

近年來應用仿生技術在建筑創作中建造了許多造型優美、寓意深刻、震撼力強的現代建筑，類型包括體育場館、劇院、會展中心、機場航站樓、住宅等。

2.1 國家體育場（鳥巢）

國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區南部，為第29屆北京奧林匹克運動會的主體育場。工程總占地面積21公頃，建筑面積258,000m2。場內觀眾坐席約為91000個，其中臨時坐席約11000個。國家體育場建筑頂面呈鞍形，南北長333米、東西寬294米的，最高點高度為68.5米，最低點高度為42.8米。主體結構由24個門式鋼桁架整體編織成巨型空間馬鞍形“鳥巢”結構。

國家體育場設計如同一個的容器，高地起伏變化的外觀緩和了建筑的體量感，并賦予了戲劇性和具有震撼力的形體，國家體育場的形象完美純凈，外觀即為建筑的結構，立面與結構達到了完美的統一。結構的組件相互支撐，形成了網絡狀的構架，它就像樹枝編織的鳥巢。體育場的空間效果既具有前所未有的獨創性，而又簡潔、典雅。國家體育場設計評審委員會主席、中國工程院院士關肇鄴是這樣評價“鳥巢”的：這個建筑沒有任何多余的處理，一切因其功能而產生形象，建筑形式與結構細部自然統一[2]。

2.2 瑞典“螺旋中心”

瑞典的“螺旋中心”大廈是斯堪的納維亞半島的最高建筑物，總建筑面積1.5萬平方米，高189米，共45層，分成九個獨立的立體單元，每單元五層。九個獨立的單元以中心為軸，逐漸扭轉，每單元都旋轉少許，使整棟大廈共旋轉90o，每層樓面都有各自特色。樓層越高，大樓的主體核心越小，居住面積相應增大，而外部不變。大廈最底下兩個但愿是辦公區，其余7個單元共有147套豪華公寓，具有33種不同形式。由于大樓從一樓到頂樓扭轉了90o，每套公寓不僅擁有充足的自然光，而且公寓的面積、室內設計等都各具特色。

設計師卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）介紹，這座極具特色的建筑設計靈感來源于人體脊椎旋轉的美好圖像，整棟大樓以90o盤旋而上，象人體軀干一樣自由扭動，極富動感，也成為瑞典南部城市馬爾默的標志。這樣的設計不但使得建筑形象奇特，而且利于每個房間和廳都能充分采光，公寓內的空間都能夠享受到充足的自然光。面向海景的住戶，還可以清楚地看見連接丹麥哥本哈根與瑞典馬爾摩的松德跨海大橋。

“旋轉中心”大廈在結構上所表現出的表現主義張力，使得大廈從任何一個角度看上去都呈現出一種新的面貌和視覺效果。

2.3 未來“樹紋塔”摩天大樓

“樹紋塔”摩天大樓由美國著名的環境設計大師、建筑師威廉·麥克多諾（William Mc Donough）設計。他設計的“樹紋塔”使建筑可以像樹木一樣進行光合作用，試圖使設計的“樹紋塔”產生的能量多余消耗的能量，使人們居住在其中卻有一種戶外般的清新自然的感覺。

在設計中，設計師充分利用太陽能和自然光，不僅實現了視覺上的震撼效果，同時使得整個建筑物環境所包圍，成為名副其實的綠色建筑。

3 建筑創作中仿生技術策略

3.1 仿生技術為建筑形象創新拓展思路

在建筑創作中，建筑師通過運用和模仿自然生物或者物質存在的外部形態，對其進行抽象并采用相應的藝術處理手法，進行視覺構圖和表達寓意，能夠取得新穎獨特的建筑形象。由德國建筑師赫爾佐格（Werner Herzog）設計的北京奧運會主場館“鳥巢”的方案，其外形設計靈感就來源于鳥巢的結構；西班牙建筑師高迪（Antonio Gaudi）設計的神圣家族教堂外形就是從植物的形態上得到靈感；法國建筑師安德魯（Paul Andreu)設計的上海浦東國際機場，象一只展翅欲飛的海鷗，在綠地和碧水的襯托下寓意上海的騰飛；西班牙建筑師卡拉特拉瓦設計的2004年雅典奧運會主場館如鳥兒展翅般，等等。

仿生技術是建筑形象創新的一種有效方法。利用仿生技術，不僅可以取得新穎的建筑造型，而且也能充分發揮新結構體系的效能，使建筑形式與功能、結構有機結合。建筑師只要善于觀察和吸取自然界千變萬化現象的內在規律，就有取之不盡的靈感源泉。但是，也不能為追求新奇的效果而一味地簡單模仿。

3.2 仿生技術為建筑空間組織提供借鑒

英國建筑師羅杰斯說過：在構成公共生活框架的同時，建筑物還服務于人們的特定需要。這就提出了如何根據人們的需求進行設計的問題[3]。大自然精巧絕妙的設計必定忠實于功能，人類在研究生物過程中，把握了生物的形態特征、結構特征的同時，也把握了生物的復雜功能系統。在建筑創作中，只要善于應用類推的方法，就可以從自然界中吸取無窮的靈感，使建筑空間布局更有新意。芬蘭建筑師阿爾托（Alvar Aalto）設計的德國不萊梅高層公寓的平面布局源自蝴蝶的原型，公寓的服務功能與居室空間分別比作蝴蝶的身體和翅膀，不僅使內部空間布局新穎，而且也使建筑造型更為豐富。

現代建筑的功能是錯綜復雜的，自然界的生物為建筑師提供了交織組合的范例和借鑒。建筑師運用自然界生物體和物質存在的功能原理，改進或構建新的功能組織體系，促進建筑的合理布局和建筑新技術的開發。

3.3 仿生技術為建筑技術發展開闊視野

意大利結構工程師奈爾維和建筑師巴托利仿葉脈機理設計了意大利都靈展覽館的巨形拱頂；美國結構工程師富勒從自然界中的結晶體結構獲取靈感設計了聯合油罐車公司的巨大穹頂；德國結構工程師奧托利用網索結構仿蜘蛛網形的支撐體系設計了加拿大蒙特利爾國際博覽會德國館，等等。這些優秀的設計實例充分展示了建筑技術也建筑藝術的完美的統一，為建筑技術發展開闊視野。

形態萬千的自然界生物根據自己不同的構造和存在方式，有著不同的特征，存在不同的體現自身特點的尺度，只要認真研究客觀生物實體構造和空間結構形式之間的相似性，認清生物體的優化程度和結構限定性，探尋空間結構形式與生物體和構造之間的內在關系，有利于人們對仿生技術的認識，找到一條發展建筑技術的新途徑。

3.4 仿生技術為建筑環境設計擴大領域

早在1853年的巴黎建設計劃中，為了在城市結構功能上進行改善，使城市交通、環境綠化、居住水平都達到一個新的境界，巴黎改建規劃在某種程度上就是模擬了人的生態系統而進行規劃設計的。例如當時在巴黎東郊維星斯公園和西郊布倫公園的巨大綠化面積，就象征著人的兩肺，環形綠化帶與塞納河就象是人的呼吸管道，這樣就使新鮮空氣可以輸入城市的各個區域。市區內環形和放射的各種主干與次要道路網就象是人的血管系統，使血流能夠循環暢通。這種城市環境仿生思想，在當時已起到了積極的作用，解決了困擾巴黎的城市交通與環境美化問題，使巴黎在世界上成為城市改建的成功范例。

在安徽宏村的堪稱“中華一絕”的牛形村落和人工水系，統看全村，洗頭雷崗巍巍而立，宛如“牛頭”，村口兩棵參天大樹恰似“牛角”，前后四座橫跨吉陽水的橋梁象“牛腿”，村中鱗次櫛比的明清古建筑如臥牛盤踞，千米長的清澈水渠似“牛腸”環繞全村，盤曲流經各家各戶，村中一半月形池塘月沼和村南南湖分別是“牛胃”和“牛肚”，整座村落象一只昂首奮蹄的水牛，成為建筑史上一大奇觀。

在當今以低碳為價值觀的建筑環境設計中，建筑師在建筑創作中不僅要遵循和尊重自然規律，從自然界中吸取靈感進行環境意識創新，注重環境生態、經濟效益與建筑形式的有機統一。

4 結束語

仿生技術是21世紀建筑創作領域的一項新運動，建筑師應該重視自然并依靠自然去解決許多人居環境問題，應善于運用仿生學技術，從自然界生物中吸取一切有用的因素作為建筑創作的靈感，并結合現代建筑技術和工藝的發展，拓展生態設計環境觀，為建筑創新服務，創造出富有特色的建筑形象。

[1] 戴志中,楊震,熊偉.建筑創作構思解析——生態·仿生[M].北京:中國計劃出版社,2006.

[2] http://news.sohu.com/41/55/news209225541.shtml.

[3] 理查德·羅杰斯,菲利普·古姆齊德簡著,仲德昆譯.小小地球上的城市[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

TH166

A

1009-0134(2010)11(下)-0194-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).65

2010-09-19

邱德華（1972 -），男，江蘇海門人，講師，研究方向為建筑設計及其理論。