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  • 你所知道的仿生建筑有哪些?

    2020-05-22 浏览:551次

    仿生建筑的名字容易让人联想到各式各样的造型奇特的建筑,让你一看上去就觉得它类似于某个生物,它的样子精巧可爱,使你不由得赞叹,因而成为了地标性建筑。如果你在百度上搜索一下,就会发现大量的仿生建筑照片几乎填满了前10页。它们中的很多都是拥有优美的生物外形而内部却是笛卡尔主义的空间。其实生物本来是内外有机统一的整体,建筑也是一样。我们在想设计仿生建筑的时候,不妨从各个方面向生物界学习,因为仿生建筑本身就有多个层次,它们可以构成一个有机的整体。

    从城市规划到建筑学到结构,仿生建筑都有城市环境仿生、建筑形式仿生、组织结构仿生与之对应。建筑作为一个整体,如果只是具有类似于生物的外形,就浪费了大自然的智慧。因为生物在漫长的进化岁月中,已经将自己的身体无比的优化过了,它经过了优胜劣汰的自然法则的检验,具有近乎完美的结构。它很好的适应了自然,我们从结构方面也可以收获很多,大自然的智慧是无穷的,许多建筑工程中所面对的难题早已被生物们巧妙地解决了。但是当我在查阅资料的时候却发现,仿生建筑更多的是被建筑学和城市规划的相关人员所研究,在结构方面的研究还不够完善。结构的进步是推动建筑形式进步强有力的保证,土木工程的相关人员应走在研究的前列,推动这一研究方向向前发展。我相信,这个研究方向将成为建筑业未来的重要发展方向之一。

    仿生建筑离我们并不遥远,其优美的造型和优越的结构使它越来越多的应用到现代的建筑中。我们学校的看台顶棚就是仿生结构中的索膜结构。它是用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面,能承受一定外荷载的空间结构形式。其重量只是传统建筑的三十分之一。这种膜结构在风荷载作用下能保持材料的力学形态稳定不变。在岛西端的科学中心从空中就能看到它的仿生学造型。广州市的白云宾馆, 模仿蜂巢创造的既轻又美的网格结构,运用了轻质高强的泡沫蜂窝材料和结构。这都是身边的实例。

    当结构工程师试图设计仿生的结构时,我认为要考虑以下几个方面,适用性、可行性、经济性

    适用性。很好理解,即要结构工程师的结构设计要符合建筑师的设计要求和力学要求,建筑师的设计也要能够通过的努力达到力学要求,通过结构师和施工人员的努力使建筑师的设想变为现实。我觉得值得一提的是,任何一个建筑作品在完成设计要求的过程中建筑师和结构工程师的沟通很重要,甚至如果这两个工作由精通这两方面的同一人完成,这样就可以最大限度的兼顾结构和美学的关系,使仿生建筑的优势被发挥出来。如卡拉特拉(Santiago Calatrava)就是这样的一位综合性人物,他曾在当地的建筑学院建筑学专业毕业,后入瑞士苏黎世大学土木系学习结构工程,毕业后又于 1981年获该校建筑系技术科学博士学位。在1987年为加拿大多伦多市建造的BCE文化广场大厦,创造性地模仿了树干分叉的生长肌理,设计了两边的支柱与顶栅的弧形肋架,取得了非凡的艺术效果,其设计很好的满足了承重需要。我认为这与他在建筑学和结构两方面精通密不可分。当然,结构工程师要满足建筑师的设计要求,要兼顾安全和美观这两个重要要素。

    可行性。是指我们通过采用现有的工程技术手段和计算机可以达到的技术水平来完成的我们的才可以设计。在将生物模型转化成建筑模型的过程中,我们要先寻找出合适的模仿对象,将其最适用于建筑的部分抽象出来,再根据需要调整它的结构,使结构能最好的适应建筑的需要,让它源于生物又适于建筑。如悉尼歌剧院是模仿橘子皮的设计,结构工程师因该建筑受力复杂,将所有壳体设计成同样的曲率,以方便计算。索勒里(P.Soleri)设计的一个预应力混凝土桥就是模仿了卷曲叶子的外形和力学结构,使这种优美的桥梁造型成为可能。在另一方面,研究生物的受力以备使用,如植物建筑学、生物静力学等。17世纪伽利略靠研究植物茎中力学作用引导出一些梁的静力学计算公式,在19世纪中叶发现了它在工程建设上的应用。我们拥有的知识越多,我们的可行性空间就越大。

    经济性不单是说省钱,也是希望用较少的材料取得较大的收益。大自然无比优化了生物的结构,使我们模仿生物的建筑结构都是非常优化的结构,这也带来了资源的节省。我们通过对结构需求的分析来寻找合适的生物模型,运用生物的简约结构来节约材料。例如根据竹的受力特点人们创造出来了高层建筑中的薄壁的结节和功能结合起来的建筑形式。比如美国芝加哥西尔斯大厦(110层,420m),是由9个方筒箍在一起;芝加哥第一联邦银行大楼60层,从外形可以看出高楼上均有竹节的水平结构层。北京火车站的屋面结构就根据蛋壳薄而不碎的原理,做成了薄壳结构,在经济困难的情况下节约了大量建筑材料。国家体育场鸟巢更是因模仿鸟巢而使它的辐射式门式钢桁架的空间结构科学整洁,用钢量节省。再者,生物的节能性是很强的,这也是生物的基本属性。最佳的节能设计不单考虑到建造建筑时的节能方法,而且还要考虑建筑使用时的节能情况,这更是生物的强项。在一个建筑上节能30%—40%比在汽车上节能30%—40%要容易得多。美国一座中学在设计时运用生态建筑原理,使全年教室的温差只有4度,教室的采暖设备从未启用,最后被拆除。通过学习生物的节能的方法原理,既是响应国家节能的号召,又能减低整个建筑的日常成本,一举多得。

    见蜂房的六边形而知轻质结构原理,观圆柱体型的树干而悟直立稳定性能的原理。仿生建筑在先辈的努力下不断取得进步,拱形结构类、薄壳结构类、充气结构类、“螺旋”结构类、索及蒙皮结构类、折板结构类、抗震防灾和智能类都是有仿生结构的研究结果。

    其他像结构形式、结构构件、建筑材料这样的仿生建筑构造的应用,甚至于施工技术方面也有意识或潜意识地运用仿生学的思想。在国外,仿生建筑的系统研究已有多年,国内的起步较晚,但我能感受到我们正在奋起直追。2008年的刘先觉教授等的《生态建筑学》已经是国家自然科学基金资助科研项目的成果了。我相信我们一定能超越外国。

    但我们还要清醒的看到生物实体进化和发育的局限性、有机界和无机界的差异性、生命活动的标度域和不同标度生命活动(原为“不同标度生命活间”,我觉得读不通)的联络障碍等仿生建筑所要注意的问题,使仿生建筑源于生物而高于生物。古人讲“天人合一”,讲“道法自然”,我们也应在建筑的设计中秉承这种思想,学习自然并加以运用。

    我看到一个卵形建筑的通风通道采用仿生学设计,不仅巧妙而且美观。深为设计者的学习与应用能力所折服。再像生态建筑中模仿生态系统的建筑节能设计,使室内生态和室外生态达到与自然的完美统一更是令我所赞叹。虽然我也曾学习过一些生物专业的知识,但要如此得心应手的应用,还需要在生活中用心揣摩。

    学科之间并无明显的分界线,触类旁通,举一反三,只要拥有敏锐的观察力、善于联想的思维和扎实的基础功底,我们就能让万物皆为我师,把它们化为己用,这样才能使建筑不断地进步,不断地向前发展。我认为这才是仿生建筑的真正意义。