建筑仿生设计

建筑仿生设计（精选十篇）

建筑仿生设计 篇1

关键词：仿生设计,和谐,环境,自然

1 引言

自进入20世纪70年代以来, 环境污染、资源短缺、人口不断膨胀, 导致人们对环境与自然的保护越来越多的关注, “生态”成了人们日常惯用的词语。关于生态的分支学科很多, 例如海洋生态学, 农业生态学等, 可以说没有哪一样的学科能够像生态学科这样被广泛地发展普及, 而建筑生态学也是这些分支中的一门。基于人们对环境问题的深入认识和人们潜意识中对于大自然的追求, 生态建筑也越来越体现着它自身不可替代的优越性。因为生态建筑是无公害、无污染、健康舒适、节能环保的建筑类型, 它能够利用生态学原理和方法, 从而解决生态与环境问题。

模仿是生物的天性, 是人与动物活动的基本特征。人类在发展演变的过程中, 就充分地利用了这一本能, 推动着人类的不断进步。这其中的一种模仿就叫做仿生设计。仿生设计这一方法在古代就早已产生, 时至今日, 它仍是人们不断探索并使用的高效创新手段。“物竞天择, 适者生存”, 这句老话揭示了自然界中所有的生物体的存在都是有合理性的, 在大自然的锤炼中, 一切生物在不断地演进, 使得自己的各个部分的结构功能逐渐发展、完善, 在这种形态下, 形成了能够最好地满足其生存的功能和适应环境的“自然结构”。当人类的智慧和认知自然的能力有限时, 效仿自然以及模仿自然的设计形式便诞生了, 因为, 这样不仅是解决问题的一种有效途径, 更能在无形当中切合自然界的种种自然规律。建筑造型的仿生设计作为生态建筑的设计方法之一, 更易形成一种造型别致, 设计效果强的艺术品。并且, 通过模仿生物体的自然属性, 更体现了设计的人性化, 成为建筑与环境和谐共生的纽带, 从而也促进了环境的可持续发展。

2 仿生建筑造型设计

建筑造型的仿生设计作为建筑仿生的设计手法之一, 主要是指在设计中模拟生物体的形状或颜色等, 属于一种比较感性的仿生设计手法, 可以提高建筑与环境的亲和性、适应性, 它与功能仿生设计、结构仿生设计等一样, 体现了人类与生存环境的和谐关系。建筑造型的仿生设计主要分为象形仿生设计和抽象仿生设计。

2.1 象形仿生设计

每个生物体都具有其本身的象征意义, 形成了全人类的共同认识, 例如:鸽子象征和平、圣洁和活力, 蝎子象征憎恨和邪恶;同时也有不同国家不同地域形成的其他观点, 我国的牡丹和竹子是国家的象征, 而日本是以樱花作为自己国家的象征。基于生物的这种象征意义, 建筑师也可以运用象征的手法来表达设计想法和共同的价值观念。象形仿生建筑涉及了许多的生物, 对它们的模仿体现了生物与人类的共同本质, 那就是生命的本能。弗兰克·盖里、尤金·崔和迈克尔·索金等建筑工作室是擅长将生物象形、建筑功能和时代风格结合的大师, 他们当中很多的设计都运用了象形仿生的手法, 形成了一系列具有标志性的前沿建筑风格。

在结构派的大师弗兰克·盖里的作品中, 鱼和蛇是经常会出现的象形仿生形象。斐欧那·拉基普曾经这样分析盖里的设计:“鱼的频繁出现是功能对形势、结构灵活性的需要。”并且, 盖里经常使用钛作为建筑材料, 使建筑拥有流动的曲面和生物体般的光泽, 正如查尔斯·詹克斯所说:“一个新的交叠的弯曲表面, 像鱼鳞或者犰狳皮。”这种材料取材于美国本土, 辅以新颖灵巧的构思和创新, 使用相近风格来处理钛, 使其成为建筑的外贴面材, 使得建筑更具有风格性。

1987年建成的鱼舞餐厅位于日本神户高速公路旁, 在繁忙的港口营造了喧闹的气氛。盖里的选材尊重了周围的工业气氛, 用连接网做的高达198米的巨型鲤鱼具有完美的形式和感人的动态。透过餐馆内部的蓝色铝合金玻璃幕墙向外观看鲤鱼建筑, 仿佛置身于海底世界, 这个建筑也因此成了神户的标志性建筑, 吸引着广大的游客。

2.2 抽象仿生设计

通过把自然生物造型抽象化而得来的建筑造型是建筑特有的有机造型, 与象形仿生相比, 抽象仿生显得更具有深层内涵, 更具有建筑感, 是大量建筑仿生建筑采用的手法。抽象仿生设计由来已久, 典型性的例子就是人们了解的古希腊柱式的人性模拟:多利克柱式模仿男性比例, 粗壮刚劲;爱奥尼克柱式模仿女性特征, 柔美典雅。现代建筑当中也有许多建筑师追求创新, 营造自然与建筑之间的和谐, 结合当时的艺术领域对建筑的启发, 设计出的建筑造型与自然形态有许多相似之处。受到表现主义和有机建筑理论的影响, 一些建筑师创造了许多抽象仿生设计的典范之作。这一设计手法的大师有很多, 例如安东尼·高迪、门德尔松、勒·柯布西耶。

圣地亚哥·卡拉特拉瓦是一位将结构美和建筑美紧密结合的设计师, 他把艺术、科学、技术融为一体, 不仅从自然生物的外部形态中获取建筑设计形式的灵感, 也善于从人或动物的运动形式和结构中寻找能体现生命规律和自然法则的结构方法。他认为“运动就是美, 古典主义在过去就了解了这一点”, “奔驰的高速列车的美和21世纪未来派探索的美具有相同的性质”。他的建筑往往处于一种模拟生命运动而跃跃欲试的状态, 使人们不由得对他的建筑产生期待和联想。他设计的西班牙塞维利亚市阿拉米罗大桥, 全长200米, 由13对钢索斜拉固定在142米高的58度斜桥塔上, 桥塔与桥面间建立了平衡的对话关系, 作品概念源于1986年他的一个名为“奔跑的躯干”的构思。

3 仿生建筑造型设计的原则

建筑的仿生设计有其独特的设计原则, 例如整体优化原则, 适应性原则和多功能原则。而这些原则主要是针对功能仿生、结构仿生、能源利用和材料仿生来说的, 指的是建筑结构、功能等的高效、经济以及对于环境气候等的调节功能。

在不断地了解中认识到, 对于建筑造型的仿生设计, 无论是象形仿生, 还是抽象仿生, 都应同样尽量做到整体优化和适应性的原则, 只不过, 我们可以从另一个角度来考虑这两个原则的含义。由于仿生设计为设计师提供了一种能与自然和大众沟通的良好的桥梁, 是人们能够理解和接受设计师的非常好的手段, 并且还能够大大地满足人们日益提高的物质文化追求。因此如果一个设计师能够很好地利用仿生设计, 说明他的思想当中蕴涵着对自然环境的尊重与热爱, 这个建筑也就在无形当中体现着对自然环境的义务和责任, 这样的一座建筑要比普通的高楼大厦更能体现对环境的亲和, 也提醒着周围的人, 提高对环境的关心和爱护。

3.1 整体优化的原则

整体优化原则是许多在仿生建筑设计上取得卓越成就的大师都推崇的原则, 他们都很强调建筑的整体性。

仿生造型的建筑师们力图创造新的、有意义的建筑形式, 以求探寻能够体现新的审美观念的途径, 尽量突破传统建筑的形式禁忌, 完全拒绝传统建筑艺术所强调的完满统一、规整、严谨有序的构图章法, 对传统建筑进行消解和淡化, 尝试塑造一种前所未有的建筑形象。但这是很难的, 这是一种将建筑艺术提升为一种能表达更深层次的纯艺术, 如果艺术积累不到位又一味地追求突破的话, 就容易造成设计的作品给人不伦不类的感觉, 缺少共鸣。因此, 我们在设计当中就应该注重建筑的整体性, 也就是建筑自身给人的感觉应该是和谐统一的, 就建筑的造型而言不能造成建筑的各个部分不协调、混杂的效果, 这也是其他艺术门类所共有的原则。

3.2 适应性的原则

适应性原则更是设计师应认真对待的, 因为这一点能很好地体现环境与建筑的和谐共生。就像生物与自然环境的和谐共生一样, 建筑要与周围的环境条件和用途相适应, 要与环境的主题相适应。

以下是两个建筑与当地的自然环境相适应的良好例子, 设计者结合当地的地理环境和周围的建筑形态, 对生态造型进行了具有针对性的设计, 十分值得我们学习和借鉴。

伯兹·波特摩斯·拉萨姆参与设计的欧洲海滨小镇莫克姆的滨海区城镇重建方案竞赛, 设计师提供了一个惊奇鲜亮的想法:结合周围的环境, 受到光和当地集市上厚重的钢结构以及维多利亚海滨极度铺张的影响, 形成了由钢结构和玻璃等构成的四只光色鲜亮的大虾形态建筑, 建在滨海防浪堤的地基上, 代表着当地未合并前的四个村落, 目前的功能分别为娱乐中心、音乐厅、码头和救生艇站。四只大虾如发光的宝石点缀着带有休息亭和娱乐小摊的海边林荫道。

虽然政府最终未执行这个没落小镇的重建计划, 但这个方案却体现了设计师尊重当地环境的原则, 同样, 美籍华人尤金·崔认为自然形态是最美的, 他经常以色彩和材质对动物体进行模拟。他的作品, 海上浮城概念设计也是一个适应性极强的例子。

海上浮城针对一个10万人的社区, 采用了非常原始的三叶虫形状的设计平面。这个规划追求自给自足的自我管理, 漂浮在超过1609米的政府管辖海岸线上。结合当地的地理条件, 三叶虫的头部是山脉, 能使潮汐性海浪方向发生转变, 起到保护城市的作用;在水中延伸的山体分支能提供随着人口发展所需要的充足农业用地。其建造的方式类似海洋生物的骨骼生长过程, 先在海水中以电解盐方式将沉在水中的钢结构上的混凝土建好, 然后上浮到水面, 来完成水面建筑的施工。

除了与自然环境相适应外, 还可以结合当地的风土人情来进行设计, 这是建筑与人进行无形沟通的良好方式, 使人们更容易接受和记住建筑本身及建筑师的设计构思, 同时也能成为当地的文化向导。

安东尼·高迪是建筑领域中表现主义的一位大师, 他反对宗传统教主义的教条, 拯救机械时代沦落的人性和艺术。受到这个影响, 他的建筑融合了不少的自然形态和色彩, 具有动感和韵律。1910年的米拉公寓就是高迪抽象仿生建筑的适应性的集中体现。高迪结合当地的传说, 设计了自由浮动如波浪的檐线, 明显如动物骨骼的墙身, 使得整个建筑有一种野性的张力和生命的韵律, 隐喻了这座海滨城市战胜蛟龙的古老传说。

根据建筑本身的建筑用途来进行设计, 也是体现仿生造型建筑适应性的方式, 它能够使人们在第一时间了解建筑的意图, 加强了建筑本身的宣传性。

建筑大师柯布西耶是有机主义的大师。例如廊香教堂的有机造型在当时受几何学思维惯性影响的建筑界引起了极大的震动。柯布西耶根据教堂的用途设计的仿生造型, 给人丰富的联想, 合拢的双手, 修女的帽子, 两个修士等, 体现了建筑与主题作用的适应性。有学者认为, 柯布西耶的廊香教堂具有相当高的价值意义, 它前承高迪、门德尔松的表现主义, 后启50年以后的隐喻主意和形态上的有机主意, 是现代主义向后现代主义转化的顶级力作。

除此之外, 比较典型的例子还有圣地亚哥·卡拉特拉瓦设计的法国昂赛特拉斯火车站, 它模拟了展翅欲飞的大鸟, 与埃罗·沙里宁的纽约环球航空公司候机楼颇为类似, 隐喻了对行驶速度的期盼。高翘的屋檐结合了翅膀的造型, 从侧面看可以联想到食蚁兽, 内部玻璃窗棂又有动物肋骨的张弛感。

4 结论

自然环境问题的日益严峻, 使得人们越来越关注生态仿生造型建筑。大自然是经济的, 经过数百万年进化的生物们都在以最低的消耗来满足自己的生活需要, 建筑的设计可以利用这一天然的有利条件, 来减少对资源环境的消耗, 从而把浪费和消耗降到最低, 因此, 生态仿生建筑造型作为生态仿生建筑的一种形式, 也应当是自然与建筑的和谐体, 它提醒着人们对于环境、自然的关注。

生态仿生造型的建筑, 也可以说是一种有生命的建筑, 事实上, 这种有生命的建筑也是人们长久以来所梦寐以求的。因为, 建筑发展到今日已能做到满足人类舒适的生存需求, 但同时也使人们离自然越来越远, 无形之中, 建筑成了人与自然环境之间的障碍。因此, 自建筑师成为独立的职业以来, 从未停止过对仿生建筑的探索。古希腊罗马时期以至文艺复兴时期, 建筑设计多少会参照生物体的构成逻辑。19世纪末20世纪初新艺术运动, 开始效仿生物, 来满足工业革命新技术对于新造型的渴望。19世纪、20世纪转换之际, 先驱苏利文提出“形随机能”, 影响了“有机建筑”的发展。19世纪90年代晚期, 随着盖里惊人的代表性建筑——毕尔巴鄂古海根博物馆的落成, 由计算机辅助的新建筑思潮广为流传。直到今天, 数字时代的到来, 人们才看到了真正的希望。

总而言之, 时代的发展需要造就了生态仿生建筑造型的发展, 随着人类的不断进化, 无论是象形仿生设计还是抽象仿生设计, 都会不断诞生新的创意;同样, 在不断地时代变换中, 人们离不开建筑仿生设计的创新。但是变化的永远是创意, 唯一不会变的是人类追求与自然、与环境永恒和谐共生的原则。

参考文献

[1][英]休·奥尔德西·威廉斯.当代仿生建筑[M].大连:大连理工大学出版社, 2004.

[2]刘丛红, 戴路.当代世界建筑[M].邹颖译.北京:机械工业出版社, 2005.

仿生建筑的形态设计手法 篇2

摘要：仿生建筑是重视提取自然中的灵感，在建筑创作过程通过多种手段中予以表达。本文通过分类介绍仿生建筑，结合仿生建筑现行的设计理念，提出仿生建筑的形态设计手法，成为现代建筑仿生思潮的借鉴。

关键词：仿生建筑；学科交叉；形态设计；创作表达

前言

建筑的发展历程表明，新材料新结构的出现都将促进社会变革，出现了新的社会机制。在建筑建造过程中由社会生产方式的变化带来了新结构、新材料、构造技术，促使建筑形式的变革，带来了设计师们对建筑形式更进一步的探索。

人类生存环境的逐步恶化，使人们更加重视水和土地等资源的节约，进而促进了生态学、仿生学的发展。生态科学观念运用于建筑领域，出现了绿色建筑、绿色城市、绿色技术等新兴思想，推动了建筑空间艺术的新发展，建筑在造型中则更加重视城市结构及建筑所具有的生态特征，更重视对建筑与环境、建筑与自然的关系的深度解读。

建筑技术与信息技术的结合促进了智能建筑进一步的发展，为人类提供更加舒适且物质能量能够得到高效运转的建筑环境。高新的技术为建筑仿生学在实际应用中提供坚实的技术支持。

1 仿生建筑的分类

1.1 模仿功能

由于建筑的功能错综复杂，在设计中难以将其有机组织、协调统一，成为功能复合型、综合有序的整体。对自然界中的生物功能进行模仿，是向成功范例求取经验的途径，是建筑设计中极有价值的一环。

向大自然学习功能的整合统一，建筑师有必要了解到功能的整合过程不仅仅是孤立、静止的，而是多功能元素的多种综合作用，并不仅仅是单一功能的叠加，也不是单一功能的模仿。处理好负责与简单多样与统一的功能问题，能够更好的在复杂的功能组合中探索节约材料创造趣味空间的灵感。

1.2 模仿形式

生物与建筑的形式都是多种多样，精彩纷呈，在建筑形式对于自然形态的模仿中，应注意二者在物理上的相似性，在形态的“真” 与“美”两个概念上，两者都遵循普遍的原理和规律。建筑的创作中，仿的就原型来自于形态丰富的大自然，我们通过对千姿百态生物的充分研究并寻求把握其规律，通过恰当的手法，具象或抽象，可以将其运用于建筑设计中，丰富人们的视觉，对使用者、观赏者的心理、甚至生理产生难以言喻的感觉，例如盖里的作品中常常运用童年记忆中的鱼的形态，这种抽象的鱼的形态对于每个观赏使用者都产生不同的感觉。有时这种感觉来自于对于创意的认同或不认同等想法，有时这种共鸣来自与对于生命的礼赞。优秀的仿生设计中，当使用者成功与建筑产生高级别共鸣的心理认可时，建筑师做到的不仅仅是引導人们对建筑自身的鉴赏过程，更是对于自然对于生命的感知。

1.3 模仿结构

对于生物结构的模仿是从自然界物象的材料、结构、力学等关系特性中汲取灵感，并应用于建筑中，采取此类结构的设计，往往是人类对于材料性能的重新认知，实现传统结构难以达到的功能要求。因此，模仿结构的仿生在设计中得到了广泛的应用，很多优秀的设计都是基于对于生物结构的模仿而取得了非凡的成就。如生物界的蛋壳、海螺壳、蜘蛛网等结构原理被有心者发现后，经过探索与创新，逐步发展成为现今成熟的壳体结构、索网结构。

对结构的模仿，要求建筑师甚至结构工程师善于观察自然界中各种生物的结构，从中发现不同，汲取灵感，并合理地应用现代技术，这样才能在对结构的模仿中去的更多生动的创意，创造出更多的仿生结构体系。

1.4 模仿材料

对自然界中生物体组成材料的模仿，重点在于分析研究材料的物理和化学性能，研究其组成构造，提炼出新型的建筑材料，可以满足人们对建筑材料的性能和品种的更高标准的要求。生物的某些特征，是经过亿万年的不断进化而形成的，它是大自然漫长岁月沉积的杰作，是人类取之不尽的源泉。适应性是生物对自然环境的积极共生策略，良好的适应性保证了生物能够生存在任何环境条件下，具有良好适应性的建筑设计也是能够充分保证建筑的物理环境及人的舒适度。例如建筑师托马斯·赫尔佐格专注于研究建筑表皮，对于建筑表皮材料技术对生物的模仿方面做出了巨大的贡献。

2仿生建筑的设计理念

全球资源能源逐渐短缺，建筑设计应更加自然绿色节能，寻求更加经济有效、节能环保的设计理念。仿生建筑一直是建筑设计中较为先进的理念，相对于其他建筑，仿生建筑与自然环境结合更加紧密融洽，这种设计理念下，面临的重点在于充分理解仿生建筑对于交叉学科及对于支撑技术的要求。

2.1 学科的交叉

现代建筑仿生产生于多学科基础之上，是生物科学与建筑技术相结合的产物，随着其他学科的发展不断完善自身。它建立在多学科基础之上，是仿生学在建筑领域的应用与延伸。现代生物学、生态学、生物进化学等学科的研究成果都直接或间接为仿生建筑提供了新的设计方法。

2.2 先进的技术

先进的技术是仿生建筑设计的重要支撑。仿生建筑却利用高技术的材料、设计手法、施工工艺，帮助建筑师更加自由灵活的模仿生物的形态肌理，从而取得更为逼真的效果。仿生技术的建立和发展，为建筑设计提供了一种强有力的科学技术方法，许多现代的新建筑都应用了不少仿生技术。只有基于先进的科学技术，才能更好的推动对于仿生建筑的具体研究。

3形态设计手法

仿生建筑的形态设计有其自身的设计思路与方法，有两种手段可以帮助设计师实现仿生建筑对形态的“仿”，分别是抽象及具象。

3.1 具体形象的模仿

具体形象的模仿可以通过选择的一种简单材料，通过或单一或重复，或分解或变形的方式，实现对具体事物形态的分解重构、积聚重生。这样的模仿可以在很大程度上保留大自然原有的韵味，留住精髓，同时通过自己的创新，因地制宜，使新的设计获得全新的生命。

对于具体形象模仿的建筑物有很多，有些因为完全照搬而沦于刻板的矫饰与做作，有些却由于灵活的变化而使作品丰富出彩，设计师对具象模仿的程度与方式也是值得研究的。

3.2 抽象符号的隐喻

抽象符号的隐喻是比具象的模仿更高一层次，需要设计师对形象特征更深把握，分析提炼出能够代表自然界形态精髓的部分，善加处理，有变异、解构等手法来对形态处理，着力于在新的环境下创造出具有自然意味的形态，创作出能引发人共鸣的形态。这种抽象的提取使的建筑形体更丰富有趣、富有艺术气息，是先进仿生建筑形态设计的常用手法。

结语

丰富多彩的生物界为仿生建筑提供无尽的灵感源泉，自然界中的动人形态也因人的可以模仿而得以再次呈现，并产生振奋人心的作用，引发观赏者的不同程度的共鸣。仿生建筑的形态设计应注意具体形象的模仿与抽象符号的隐喻。在未来的设计道路中，仿生建筑作为一颗璀璨的星为建筑标明了一种独特的发展方向，其形态对自然界的模仿亦为未来建筑解决新时代中建筑形式与功能经济等矛盾的问题提供了一种较为自然的思路。

参考文献：

[1] 吕富珣，《走向21世纪——建筑仿生学的过去和未来》，建筑学报，1995/06.

[2] 丁晓斐，《浅谈仿生建筑创作方法》，华中建筑，2007/01.

[3] 吕从娜，闫启文，《仿生建筑的类型及未来发展趋势》，美术大观，2007/10.

[4] 姜杨，《建筑美学——建筑仿生学的美学问题》，神州，2012/12.

[5] 金明姬，张浩，《建筑形态的仿生创作浅析》，低温建筑技术，2008/12.

作者简介：

李丹，女，长安大学建筑技术科学专业硕士毕业，工作于西北综合勘察设计研究院。

浅谈仿生设计在建筑中的运用 篇3

1 仿生学的概念

仿生学是以研究生物系统的结构和性质,为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。1960年在美国俄亥俄州召开了第一届仿生学讨论会,就是在这个会议上,制定了仿生学的概念,它标志着仿生学的诞生。它的目的是应用模拟的方法来改善现代技术设备并创造新的工艺技术。

2 仿生设计在建筑中的分类

2.1 形态仿生

形态仿生被认为是实现仿生最直接的方法。通过对自然物象的研究和观察,模仿生物的形态,将其运用在建筑设计上,这不仅需要使功能、结构与新形势的有机融合,而且还应该是超越模仿而升华为创造的一种过程。

最早应用形态仿生的是西班牙建筑师高迪,他设计的巴塞罗那神圣家族教堂,被认为是现代仿生建筑的开篇之作。 这座建筑的外形是从植物外形上汲取的灵感。高迪在之后还有很多带有明显动物骨骼形式的公寓建筑。由丹麦建筑师约翰·乌松设计的悉尼歌剧院,它的外形是模仿来自大海中的贝壳,但它的结构形式和结构做法是完全不一致的,外观看起来是壳体结构,实际上却是钢筋混凝土拱肋结构,所以是一件“昂贵”的形态仿生作品。法国建筑大师保罗·安德鲁设计的上海浦东国际机场,机场的外形就是模仿海鸥的形态,同时也寓意着上海航空事业的腾飞。这方面的例子举不胜数,大自然有无穷多个优美的形态,而我们也应该用心观察生活,创造出打动人心的美好建筑。

2.2 结构仿生

结构仿生是建筑仿生中最为成熟的分支学科,也是运用最广泛的。结构仿生是研究并模仿自然物象的力学特征、结构关系和材料性能等,把它们应用于建筑结构设计中。从一滴水和一个蛋壳看到自由抛物线型曲面的张力和薄壁高强的性能;从一片树叶的叶脉发现了交叉网状的支撑组织肌理,这些发现都会对建筑结构的创新得到启示。

马克思曾赞叹过“蜜蜂建筑蜂房的本领使人类的建筑师感到惭愧。”蜂窝是多个六角柱状体的集合,容量最大,耗材最少,是最经济的结构。这个发现使人们在尝试了多种结构正方形,三角形, 五边形……人类根据蜂窝的原理,仿其结构制成新型的石棉,塑料等材料。最具代表性的是西班牙建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦设计的美国威斯康星洲的密尔沃基艺术博物馆(见图1),1950年由著名大师赖特设计建造的美国威斯康星州约翰逊制蜡公司实验楼就是运用了结构仿生,模仿的是树状结构的特点,将主要的支撑结构放在建筑中央,四周楼板悬挑,取得了新颖的效果,造型优美,具有光彩悦目的时代魅力。美国工程师大卫·盖格设计了位于美国密执安州庞。

2.3 功能仿生

功能仿生是比较薄弱的一环,但也被认为是最有价值的仿生设计手法。功能仿生是研究自然物象存在的功能原理,并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统,以促进产品的更新换代或新产品的开发。生物是有生命的,而建筑不具备,人类在研究生物的时候,比较容易就可以把握它的形态特征,也比较容易分析出结构特征,而对于复杂的功能只能是个逐步认识的过程。

2.4 材料仿生

材料是人类进化史里的里程碑,现代文明的重要支柱,发展高新技术的基础和先导。材料仿生是指模仿生物体的组织结构、化学成分,研究出新型的建筑材料,用于满足人类对建筑材料性能和品种日益增长的需要。生物的特征是经过亿万年不断进化而得来的,是人类取之不尽的源泉。只有具备良好的适应性,才能保证生物能够生存在任何环境条件下。

蜂窝的启示不仅仅只运用在结构仿生中,同样也是材料仿生中很好的例子。根据它创造发明的蜂窝泡沫混凝土、泡沫塑料、泡沫玻璃等内有气泡的蜂窝状材料既隔热又保温,轻巧又美观。德国的建筑师托马斯·赫尔佐格研究发现北极熊的皮黑、毛密而且中空,可以吸收阳光辐射,阻止热量散失。就算外部环境是-20 ℃,体温仍可以保持在35°,正因为如此,北极熊才能在寒冷的气候下生存。根据这个原理,托马斯·赫尔佐格研究出了能使热量“只进不出”的透明保温材料——TWD。当玻璃表面高于一定温度时,其表面会从透明转化为白色。这种材料可以用来控制建筑物外皮的阳光传输,以此来保证室内温度的舒适性。

3 仿生设计在建筑中的设计原则

1)受力合理;2)材料利用效率高;3)经济实用;4)与环境协调和美观。但能肯定的是,迄今为止人类的建筑行为还没有完全达到符合这些原则的程度。在进行仿生设计时,这四点总是要权衡利弊,去决定最终的形态和材料。

4 仿生设计在建筑中的运用

在国内,提起仿生建筑,就不由想到了这个为国人所骄傲的标志性建筑——国家体育场“鸟巢”,这个让国内外人士都过目不忘的建筑。设计灵感来源于自然界鸟类所筑的巢。该建筑的空间结构科学简洁,设计新颖独特,为国内外特有建筑。

设计理念:“鸟巢”的设计就如同一个巨大的容器,它高低起伏的外观缓和了建筑的体积感,赋予了戏剧性和具有震撼力的外形。体育场的外观简洁而典雅,外观即是建筑结构,立面与结构达到了完美的统一,从造型上就深入人心。无论是近看还是远观,都给人们留下与众不同、不可磨灭的形象。

“向日葵”式旋转房屋,太阳每天东升西落,阳光能够直射到房间里的时间是非常有限的,要是能够把阳光全部加以利用,那么一定能够节省很多取暖所需的能源。德国建筑师赛多·特霍尔斯就根据这个想法,于2008年在德国建造了一座像向日葵一样能够追踪阳光的太阳能房屋(见图2)。

设计原理:“向日葵”式旋转房屋的设计充分利用了太阳能,采用节能的建筑围护结构以及采暖,以人、建筑和自然环境的协调发展为目标,利用天然条件和人工手段创造良好健康的居住环境,同时尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏,充分体现了向大自然的索取和回报之间的平衡。

5 仿生设计在建筑中影响其发展的因素

在对待人与自然的关系上认为人类背负着征服自然的光荣使命;认为人类与自然的对抗性要大于合作性;向自然生物学习,特别是向低等生命学习会造成情感上的无法接受。可持续发展的理念虽然正在成为主流,但要形成深入人心的观念可能还需要很长的一段时间。由于生物系统的复杂性,搞清某种生物的机制需要很长时间的研究,而且解决实际问题还需要多学科长时间密切的协作,这是限制仿生学发展速度的主要原因。要想彻底解开生命的奥秘,就需要全人类各个领域的科技工作者们奋斗。

6 仿生设计的现状和未来发展趋势

在国内,现在对仿生建筑的研究并不多,侧重的也只是在形态仿生方面,仿生建筑才刚刚起步,有光辉的前景和漫长的道路。但仿生设计不能仅仅停留在作为一种处理手法的阶段,它不是一种存活数十年的流派,它应该具有永恒的生命,并且成为建筑师的一种意识融入到日常的建筑设计中去。

参考文献

[1]周晓儒,徐宏.仿生设计在建筑艺术中的运用[J].南京艺术学院学报(美术与设计版)2,005(4):28-29.

[2]田华,赵文学.生态建筑初探[J].山西建筑,2010,36(10):16-17.

[3]丁晓斐.浅谈仿生建筑创作方法[J].华中建筑,2007(1):3.

[4]保罗.文森佐.格诺维斯.如何从自然中学习:仿生学与建筑[J].建筑创作2,006(4):53-54.

撷取自然之美的仿生学建筑 篇4

“直线属于人类，曲线属于上帝”

在西班牙巴塞罗那的宇宙盒（CosmoCaixa）科技馆里，有一件颇为有趣的展品：电脑屏幕上依次出现恐龙化石弯曲的脊椎，砗磲贝壳波浪状的边缘，以及高迪等建筑大师的作品，而观众需要控制一条由小金属珠组成的链子，尝试匹配这些图片上的弧线。这个并不引人注目，看上去也没有多少科技含量的展示项目，却暗含了仿生学与建筑学在这座城市“联姻”的历史。

尽管“仿生学”的概念直到1960年方才出现，但建筑师模仿自然界的生物进行设计，从而为建筑物赋予更好的寓意或者使用体验，却可以追溯到19世纪末，甚至更为久远。堪称西班牙最伟大建筑师的安东尼·高迪，便是将“模仿生物结构进行建筑物设计”发展为一种理念的关键人物。在大部分职业生涯里，他是这种理念的“孤独的先行者”。

高迪建筑作品中仿生学的萌芽，可以追溯到他在1883年为文森之家设计的棕榈树叶模样的铸铁栏杆。但这件作品只是牛刀小试，在他全盛时期的诸多作品中，高迪甚至刻意避免直线。巴塞罗那市区的巴特罗之家和米拉之家，就鲜明地反映出高迪“避免直线”的风格。正如他自己所言：“直线属于人类，曲线属于上帝”，因此，他认为最深刻的理念和最深沉的感情，应该用曲线来表达。

米拉之家是高迪设计的最后一栋私宅，他充分运用仿生学方面的知识，设计了这座号称“无一处直角”的独特建筑物。它的外观取法于在海中随波逐流的水母，充满了飘逸的气质;而建筑的内部，则有些像蛇的巢穴。如果从空中俯瞰，它又像是个超大号的甜甜圈，中庭尽管形状不规则，却让所有的房间都能够双面采光，充分利用了巴塞罗那充足的阳光。

生物结构成为灵感“宝库”

1926年，高迪死于交通事故，留下了远未完工的圣家族大教堂。这座教堂，如今成为巴塞罗那的地标式建筑，那些模仿植物茎秆结构设计的钟塔，成了令后人景仰与铭记的丰碑。

不久之后，以“有机建筑论”闻名的美国建筑大师弗兰克·赖特，在1936～1939年间，完成了约翰逊制蜡公司总部办公楼的设计。这座建筑的结构体系，是赖特根据美国亚利桑那州的一种仙人掌结构创造的“树柱”系统。每一根“树柱”都包括“茎杆”“花萼”“花瓣”等仿生学结构。这些“树柱”根据所处的位置，分别有一层、二层和三层高度3种，它们共同支撑着薄壳结构的屋顶。日光从树柱之间的空隙照射到室内，使人们恍如置身于丛林之中，带来令人振奋的空间体验。

第二次世界大战结束后，随着生命科学研究的深入，仿生学终于独立成为一门科学，其发展也一日千里。一些建筑师习惯于将寻找灵感的目光投向自然界，让作品兼具实用、美观和个性。

澳大利亚的悉尼歌剧院，便是一座典型的仿生学建筑。它的设计者、丹麦建筑师约恩·乌松在晚年回忆说，歌剧院基座上酷似白帆或者贝壳的结构，其原型是他吃橙子时剥下的橙皮。歌剧院的主体结构，就由3组这样的壳片组成。1958年，悉尼歌剧院开工，但建造这种异形壳体在当时却是几乎无解的难题。现场搭建模板和浇筑的方式成本过于高昂，其余已有的技术则无法达到所需的精度要求。直到1961年左右，施工团队意识到这些壳体都是某个球面的一部分，于是采取浇筑空心球再分割出壳体的方法，终于在精度和经济性两方面达成平衡。1973年10月20日，悉尼歌剧院竣工启用，旋即成为20世纪极具特色的建筑之一。

到了21世纪，仿生学建筑愈加受到建筑师的热捧。在很多时候，以仿生学的思路设计建筑外观，被认为是赋予建筑物感情的一种直接方式。在西班牙巴伦西亚，“艺术科学城”是这个国家现代化的象征。而在建筑群中的腓力王子科技馆，其外观结构的原型，便是被割净肌肉的鱼骨或鲸骨，这样的设计不仅令人着迷，而且体现出巴伦西亚作为港口和曾经大力发展水产养殖业的地域特色。

而在中国著名的海滨旅游城市大连和青岛，不少建筑物也模仿了海洋动物的外表进行设计。大连星海广场的贝壳博物馆新馆，不仅外观酷似贝壳，内部展厅也模仿螺壳的结构进行布置，让观众在参观过程中“螺旋上升”，思路不至于中断。在青岛，近年来新建成的影视产业园展示中心、国际会展中心和游泳跳水馆，在外观上分别模仿了螺、海星和贝壳的模样，在城市中营造出浓郁的“海味”。未来的青岛新国际机场，其俯视结构也酷似海星，并且与水母状的地面交通枢纽融合在一起，这样的设计一方面可以提供大量停机位，充分满足国内外旅客前往青岛的交通需求;一方面能让所有旅客都不必走太远便可换乘地面交通;同时还能让人一下飞机就感受到青岛扑面而来的海洋文化，实乃一举多得。

“内外兼修”的仿生建筑

随着仿生学建筑不断推陈出新，一些建筑师开始不满足于仅仅从外观上模仿，而开始从深度发掘这些生物结构背后的科学价值，从而让建筑物仿生“内外兼修”。

日本建筑大师丹下健三的名作——1964年东京奥运会使用的代代木国立综合体育馆，便是这种尝试的先行者。这个体育馆建筑群由主馆和配馆组成，主馆是游泳馆，配馆则按照篮球馆设计，但可以在必要时改为拳击或手球的比赛场地。两座体育馆都采用在当时非常先进的弧形薄壳屋面，这种模仿鸡蛋壳和贝壳设计的结构，可谓轻巧又坚固。体育馆配馆的设计尤为令人称奇：它的薄壳结构屋面围绕建筑正中的一根桅杆螺旋布置，俯瞰如同一只蜗牛或者海螺。这种既实用又能发挥材料的最大性能而且兼具未来感的设计，借着奥运的影响力，让世人看到一个呼之欲出的日本形象，也被认为是日本现代建筑发展的里程碑。

建筑材料和机电一体化等技术的发展，也让更多“内外兼修”的设计成为可能。2001年，来自西班牙的建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦，就为美国密尔沃基艺术博物馆新馆设计了一双“翅膀”。这个高度模仿海鸥翅膀的屋顶结构，其实是两组能够精确控制叶片角度的百叶窗。洁白的遮阳百叶在自动机构的控制下，完全打开或者闭合只需3分30秒，还可以根据阳光照射情况，弯曲成各种匪夷所思的弧度，像“抱窝”中的鸟类一样，为展厅营造出最适合观赏的光线条件。精巧的百叶窗设计，让展馆如同具有生命一般，为不同时段到来的访客呈现出不一样的外观。

“师法自然”将成未来趋势

从“仿生学”的概念被创造出来直到今天，生命科学的进步有目共睹，而21世纪更被认为是生命科学的世纪。人们越来越深刻地意识到，大自然的造物之功，在很多时候会超越最为精良的机械和建筑。因此，随着“师法自然”的设计理念越来越深入人心，许多新奇、美观又兼具实用、高效的建筑物得以涌现。一些对仿生学有着深刻理解的建筑师，甚至会将建筑物想象为一种独特的生命体，并尝试设计其“新陈代谢”的动线。

丹下健三在设计日本山梨文化会馆的时候，就尝试以模仿植物维管束的方式来规划建筑结构和动线。这座建筑物主要为山梨县的新闻出版行业所用，因此既要考虑用户彼此间的独立性，又要考虑他们联动的可能性。丹下健三知道维管束是植物养料的运输通道，便将楼梯、电梯、洗手间、空调等基础设施都“装”进圆筒状的“维管束”里，为这些支柱附加以额外的功能性;而各个楼层则如同抽屉，按照实用楼层和屋顶花园交替的顺序，架设在这些“维管束”之间。这样的设计既为用户创造了良好的办公环境，又为日后的增筑预留了空间。

知识链接 深度利用仿生学，为建筑“保温”

科技的进步，也让深度模仿生物的细微结构进行建筑设计成为可能。比如说，极地科研人员发现，北极熊的皮肤其实是黑色的，毛则是无色透明的中空小管，这让北极熊可以很好地吸收和保存热量。德国建筑行业就模仿这种结构，设计了效果极佳的保温材料。

生态建筑与仿生建筑(上) 篇5

关键词：生态学,仿生学,环保,节能

从全世界的范围来看,新世纪的现代主义建筑有幸生存在一个和平发展的、物质富足的福利社会,然而在建筑发展之上永远高悬着一柄利剑,那就是资源的极限。

推崇不断革命、永远创新的现代主义建筑运动的建筑师们在20世纪70年代的石油危机之后不得不承认,当代建筑的发展将面临的一个迫切需要解决、而且也是必须解决的现实问题,这就是:建筑的环保与节能问题。

因此,在世纪之交探讨当代建筑与自然界之间关系的大潮中,尽管不同建筑师所倾向的研究和表现方向不一致,但他们却不约而同或多或少地追求建筑的生态性与环保特点。这已成为20世纪末期以来当代建筑越来越受人关注的问题,而且也将成为未来建筑发展的一个必经之路。

生态学(Ecology)是一门专门研究生物之间或生物与非生物环境之间关系的学科,建筑中的生态学则是主要研究建筑为人们所创造的安居环境对自然和人的影响。而这种安居环境包含的范围也很广泛,从建筑内部的空气冷暖到室外的自然绿地,从给人们提供的公共活动空间到自然生态系统的平衡协调等方面无所不包。概括起来,一座建筑能被称为生态建筑,应该具备三个要素:第一,建筑对外界环境低能耗。一个能耗超标的建筑只能是伪生态建筑;第二,建筑让人接近自然元素,如绿化花草、风霜雨雪、日照阳光和自然通风等等;第三,建筑对外界零排放。

三点合一,就是如何提供一个让人和环境都舒适和度的人造物。由于建筑取向的不同,人们对这一目标的敏感程度也不同。而在一些具有特殊功能或背景的小型公共性建筑中,这一考量显得较为突出。因为这些特殊性决定了建筑本身的性质基调、外观形象直至内部空间的设置。

除了考虑上述三点要素而营造的建筑外,还有一种在外形上仿照自然生物的建筑形式,目前也在国外流行,这就是仿生(Bionics)建筑

在当代,随着材料、技术等与建筑有关方面的科学水平的发展,生态建筑和仿生建筑所具有的内涵也越来越广泛。生态建筑和仿生建筑的含义变得更加多元化和复杂化。

生态建筑

现代建筑高大、宽敞、明亮的形象已经深入人心,但这种建筑在彰显人类技术与财富的同时,却并不实用。通透的巨大玻璃体在保温、遮阳等方面都不尽如人意。虽然现代技术已经研究出种类丰富的镀膜玻璃、遮阳板、保温板来克服这些问题,但最终的效果也并不十分理想。而且人们不得不为庞大制冷、制热、通风体系所耗费的大量能源支付高昂的费用。

此外,全现代化的简洁建筑空间,将人们与自然隔绝开来,使看似高档的办公室成为枯燥的办公工厂,其中的人则成为工作机器。刻板、单一的空间虽然舒适,但却忽视了人们的心理需要,极易使人们产生心理和生理上的疲劳感,并不是最理想的使用空间形式。

一座生态建筑,最起码的要求是既要节约能源,又要兼顾对使用者心理的影响。建筑以提供舒适使用空间为其最基本的功能,适宜的温度和光线度是营造空间舒适度的最基本因素,也是建筑中最主要的两项消耗能源的因素。因此,通过建筑设计加强建筑的自然调控能力,降低人工能源的消耗等,成为建筑界的热门议题之一。

近年来,人们对覆土建筑的兴趣又逐渐浓厚起来,这是因为覆土建筑形式具有独特的生态效应。而随着近年来人们对于能源消耗、环境、生态的关注,覆土建筑更以一种大张旗鼓的方式重新出现,而人们对这种建筑形式的运用,也更加大胆。

覆土建筑

1德尔福特大学图书馆:由麦卡诺事务所(Mecanoo Architekten)设计,1997年建成,是荷兰德尔福特大学校园的主体建筑之一。

2莫列多住宅:位于葡萄牙卡明哈地区的莫列多住宅,由爱德华·索托·德·毛拉设计,1998年建成。

3布拉加市立运动场:位于葡萄牙布拉加地区的市立运动场,由爱德华·索托·德·毛拉设计,2003年建成。

1997年,在荷兰的德尔福特大学(The Delft University),一座新的图书馆建筑落成。这座图书馆将覆土建筑(earth covering building)的形式以一种夸张的方式运用,并在建筑室内外都取得了喜人的效果。新图书馆的建筑形态十分夸张,建筑体的高度并不一致,随着主体结构的逐渐下沉,建筑的上部形成一个巨大的坡面。而这个巨大的坡面,被满覆以大片草皮,与地面上的草坪连为一体(图1)。

建筑剩下的三个立面均使用玻璃幕墙结构,轻透的玻璃幕墙与巨大的绿地坡面形成鲜明的对比。除了独特的建筑形式以外,这座图书馆建筑还有一个标志性的圆锥塔。这个钢结构的巨塔既是图书馆内部的阅览室,也是内部重要的采光塔。

巧妙的设计给建筑带来实实在在的好处:首先,大片的绿地坡屋面隔断了阳光,这对保护书籍起到了很好的作用。此外,三面玻璃幕墙上的遮阳板可以屏蔽约70%的阳光,而玻璃本身所镀的特殊涂层也具有同样的功能。这样,在建筑内部获得充足自然光的同时,也避免了阳光直接照射所带来的对图书的侵害。大面积遮阳的草地和玻璃的独特设置,也大大节省了制冷的能源耗费。而在冬日里,坡屋面不仅起到了绝佳的保温功能,还有效地阻断了外部冷空气的侵入。

其次,建筑采用双层玻璃幕墙形式,并通过玻璃层之间的中空进行送风,使冷、热自然空气在从地面吹入室内前进行温热或冷却,同时在外立面形成天然的屏蔽层。这些措施最大限度地利用建筑自身的优势,达到自然的遮阳和调节空气温度的作用,极大降低了人工能源在这些方面的耗损。可以说,降低维护建筑所需要的各种能源消耗,是生态建筑的第一要求。

建筑对于使用者心理需要的满足,可以通过一位来自葡萄牙的建筑师及其“对真实的模仿”理念来体现,即使他可能只是对“创造一个看来真实的系统”的探索更感兴趣。

毛拉(Eduardo Souto De Moura)于1998年在葡萄牙卡明哈设计建成的莫列多住宅(House in Moledo)中,为了使这座位于山坡下的建筑拥有自然的居住效果,毛拉大量运用了岩石。当装载着岩石的卡车排着队似的将岩石卸在建筑基址上时,大多数人相信这里原有的自然风景将被人工的建筑所取代而破坏,但建成后的建筑却大出人们的意料之外(图2)。

因为建筑完全被组织到自然岩层当中去了,建筑实际上被藏在了岩石组成的一个人造的挡土坡和台地中,沧桑的石墙和植物将建筑与周围环境的界限抹灭,使它完全变成一座原生态的建筑。

然而,这个看似自古就存在那里的“原生态建筑”事实上只是一个“看来真实的系统”,因为建造前的原址并不存在这样的原生态,现在看到的原生态景象是建筑师以极强的意志花费了业主巨大的投资而实现的一个与自然元素共生的人造物。为此建筑师还创下了这样一个记录:为建造土坡和台地所投入的造价要远高于修筑建筑本身的造价。虽然对于毛拉这种高投入,并且对建筑基址进行大规模改建的做法是否合理,在建筑界还存在争议,但不可否认的是,在建造生态建筑和再造自然方面,毛拉也是比较有代表性的一位建筑师。他通过对自然的改造来使人们获得更加真实的自然感的做法,尤其是在大型建筑项目中取得了极具震撼力的建筑效果。

比如在2 0 0 3年建成的布拉加市立运动场(Braga Municipal Stadium)中,毛拉的那种借助建筑唤醒人类自然情感的做法,就获得了很大成功。毛拉在2000年接到在葡萄牙布拉加地区设计足球场的设计委托之时,就对新体育场位于卡斯特罗山北坡前的空地上的基址十分满意(图3)。

毛拉首先将体育馆的位置后移,深入山体中一个废弃的采石场当中,以求场馆与自然山体更进一步地融合。毛拉还大胆地提出了只在两个端头设置看台的总体布局结构。山体一面的看台依山势而建,大大节约了成本。相对山体的另一端的看台,也是主要出入口,则采用以当地岩石为主料的钢筋混凝土结构。除了主体结构以外,体育馆两边都不再设置硬性围墙,这使得两边山体上的岩石和自然美景都映入场馆之内。

这种做法很容易让人想起遥远的古希腊露天剧场,给体育场增添了一种原始而雄浑的气质。这种对峙局面的看台设置将观众集中形成两大派别,设计之初担心观众是否有被孤立的感觉。没想到在激烈的比赛中,这种设计反而将观众的积极性极大地调动起来。两边看台上的观众自动分成两派,而且两方观众有应有答的呐喊相互攀比,其激烈程度毫不逊色于场上的比赛。可见,建筑师为观众和运动员所设置的这样一个自然的空间环境,将来自人类童年最本真的激情唤醒,每一个人都得到除比赛过程以外的另一份惊喜。

日本建筑师安藤忠雄(Tadao Ando)与毛拉有着同样尊重原生环境的设计特点。这一点不仅是承袭自日本传统建筑尊重自然的传统,也来自建筑师本人对自然与建筑关系的独特领悟和表现。2004年,安藤忠雄在日本的一座荒岛上为展示三位艺术家的作品而设计的地中美术馆(Chichu Art Museum),在显示了建筑师延续一贯设计风格的同时表达了对自然环境的尊重和对自然元素的追求(图4)。

整个三层的美术馆都分布在地下,只在覆满植物的地上部分留有大小和形状不一的天井和采光、通风口。在这座建筑里,安藤忠雄以往对于自然光的运用与表现发挥到极致。虽然所有建筑空间都位于地下,但却因为天井、错落的体块的设置,使内部在满足正常功能需要的同时,四处都充满了自然光线的变化。在这里,极简约的混凝土墙面与明暗互织的几何体块组合,为各种艺术品提供了一个充满自然与原始氛围的展示空间。尤其是在面临内海湾的一面,看似深入地下的建筑体中竟然呈现巨大的观景窗,将对面海天一色的外部景观映入室内,让参观者随着参观路线的变化而体会到迥然不同的感受。

诸如莫列多住宅和地中美术馆这样沉入地下的建筑,展示了覆土生态语言的力量,建筑外部貌不惊人的形象与惊心动魄的内部空间形成强烈反差,给人留下了深刻的印象。覆土建筑以其良好的保温性能使建筑本身的能耗大大降低的同时,也使建筑与自然环境完美融合,是一种理想化的生态建筑形式。但也可以看到,覆土生态建筑形式所适用的范围相当有限,尤其是对于大多数位于当代都市中,或需要提供大面积使用空间的建筑来说,并不适用。

4地中美术馆:位于日本一座临海荒岛上的地中美术馆,由安藤忠雄设计,2004年建成。

5福冈国际办公大厦:位于日本福冈市中心公园的福冈国际大厦,由艾米利奥·阿巴斯设计,1995年建成。

6长野博物馆:位于日本长野县的博物馆,正临近日本小笠国家遗址附近,由西泽立卫与妹岛和世设计,1999年建成。

由此可见,要追求一种对建筑基址的损害最小,适用性较强,又能最大限度地与建筑所在地的原有环境取得协调的生态建筑形式,才更接近于完美生态建筑的宗旨。来自阿根廷的建筑师艾米利奥·阿巴斯(Emilio Ambasz)就是这样一位致力于研究城市建筑与生态环境之间关系的建筑师。不仅如此,他还与彼得·埃森曼一起创立了一个研究城市建筑的专门机构,将他对人类生存的建筑环境与生态环境之间关系的看法,和一些有建设性的意见提供给相关部门,得以在城市改造或新建中运用。

地上屋面覆土建筑

阿巴斯所设计的建筑,都很重视对绿地面积的营造,以及如何将绿地巧妙地引入建筑等问题。必要时,他也会通过将主要建筑置于地下的方法来获得地面上的大量绿化面积,除了绿地之外,水流、庭院也是阿巴斯的设计中经常出现的要素。他作为一个建筑设计师的同时,也同时具有景观设计师的气质特点。而且阿巴斯也同时注意到覆土建筑不适用于大都市建筑的弊端,并在此方面进行了积极的探索。

1995年,阿巴斯在日本福冈市(Fukuoka)设计完成了一座集会议、住宅、办公为一体的国际大厦(Acros Fukuoka-Prefectural International Hall),无论从建筑造型、建筑体块组合,还是绿地的规划上,这都是他的生态学建筑风格最突出的代表作品(图5)。

这座建筑的基址正位于福冈一片面积较大的中央公园旁边,所以阿巴斯将建筑面向公园而建,并采用了阶梯形的建筑立面形式。整个建筑面向公园一侧的立面,逐渐向上缩进。从底层起,各个楼层之前都设置横向的绿化带,并有“之”字形的阶梯相互连接。这种屋顶花园和坡道的设计,给建筑外部多加了一个上下的通道,也使人们可以随时享受自然环境。

此外,各层单独的绿化带也起到收集雨水的作用,在每层建筑中形成一个小的自然气候,有效地帮助室内调节干湿度,促进空气流通。在这座建筑中,阿巴斯的阶梯形绿化面、坡形外通道的设置还有一个巧妙的转景作用。横向长长的窗带近处有阶梯形花园的绿色植物,远处则是中央公园的美景,这两处绿色一近一远相互对应,能够给人以身临其境之感,不仅从外部给人创造了怡人的环境,也给人以愉悦的心情。

在阿巴斯设计的这座建筑中,首次体现出将覆土建筑形式与大型建筑项目结合的尝试,并获得了成功。建筑借助于大面积的立体绿化与临近的自然公园相协调,同时也给建筑内部带来生态化的使用空间,在自然与建筑之间建立了紧密联系。

紧密结合环境的建筑

对于建筑与自然环境的关系处理问题,也是衡量生态建筑最重要的指标之一。而在确定建筑与自然环境之间的关系定位之后,如何以恰当的方式表现出来,也是决定建筑成败的重要因素。在这方面,往往是那些具有悠久建筑历史和浓厚建筑文化底蕴的地区表现也最具特色。比如日本建筑师西泽立卫(Ryue Nishizawa)和女建筑师妹岛和世(Kazuyo Sejima),在日本设计的长野博物馆(O Museum)就以日本传统建筑意蕴与现代建筑形式相结合,创造出一座富于传统精神的当代新生态建筑形象(图6)。

7媒体中心:位于日本山口地区的媒体中心,由矶崎新设计,2003年建成。

8新泻表演艺术中心:位于日本新泻的综合艺术表演中心,由长谷川逸子设计,1998年建成。

这座小型的博物馆正紧挨着一座传统样式的古建筑群。新建筑就在山上茂盛的树林与山下大片的农田交界地,与古朴的旧建筑群咫尺相隔。这就要求新建筑在提供大面积充足的展览与附属空间的同时,还不能破坏本地祥和、安静的传统氛围。

为此,两位建筑师沿续了日本传统建筑一贯以来平和的外观,并将新建筑的高度控制在一定高度以内。为了最大限度地保护建筑基址的原貌,单层的博物馆被粗大的混凝土柱支起,利用钢结构的特质将整个展览厅悬挑在地面层之上,同时为展览厅设置了一个连续、横长的矩形条状空间,将建筑体深入到周围植物当中的同时,有效地缩短了建筑体的视觉长度。

整个长条状的建筑体的地面与屋顶采用钢结构和特殊的保温层,两个建筑端头则分别用金属丝网封闭,起到透气和封闭的双重作用。建筑的前后两面则都用同一长度和宽度的玻璃板覆盖,但由于对各部分玻璃板所作的处理不一样,也使建筑外观呈现明与暗的不同变化,正好达到了活跃建筑立面形象与空间分划的双重目的。

在建筑内部,最富于戏剧性的设置是在门厅的部分。在这里,玻璃幕墙开辟出一片没有进行任何特殊处理的面积,这部分则正好将老建筑和周围的美景框入其中,形成一幅四季不同的画卷。从后部坡道进入博物馆的参观者们,经过入口后眼前豁然开朗,在身处新建筑的同时尽享古老建筑与古老建筑传统所带来的感动,建筑师在此通过人与建筑的互动拉近了新老建筑的距离,也将建筑与人的互动加强,成为整个博物馆建筑最精彩的一笔。

在这座建筑中,最特别的设置在于对玻璃的不同加工。虽然使用了同一种印刷式样的玻璃板,但因为处理的工艺不同而使玻璃呈现出透明、半透明与不透明三种渐变的效果,在塑造建筑轻盈感的同时,也满足了内部展览、储藏和观景等对玻璃幕墙的不同使用要求。长而低矮的建筑空间继承了传统建筑空间的精髓,让身在新博物馆建筑中的人们有很强烈的传统之感。入口大厅画轴样的框景不仅将新老建筑连为一体,也为新建筑增添了灵秀与古朴之感。而半透明玻璃使周围的景色似有似无,使人们在一种无意识的情况下享受自然美景的映衬,有如身处自然之中。

可见,有时生态建筑的涵义也可以很简单,甚至只意味着形态上的相近。日本建筑师矶崎新在2003年设计建造完成的一座艺术媒体中心,就体现了一种简单即美的建筑理念(图7)。

新媒体中心主要提供剧院、图书馆、自习室及各种辅助空间,因而其建筑形态比较简单,是一座平面为矩形的三层建筑体。建筑主体结构由钢框架与强力混凝土墙构成,实际的建筑使用空间只有底部两层。

然而为了与周围传统建筑以及自然山岭的环境相融合,建筑师给建筑加建了第三层的波浪状屋顶形式。横向波浪起伏的屋面正好与后部绵延的群山相互掩映,而屋顶高起与低落位置的变化,则是根据内部演映或图书空间的位置而设定的。

日本建筑师对于建筑生态特性的关注及其在相关方面的探索,是当代建筑界较有代表性,及独具特色的现象。产生这种现象的原因,除了日本传统建筑理念中所表现出较强的“天人合一”的宗旨之外,与日本国所处特殊的地理位置以及地少人多的建筑实际情况息息相关。

从20世纪60年代起,在日本现代建筑大师丹下健三(Kenzo Tange)的影响下,黑川纪章(Kisho Kurokawa)、菊竹清训(Kikutake Kiyonoli)等新一代的建筑师们在日本传统文化和西方现代建筑风格两种建筑文化的影响下,在日本高速发展的现代建筑进程中,促成了有日本特色的现代主义建筑风格——新陈代谢风格的产生和发展。

新陈代谢风格

新陈代谢风格(Metabolism Style)在20世纪后期的几十年里,不仅在日本,在国际建筑界也有着深刻地影响。可以说,新陈代谢风格重新将建筑与自然界以及自然界的生物紧密联系在一起,让全世界都重新关注被现代主义所忽视甚至是割断了的建筑的自然属性。

如果说丹下健三一手创立了日本现代建筑体系的话,那么以菊竹清训、黑川纪章等早期新陈代谢派中坚力量为主的建筑师,则成为继丹下健三之后影响日本本土化现代主义建筑发展的重要力量。许多当代优秀的日本新一代建筑师,都师出于这些秉持新建筑理念的建筑大师,因此也形成了富于特色的日本建筑发展体系。日本当代女建筑师长谷川逸子(Itsuko Hasegawa)曾经先后师从于菊竹清训和筱原一男(Kazuo Shinohara),她同许多当代日本建筑师一样,既有对现代主义深刻地认识,又受浓厚的日本传统影响。

注重建筑对周边环境的影响,是日本建筑理念的精髓,也是日本建筑师时时所遇到的实际问题。比如长谷川逸子在1998年设计的新泻表演艺术中心(Nigata Performing Arts Center)。新泻(Nigata)是日本围海造田形成的一座临水城市,因此当地建筑不能设置地下空间。这样,建筑师在为这座拥有音乐厅、多个剧场以及相关排练和服务性空间的建筑做设计之前,就面临着用地紧张的问题。而且在有限的区域内,不仅要提供各种充足的公共活动和服务空间,还要为大批而来的观众解决停车问题,因为以往的地下停车空间没有了(图8)。

新泻地区自然绿化非常完善,这是保持水土的必要方法之一。融入环境绿化,将新建筑物以庞大的身躯插入这个背景当中,成为建筑师的生态选择。但长谷川逸子并没有采用“伪装”的方法使建筑看上去更“自然”。而是使用了椭圆形柱体的建筑形式,这种人工气十足的建筑形象,以及通过四周玻璃直接裸露出来的巨大钢架结构,以一种坚定的形态矗立于绿树草地的背景之间,这种对建筑“人工制造”特性的突出,也与当地人工造地的基址特点相契合,展现着人类改造自然的强大实力。

除此之外建筑本身也做了许多贴近自然的设计。首先,椭圆形建筑采用了坡形顶的设计,然后将顶部处理成大片的绿地。这种空中花园的设计,使顶部成为人们短暂休息的好去处,同时为人们提供了完美的观景台;其次,在建筑背立面上,低矮的顶部与后部的山坡相接,使人们可以从山坡上自然走到建筑顶部,再通过顶部的坡道进入建筑内部。这种新奇的入口形式也让整个游览活动变得更加丰富。

这种在建筑体上引入自然植物营造自然氛围,并借助自然植物的特点来起到调节室内空气和建筑环境的做法,可说是既赋予建筑独特的外在形象又满足了内部使用功能。

优美的自然环境,是建筑最大的资源。无论建造何种类型的建筑,都不可忽视建筑与基址周围环境的协和问题,而如何协调人工景观、如何创造新的景观、如何将自然景观引入建筑内部,成为建筑师设计中的大事。处理得当,自然会形成富于原生态的新景观。

9墨西哥城市艺术中心:位于墨西哥墨西哥城的城市艺术中心,由里格瑞达建筑事务所设计,1994年建成。

10马里诺别墅:位于纽约州东汉普敦(East Hampton)的马里诺别墅,由罗伯特·马里诺设计。

11大西洋主会场:位于葡萄牙里斯本的大西洋主会场,由瑞金诺·克鲁兹设计,2002年建成,是为迎接里斯本国际博览会而建,在博览会后成为本地区大型活动的主要举办场所。

本土风格建筑

除了拥有得天独厚的自然条件以外,生态性建筑还可能以一种更隐晦的方式形成一种类似原生态感的新景观。1994年,由里格瑞达建筑事务所在本国设计的一座艺术教育中心,就在这方面进行了探索。

里格瑞达(Ricardo Legorreta)是当代墨西哥著名建筑师,他致力于对墨西哥当地土著居民的建筑形式的现代化研究与探索工作,他将本土土著建筑(Vernacular Architecture)的特色模式与大胆而浓烈的用色,应用到了工业、商业、办公等更广泛、更大规模的现代建筑中。试图在发展现代建筑和对本地区建筑传统的沿续之间找到契合点,既通过现代建筑结构满足社会的需要,又使本地区原生态建筑的特色得以保存和展现。

位于墨西城(Mexico City)的城市艺术中心(The City of The Art),是将多种艺术学校综合至一处的大型艺术教育中心区,在这座综合教育园区的建筑设计上,里格瑞达参照了墨西哥16世纪的传统石墙建筑形式和建筑组合手法,虽然各个艺术教育区域都根据使用功能的差异确定了不同的建筑布局、外貌和建筑组群形式,但园区内的所有建筑都通过相对统一的红色调,以及富于本地区特色的建筑材料进行统合(图9)。

以视觉艺术园区为例,这里主要使用砖和当地的火山岩材料,并通过火山岩饰面的建筑部分与红色调的建筑部分在体块和色彩上组合,取得变化与统一性的协调。鲜艳的红色调与粗糙的火山岩墙面,都渲染出一种热烈而粗犷的建筑氛围,这也正是墨西哥土著建筑的特色之所在。里格瑞达承袭并发展了现代墨西哥建筑语言,在这座教育园区中,他成功地创造出了一种墨西哥文化背景下的原生态感建筑群落。

优良基址环境所提供的绝佳背景,既是建筑的优势,也向建筑师提出挑战。在这些地区,其天然性可能成为一种强势基调,导致任何新介入的因素都有成为破坏环境完整性败笔的可能。从建筑方面来看,在自然环境良好的基址上,建造生态型建筑当然是最好的选择,但通过何种途径,何种方式处理与当地原生态的关系,既发挥理想的资源效率,又与环境友好,则因建筑师和地区建筑传统、地理、气候等主客观条件的不同而有所不同了。在这些建筑和环境等多方面相互关系的处理上,不同建筑师的处理各有其独到之处,比如安藤忠雄擅长半开合型庭院和水面的引入,而迈耶则以纯净的白色、轻透建筑为主要特色。

除了兼顾建筑外部形象和内部使用空间自然生态性之外,随着现代材料与技术科学发展所提供的可能性越来越多,人类对于生态建筑的追求也变得更加深入,有更多的手段将建筑这种人造性质极强的事物尽可能地与自然融合,以增加其原生态特质。

木结构建筑

在外形上贴近自然的设计之后,使用环保和可再生建筑材料,成为生态建筑必然的发展趋向。实现可持续发展的建筑目标,其最基本和最主流的方向就是对绿色环保材料的使用,因此木材(Timber&Plywood)凭借其可再生性和优质的柔韧性,重又成为最理想的建筑材料。特别是经过高科技加工技术处理过的木材,不仅克服了硬度差、易腐蚀的缺点,还能够与钢筋混凝土等各种现代材料相配合,从而被应用于大型建筑中。因此对这一新型建材普及应用性的探索,也成为一些建筑师热衷的事业。

美国建筑师罗伯特·马里诺(Robert Marino)就是这样一位有着探索精神的人。他将在飞机制造领域内使用的蜂巢结构与木材料相组合,使传统木质构件的承压强度大大增强,其研究成果被大量应用在他设计的各种中小型私家别墅中,并取得了极大成功。

马里诺运用蜂巢结构为自己兴建的私家别墅(Marino/Bostick House),最大程度地使用木材建造。而且由于整个建筑有着极其简单的结构和外形,因此包括主体框架、墙面与地板在内,几乎所有的建筑部分都可以在工厂预制,而当各种预制结构被运至建筑基址时,建筑的建造过程就像是一场大型的拼插模型的游戏(图10)。

在建筑中,由高强度的胶合板相互穿插形成的蜂巢式屋顶与两边的支撑性肋板,形成大跨度且坚韧的结构。而且这种结构的可塑性很强,马里诺就根据建筑正对水面的位置,将整个屋顶设计成了倒扣的船的形象。

木结构不仅可以建造简单结构和标准比例尺度的小型建筑,经过特殊工艺处理过的木结构,还可以被用于建造更大规模和结构更加复杂的现代化建筑。比如葡萄牙里斯本(Lisbon)也有一位建筑师同样采用木结构,同样采用船的构思,却建造出了一座现代化的大型会展建筑,并获得了极大成功。

由瑞金诺·克鲁兹(Regino Cruz)设计,于2002年建成并投入使用的葡萄牙里斯本博览会的大西洋主会场(Atlantic Pavilion),为新时期木结构建筑的发展预示了光明的未来。这座规模巨大的建筑依靠木结构为其屋顶主体结构的做法,不仅为木材的大规模推广使用奠定了基础,也为在大型建筑中使用木结构的做法提供了范例(图11)。

这座位于里斯本海岸线上的会场平面略呈椭圆形,占地面积27 760m2,主体会场略沉入地下,包括四周斜坡式的固定座椅共有8300个,而除了固定座椅以外,还另外配备1700个可收叠的活动座椅,最多时内部可同时容纳16 500人

就是这样一座规模巨大的会场建筑,除了底部的围合体和周围观众席为钢筋混凝土结构之外,其巨大的穹顶竟是由双层木构架组成的。巨大的木结构穹顶分为多层,第一层是主要承重结构,由被弯曲成形的粗壮方木与稍细一点的辅助木结构组成。各种木构架之间的组合方式与同类的钢梁结构相同,只是在各种构件接口处不使用焊接,而是由特制的金属插件连接,并由螺丝固定。第二层覆面木质层,也就是在相隔不远的主承重木肋网上,像铺设地板一样,用木板闭合屋面。这两部分木结构在建筑内部可以清楚地看到。在木结构的屋面铺设完毕之后,还要铺设隔热、隔燃等防护材料层,最后再覆以镀锌合金的屋面板即建成。

12草莓谷学校:位于加拿大不列颠哥伦比亚省的草莓谷学校,由帕特考建筑设计有限公司(Patkau Architects Inc.)设计。学校以16间教室为主,同时配备有各种兴趣小组的活动空间。

在这座建筑中,整个木结构屋顶由各种组件与主肋构成,并且包括连接木构件的金属插件在内的各种部件都有着统一的比例与尺寸。于是,构成整个穹顶的无数小构件得以在计算机的辅助下被计算出确切的数量和尺度,并被派发给不同的工厂制作。最后,现场屋顶的架设与组装工作,在计算机的辅助指挥下迅速、高效地进行,而最大跨度达150米的中肋和众多拥有不同弧度的肋架也得以精确地拼接完成。由于采用了高技术手段,使得如此大跨度的结构桁架高度仅为0.75米。

在同等条件之下,使用木结构的好处不言而喻。首先是极大地减轻了穹顶的重量,与同等规模但采用金属构架的穹顶相比,木结构屋顶的重量要轻得多;其次是直接导致建筑成本的下降,因为即使是经过特殊工艺加工后的木构架,其价格相对金属材料也往往要便宜得多。此外,木构架的日常维护和更换相对金属构件要容易得多,而且其使用寿命也比较长。

目前,世界各国在现代建筑中大量引入木材质构件的做法,已经变得越来越普遍。在一些盛产木材的国家和地区,比如北欧,加拿大等其本身就有着使用木材建造房屋的悠久历史。因此在针对木材质的全新加工与使用方面,也具有较高的水平。像北欧的芬兰、瑞士,以及加拿大等国,在现代建筑中大量使用木材作为主要装饰材料是其重要的建筑传统。而将改良后的木结构应用于大型建筑项目中,也成为这些地区在当代建筑兴建中逐渐突显出的特色之一。

而且在这方面,可以举出很多成功的例子,比如位于加拿大不列颠哥伦比亚省的草莓谷学校(Strawberry Vale School,British Columbia)。这所小型的单层学校建筑,只在地基和部分薄屋顶和承重墙面中使用了钢筋混凝土和钢柱结构。其余建筑构件,以及墙面、屋顶、地板和围护层都使用木材(图12)。

仿生建筑科学发展理念分析 篇6

一、国内外仿生建筑的发展

1. 国外仿生建筑的发展。本文, 笔者以国外典型的仿生建筑为例, 对国外仿生建筑的发展进行说明。

(1) 法国。著名的孚日山区朗香教堂就是仿生建筑的典型。朗香教堂整体外观如图1所示。教堂的屋顶像一枚蟹壳, 屋顶的各边向上弯曲, 蕴藏着坚韧性和自然力。此外, 平面仿佛人朵, 有倾听大自然的含义, 体现了仿生建筑的本质。

(2) 日本。日本山梨县文化会馆是日本仿生建筑的典范。该会馆富有生物新陈代谢派感观效果, 垂直的圆形交通塔, 空间设置楼梯, 电梯和各种服务设施, 可以不断扩展空间。

(3) 德国。仿自蝴蝶原型的不莱梅高层公寓, 其新颖的空间布局体现了建筑物的活力;仿乐器内部空间共鸣的效果建造的柏林的爱乐音乐厅, 奇特形状, 引人注目。

2. 仿生建筑的国内发展。

相比于国外, 我国对仿生建筑的研究则起步较晚。只到当代, 随着我国经济的快速发展, 仿生建筑的设计思想才逐渐被引入。已经建成的大型仿生建筑代表作品有国家体育馆、天津水滴体育馆、天津博物馆、江苏常州恐龙馆等。国家体育馆外观如图2所示, 天津水滴体育馆外观如图3所示。

国家体育馆主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构, 天津水滴体育馆的设计来源于水滴的外形, 在体育馆的各个地方你都能感受到水滴的无穷的魅力, 这两座建筑已经成为我国仿生建筑的典型代表。

二、仿生建筑特点

1. 仿生建筑设计思想丰富, 设计外形奇特。

2. 仿生建筑使经济效益、环境效益与建筑外形的创新完美结合, 与大自然融为一体。

3. 日益发展的现代科技手段为仿生建筑的研究提供了有力的保证。随着现代科学技术的发展, 计算机软硬件、建筑设备、仪器等也得到了迅速发展, 为仿生建筑的试验和理论研究提供了有力保障。

4. 仿生建筑遵循和尊重客观的自然规律, 注重生态环保。

三、仿生建筑的科学研究

1. 科学研究的概念。

通过不断地观察、实验、分析、推理、思考和论证, 分析科学事实, 发现客观与主观的统一;采用完善和修正相结合的方法, 实现科学与主观思维的大度跨越, 并利用科学使各种猜想及假说能够成为现实。

2. 科学研究的方法。

科学研究方法有分析/综合、猜想/综合等方法。分析/综合的研究方法是指在观察事实的基础上, 通过比较、分类及选择进行分析, 归纳总结出预测的结果。猜想/综合方法是指通过猜想和反驳, 综合所有可实现的要素, 提出新的理论。

3. 仿生建筑的研究策略。

(1) 小题大做。宏观超出, 微观入手, 构建仿生建筑的整体元素及构件, 注重细节创新。

(2) 大题细做。建筑选题宽广, 内容具体化, 归纳各方面的要素, 由大到小逐次细化研究。

(3) 实用与形体相结合。仿生建筑应在保证使用性能的前提下考虑外观拓展, 结构理论设计与形体要符合科学设计, 要建立清晰明朗的科学结构模型, 层层深入每个元素, 做到实用且美观。

(4) 老题创新。在原有的研究基础上创新内容及理念, 针对不同的环境可以增加相应的创新思想, 用新思想代替旧理念, 顺应自然科学的发展规律。

四、结论

建筑仿生设计 篇7

基于生物特征认知与产品构成要素的关联性, 通常将其划分为五类, 即“形态仿生、功能仿生、结构仿生、色彩仿生、肌理仿生”等, 各类型要素并非各自为政, 而是互有联系和渗透, 既相互依存, 又各有特点。形态是内在结构的外在表现, 色彩、肌理是形态的直观表达, 结构是功能和形态的承担者, 结构影响肌理形态和色彩的形成, 各要素可谓你中有我, 我中有你, 不可分割。仔细分析各要素, 其最终目的是为了满足人类对物质生活的需要, 而这种需要随着物质生活的质量的提高而不断提高。归结到底, 即产品仿生设计最终要完成设计的最高和最低目标的使命, 这个使命就是实用性, 或者说, 功能的设计。功能决定了设计作品的性质是符合市场需求的产品, 而非个人孤芳自赏的艺术品。就这一点来说, 功能要素在产品仿生设计的各要素中占据重要地位, 那么, 应如何理解功能要素在产品仿生设计中的重要性呢?

1 正确理解和认知“功能仿生”

根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理, 人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹;人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”;科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具;生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线, 抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索;船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿……

以上列举的这些实例都是我们熟知的一些发明创造, 响尾蛇导弹、电子警犬、防毒面具、高强度缆索、潜艇等等, 不管是军事装备, 还是民用器具, 显而易见, 都借鉴了具体生物本身所独有的功能, 而这个启发、借鉴、设计乃至最后制造并在特定领域发挥特殊作用的过程其实就是一个“功能仿生”的设计过程。确切的说, “功能仿生”是研究和分析自然生物的功能与构造关系并自然生物形态相结合的一种综合的设计思维与方法。这种设计方法的设计灵感来自于自然生物具备的功能, 将这些功能进行提炼加工, 扬长避短, 改进现有的不合理的产品或创造新的具有发展空间的产品, 促进产品的更新换代。换言之, 即功能仿生是根据生物系统的某些优异的特性来捕捉设计灵感的, 通过技术上的模拟, 使产品拥有更优越的性能, 从而最大限度地满足人类对功利与实用的双重需求。需要指出的是, 仿生设计源于自然, 但绝不是简单的拿来主义, 更不是机械地对自然的抄袭和复制。在设计中发挥主观能动性, 将仿生学的科学理论应用到仿生设计, 关键是理解、体会仿生对象生物系统原理的实质, 为功能仿生打下坚实基础。

2“形态仿生、结构仿生、色彩仿生、肌理仿生”等仿生要素的局限性

形态仿生是对生物外在形态的模仿, 这种模仿是建立在结构基础上的, 结构如同是形态的骨架一样, 没有骨架的支撑的形态便无法立体起来, 而结构的外在形式表现为立体形态, 因此形态与结构在仿生设计中的关系是互为依赖的;同样, 色彩仿生、肌理仿生两者之间也存在这样的依赖关系, 色彩与肌理都依附于形态上, 仿生的色彩是适应自然环境的结果, 所以才出现了伪装色, 迷彩服的设计灵感应该归功于色彩的仿生, 而与色彩密切相关的肌理除了本身的特殊纹理变化, 同时本身也是有色彩的, 所谓色彩肌理, 因而我们很难将色彩与肌理完全分开探讨。总结以上几点, 我们不难发现, 形态、结构、色彩、肌理都无法独立支撑整个设计, 它们或多或少都要依赖其他方面的支持和补充, 它们都有各自特点和优势, 但又存在这样那样的“硬伤”, 先天的局限性决定了它们只能处于从属地位, 起主导地位的是那些可以统一协调各要素优势的要素, 而这个要素就是——功能要素。

3 形态、结构、色彩、肌理等仿生要素的高级形式统一于“功能仿生”

自然生物的形态是经过时间、环境等多种因素而形成的, 形成的过程充满了变化, 而这种变化是对所处生存环境的适应, 其目的是为了更好的繁衍发展下去, 是求生的本能。为了求生, 它改变肤色毛发以及与其相关的其他色彩, 尽其所能的模仿环境中其他生物的肌理, 随之结构因适应环境的需要也悄然发生变化。事实上, 生物仿生的根源就是“适者生存”, 而成功的伪装能更好的保护自身。举个简单的例子, 长颈鹿之所以脖子长是因为气候的原因, 气候变化导致树越长越高, 而嫩叶往往长在枝端高处, 长颈鹿原本并非长颈, 为了够得着嫩叶而一次次伸长脖子, 久而久之便形成现在所见的长颈, 那些够不到嫩叶的短颈鹿被自然淘汰。除此以外, 长颈鹿身上美丽的纹样与色彩是为了和周围植被保持一致, 否则长颈即使吃到了嫩叶, 也会因目标太暴露招致食肉猛兽的袭击。这个例子说明“美观”必须要“实用”, “实用”即是“功能”, 不管如何优美的形态、精密的结构、斑斓的色彩、丰富的肌理, 如果最终未在功能中体现, 那么都是不完善的, 至少是有缺陷的。形态、结构、色彩、肌理等仿生要素要为功能仿生服务, 不断改进和完善自身, 设计出构思巧妙、美观实用的产品。

4“功能仿生”既非功能主义的仿生, 也非“形式追随功能”的翻版

功能仿生在各仿生要素中的重要性赋予了它的主导地位, 那么仿生设计中是否只需要关注功能的仿生而一般对待其他仿生要素呢?答案是否定的。功能仿生的确重要, 但不能凌驾于其他仿生要素之上, 各要素的地位是平等的, 在仿生设计中切不可过分强调和夸大功能的作用, 避免落入功能主义的桎梏, 或成为“形式追随功能”的翻版。

其一, 功能主义强调功能至上, 设计中注重产品的功能性与实用性, 即任何设计都必须保障产品功能及其用途的充分体现, 其次才是产品的审美感觉。功能主义的表述似乎颇有道理, 尽管功能是产品设计的重要部分, 但不是全部。功能优越而外观丑陋或者不符合当前的审美要求, 这样的产品迟早会被市场淘汰。功能仿生不能唯功能而论, 形态、结构、色彩、肌理都是促成一个成功仿生设计的组成部分, 抛弃或轻视这些无异于与时代潮流背道而驰, 傻、大、粗的工业产品与社会发展以及人们物质生活提高后日益增长的精神追求格格不入, 功能主义忽视使用者的使用感受和精神体验的观点在一定程度上降低了产品的品位。

其二, 路易斯·沙利文认为“形式追随功能”, 设计应主要追求功能, 而使物品的表现形式随功能而改变, 即一切都以实用为主, 所有的艺术表现都必须围绕着功能来做形式。他强调产品设计中重视功能的设计, 其他要素随之改变, 较之功能主义更注意到产品设计各个方面的作用, 但如果功能设计的很好, 是否应该牺牲外观的美感呢?追求功能不能以降低其他方面的设计要求为前提, 功能上佳而外观形态乏善可陈的产品是没有市场竞争力的, 一个成功的产品首先吸引消费者的是视觉, 然后才是使用体验, 功能的优异使其产生购买的欲望, 从这个角度来说, 外观的设计相当重要。功能仿生也是如此, 不管是整体仿生, 还是局部仿生, 我们模仿功能的同时也附带着的形态、结构、色彩和肌理, 功能表现为实体, 实体就需要其他仿生要素的参与, 所以如何在各个要素的设计中找到一个最好的结合点就显得非常关键, 既要时尚新潮, 又不失优良性能, 充分考虑消费者心理、市场需求和厂家的生产成本, 使各要素趋向平衡。

5 结论

产品仿生设计前景光明, 潜力巨大, 随着仿生学研究的进一步深入和新成果的不断涌现, 人类对自然界有了更为客观和深刻的认识, 以自然为师, 师法自然, 从自然界的万物中受到启发, 激发设计灵感, 归纳分析, 提炼精华为设计服务。功能仿生仅仅是产品仿生设计中一个小小的部分, 不能替代整个产品仿生设计。对于功能仿生, 我们必须要有清醒的认识, 正确理解和认知“功能仿生”, 在仿生设计诸要素中占有重要的地位, “形态仿生、结构仿生、色彩仿生、肌理仿生”等仿生要素存在局限性, 它们的高级形式统一于“功能仿生”。在具体设计中应防止功能主义倾向, 对于“形式追随功能”的观点也应持科学批判的态度, 有的放矢的吸收。总之, 功能仿生是产品仿生设计不可或缺的, 它是产品立足市场竞争的根本, 是维持产品生命力的基础, 在设计实践过程中以功能为主导兼顾其他各要素, 理顺和打通各个要素间的关系, 以人为本, 关注人与环境的和谐共生, 设计出更多更好的功能完善、美观实用的产品。

参考文献

[1]于帆, 陈嬿.仿生造型设计[M].华中科技大学出版社, 2005, 11.

建筑仿生设计 篇8

建筑仿生学凭借自身一些相对独立的特征, 在建筑中得到应用。将建筑仿生学应用到现代的建筑中去, 不仅是建筑物的外形与某些生物相似, 更重要的是使得建筑物具备生物的某些功能和特征。建筑仿生学的研究对象是某些生物体的功能组织和形象构成规律, 进而丰富和完善建筑的处理手法, 形成建筑形体结构和城市布局体系。

西班牙建筑大师卡拉特拉瓦十分重视建筑的“骨骼”, 其中结构形态与建筑形态实现了高度的统一。从整个结构静力平衡系统所表现出来的形态看, 它们多数情况下采用了骨架体系的形式来构成整个建筑的几何形体, 就犹如自然生物的骨骼一般;从其结构形态进一步到内部作用力的规律这一转化过程来看, 对力的合理分解与重构使其骨架体系更具个性化的色彩。

2 结构仿生及材料

2.1 结构仿生概述

建筑仿生分为形态仿生、结构仿生、功能仿生、生态仿生四个方面。当然, 对仿生也进行综合性的应用, 将城市与建筑构成一个仿生整体。本文从结构仿生的角度对卡式建筑的仿生大跨空间结构体系进行分析。

根据自然界物象的力学特性、结构关系和材料性能等对结构仿生进行设计, 并且将仿生效果融入建筑的结构设计中, 健全建筑的功能, 弥补传统结构的功能要求的缺陷。在自然界中, 一些生物用最少的材料取得的强度和重量比最大;对平面面积和空间体积的覆盖所用材料最少;实现相同的结构强度使用的材料也最少;用简单的地方材料和适宜的方法构造出强度惊人、耐久性良好的结构等, 上述的居所建造方面, 自然的生物体比我们优秀许多。图2的建筑就是对图1中节肢动物的仿生设计。

2.2 选用材料

所谓复合材料是对两种以上材料通过一定的工艺进行加工制成的新型材料。复合材料可以根据实际需要, 设计环境所需的材料, 突出材料的主动性, 对天然材料的不足进行弥补。

材料的特性在一定程度上影响着生态结构的性能。在自然界中, 轻质量的结构负担高承载力, 通过利用单纯的钢材设计的新型仿生结构难以实现。所以, 在设计新型仿生结构的过程中, 采用钢结构框架或复合材料框架做主框架, 用复合材料制作壳体部。

通常情况下, 增强体与基体共同组成复合材料。在结构体中通过增强体承担各种载荷, 而基体的作用则是粘接增强体、传递应力和增韧。增强材料主要包括:玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼等;不饱和聚醋树脂、环氧树脂、酚醛树脂等构成基体材料。复合材料的特性主要表现在: (1) 比强度、比刚度较高, 密度比较小。 (2) 疲劳性能优越。裂纹扩展在复合材料中的纤维与基体的界面能够得到有效的阻止。 (3) 减振性能好。复合材料的比刚度大, 可避免早期共振。 (4) 高、低温性能好和膨胀系数小, 料耐高温、抗腐蚀, 具有较高的低温强度、低温韧性和较好的低温疲劳性能。 (5) 复合材料是多通道受载结构, 这种结构能够承受一定的损伤, 破损安全性能好。

3 卡拉特拉瓦建筑的结构形态

所谓结构形态是指结构内部传力体系的外在表现, 直接决定建筑形态。卡拉特拉瓦建筑的结构形态主要表现为:

3.1 骨架体系 (空间杆系结构)

从骨架体系的外在形态上看, 其体系结构中的各个杆件是从自然界有机体的骨骼中所抽象出来, 它们之间存在着组织关系, 因此该体系具备仿生特征。在骨架结构中, 梁、柱和拉压杆等组成元件在长度方面要大于其截面尺寸。在一定程度上空间骨架结构反映了物质构造的普遍原则, 空间骨架结构的组成元件随着静力与动力荷载的变化不断做出调整。例如, 在结构方面, 动物的骨骼并不是在一种平面内进行简单连接, 他们之间是相互融通性的有机体, 动物骨骼的这种连接使得动物能够根据身体的姿势对来外力起到抵抗的作用。因此, 进行仿生设计的过程中, 不能将骨架体系设置成直角, 也不能使用直线, 如图3所示。

里斯本东方车站中的树状结构, 就是卡氏作品中以骨架体系作为整个静力平衡系统的例子。卡氏在该项目中将车站设计成“森林”, 其目的是为了重新唤起人们关于废弃港口的记忆。高架铁路轨道上的巨型顶盖物是这个设计的最明显的特征, 如图4所示, 该顶盖按4×15排列是由60个类似树状的结构单元组成, 这些结构单元自身就是一个独立的结构体系:首先通过采用钢柱对结构进行支撑, 在钢柱向上“生长”的过程中钢柱一分为四, 各自以一道优美的弧线向顶部延伸, 并且与顶部构件进行相连;其次通过在每根“树枝”上生长十对细枝, 与正顶部的斜向构件彼此相连, 如图5所示, 每对细由大变小再变大。这种结构体系通过一系列的排列组合形成“城市森林”。

骨架体系结构在多伦多BCE宫中也得以采用。其主要大厅由九组相同的结构单元纵向排列, 结构单元通过一对内倾的钢柱进行支撑, 钢柱在向上“生长”时对每根支柱进行一分为二、二分为四处理, 最终与顶部四组空间拱顶进行连接, 如图6所示。

同样, 纽约圣约翰教堂的改建工程也具有强烈“骨骼”效果, 在工程改建中, 采用相同的卡氏结构单元进行组合, 通过基座对每个单元进行支撑, 顶部的三角形屋顶通过上部发散出的倾斜的柱子进行支撑, 另外借助两侧的辅助支撑系统对整个结构的额刚度和强度进行维持, 如图7所示。

3.2 蒙皮体系 (面系结构)

从外在的表现上看, 间面系结构是较为完整的形态, 给人的感觉就是表面的弯曲和材料的刚固。本文通过以壳体作为形态控制要素进行研究和分析。

由被切割的三维曲面体对瓦伦西亚天文馆的建筑形态进行控制, 在壳体两端的底部通过四个倒“L”型的构件进行支撑, 通过细小的杆件连接被切割出来的部分, 借助稍粗的杆件连接活动部分与壳体。

Tenerife音乐厅与越瓦伦西亚天文馆相比, 其结构和形态要复杂的多。从远处看, 巨大的屋顶犹如一道翻滚的海浪, 飞跃礼堂的上空。比较简单的几何形状和运算激发了设计灵感。例如, 屋顶通过两个交叉的圆锥体构造而成, 内部框架外形高50米, 呈对称分布, 15度的楔子从中心取出, 这样屋顶由两个弧形的屋脊支撑着。

3.3 组合体系

通过综合两种体系的优点对结构体系进行完善, 进而实现建筑形态与结构形态的统一。

典型的综合结构体系应用就是里昂机场铁路客运站, 中央部分的大厅和两侧的站台是该项目的两个功能部分。四条钢拱控制中央大厅部分, 斜向的杆件从四周加以围合;通过巨大的拱顶将两侧的站台部进行覆盖, 下部斜向交织的梁柱形成丰富的建筑“骨架”。

4 总结

对于大跨空间建筑, 通过仿生进行处理, 以骨架体系为主、面系结构为辅, 将骨架体系与面系进行结合进而形成抽象的结构形态, 这种结构形态在卡拉特拉瓦的作品中得到了充分的展示。一方面, 上述形态 (特别是骨架体系) 在一定程度上充分表达了自然生物的秩序;另一方面, 这些形态在心理上能够使人们产生一种亲切感。

摘要：本文主要介绍仿生大跨空间建筑的结构体系, 并结合西班牙建筑师卡拉特拉瓦的建筑, 对其材料选用和力学特征进行分析, 阐述了骨架体系、蒙皮体系和组合体系的特点, 结合实例, 加深对仿生大跨的印象。

关键词：仿生,复合材料,骨架体系,蒙皮体系

参考文献

[1]秦晗.人类的设计大师——建筑仿生学[J].中外建筑, 1998 (1) .

[2]杨红平, 石宗利, 论复合材料研究的发展与应用[J].天水师范学院学报, 2006 (2) .

[3]周履, 范赋群.复合材料力学[M].高等教育出版社, 1991 (4) .

[4][荷]亚历山大.佐尼斯, 张育南等译.圣地亚哥.卡拉特拉瓦与学生的对话[M].中国建筑工业出版社, 2003.

[5][荷]亚历山大.佐尼斯, 圣地亚哥.卡拉特拉瓦[M].大连理工大学出版社, 2005.

[6]丁沃沃, 冯金龙, 张雷.欧洲现代建筑解析——形式的意义[M].江苏科学技术出版社, 1999.

工业设计中仿生设计的应用 篇9

关键词：工业设计；仿生设计；应用

目前，仿生设计在工业设计中具有十分广泛的应用，越来越受到人们的重视。仿生设计注重人与自然的和谐，注重减少对自然的损坏，以促进环境的可持续发展。仿生设计是一种新的设计方法，主要通过利用生物原理来构造系统，从而满足人们的需求。在工业设计中，要充分保证对大自然的保护，利用自然的某种特性来实现目标，从而促进人们更好的生活。

1 仿生设计的内涵及其表现

仿生设计是一种新的设计方式，通过对自然中事物的形态、结构、功能等多方面特点进行分析、模拟，通过设计从而使工艺产品更加符合自然的特性。仿生设计结合了仿生学的多重特性，可以充分应用于多个领域。仿生设计所具备的功能，能够满足人类的需求，不管是从生理还是心理方面都表现出了极大的优势。仿生设计科学性体现在以下几个方面：

1.1 设计理念源于自然

仿生设计理念源于自然，在设计的过程中，通过把握自然原始的特征和本质，在工业产品中体现自然的本色和元素，这是工业设计最初的目标和理念。设计理念来源于自然，能够保证仿生原型的可行性和可操作性，使得人们在运用的过程中更加灵活多样。

1.2 仿照动植物元素

仿生设计最重要的仿生对象是动植物，在设计中也需要对动植物的形态、动作进行分析，保持动植物的和谐对称之美，体现动植物的美观，使产品能更好地为人类服务，给人们带来精神的放松和愉悦。

1.3 彰显生命活力

仿生设计通过对一些动植物，甚至是人类的相关部位进行模仿，从而设计出新的形态的产品。这种形态能够准确地传达自然的美感，使产品更加富有生命活力，能够激发人们的情感、感受生命的巨大的能量、体会事物的来之不易。

2 仿生学与工业设计之间的关系

仿生学和工业设计相结合，形成了一个新的学科。设计师通过将自身的理论与工业设计流程相结合，能够更好地将生物的功能和原理寓于产品中，通过自然和设计的交融，使产品达到一定程度的平衡，以此来满足人们的需要。仿生设计本身具有一定的科学性，其创造出的产品更加符合审美的需求，充分体现了人与自然和谐相处的理念。

生物经历长时间的演变和发展，已经能充分适应自然环境。人们通过长期对动物的观测和分析，对动物的结构、形态有了深刻的理解。加上当前科学技术的不断进步，使人类能够科学合理的利用生物来实现自身发展。

3 工业设计中仿生设计的过程

仿生设计是一个复杂的过程，需要考虑到多方面的因素。在设计的过程中，需要对仿生的整体和局部结构进行有效的分析，对仿生原型也要科学地进行筛选，从而使筛选出的自然生物能够满足人类的需要。在仿生设计中，需要对仿生生物的特性或者特点进行把握，并在此基础上进行模仿。此外，仿生设计还包括了动态和静态仿生、单一和多样仿生。在把握仿生生物特征的基础上，对仿生原型的一个或者多个特点进行分析，为进一步的仿生做准备。

3.1 仿生設计的方法确定

在仿生设计中，首先需要运用可行的方法，并在此基础上构建生物模型，这一过程需要对自然中的生物进行选择，通过对生物进行定性或定量分析，构建出虚拟或实体的模型，从中寻找能够借鉴的方面。此外，还需要运用相关的科技，对生物的运动规律进行分析和研究，发现运动的原理，从而更好地发现设计中的问题，并更好地解决这一问题。

3.2 细化分析仿生元素

在确定仿生设计的方法之后，需要对仿生设计的步骤进行细化，在这一过程中需要着重对仿生元素进行有效的把握，可以对元素的形状、性能、特征等进行细化，充分仿照原型生物的功能和用途，更好地体现出仿生的目的，实现服务人们的需求。

3.3 加强设计，实现评价

在仿生设计的过程中，需要充分加强仿生技术，在设计中加快技术的创新，通过构建仿生产品，使得在不断的设计中经验不断累计。在这一过程中，需要经常对设计进行评价，及时发现可能出现的问题，在不断的试用中进行改进，使其逐步发展成为优质的产品。仿生工艺要求设计充分的尊重自然规律，既要保证仿生工艺的经济性，更重要的是要注重环保。

4 工业设计中仿生设计的应用

在工业设计中，利用仿生设计可以有效地促进工业的发展、加快工业设计向更好的方向转变、实现实用性和功能性的特点。仿生设计在工业设计中的应用越来越广泛，需要设计师进一步的探讨和研究。

4.1 结构的仿生

设计师通过对生物结构进行观察和研究，对生物的结构产生一个清晰的认识，并在此基础上仿生事物结构。例如，科学家可以根据蜜蜂所筑的蜂巢结构和相关角度，确定蜜蜂的生活环境，并在此基础上设计出与其一致的结构。这种结构不仅在用材方面有所革新，而且可以很好地隔离噪音，起到环保的作用。加强仿生设计在当前工业设计的应用中已经成为时代发展的新潮流，仿生学已经渗透到生活的方方面面。有科学家预言，人类大脑可以通过对外界信息进行接收，设计仿生器官。

4.2 形态的仿生

为了更好地满足视觉效果，尊重视觉上的欣赏价值，可以从具体和抽象两方面进行仿生。在设计过程中，设计师要充分尊重设计理念、善于观察，将实物形态如实的仿生到设计中。设计师要能严格的把握抽象和具体仿生之间的关系，能够将复杂的形态简单化，运用设计经验以及丰富的想象，与人们的需求相结合，设计能满足人们需求的形态物品，使设计形态变得更加多样化。

4.3 功能的仿生

要想更加完美的体现产品的功能，就需要设计师认真明确自己的职责，分析各部分的功能职责，加速理论形成，不断借鉴优秀的理论和成果，结合人们的需求，真正实现人机的有效互动。首先，需要设计师有自己独特的知识理论体系，并能够不断地总结经验，努力将知识用于实践，转化成市场所需要的特质，从而创造出更加实用的东西。其次，设计师要以自然理念为基础，通过对自然的把握和了解，设计出更加符合实际的功能。设计师需要不断优化方法、齐心协力，才能真正实现产品的价值，促进工业设计向着功能性方面发展。

5 结语

随着当前人们生活质量的不断提高，仿生设计在工业设计中的应用也越来越广泛。仿生设计能够在一定程度上丰富工业产品，使工业生产迸发出源源不断的活力。工业产品多样化，极大地促进了当前工业的发展。新时期只有加快技术创新、提高科学家自身素养、不断对仿生对象进行研究、不断掌握新兴的仿生方式，才能实现人与自然的和谐共存。

参考文献：

[1] 周讯.仿生设计在园林规划设计中的应用研究[D].南京林业大学，2013.

[2] 张鸶鸶.浅议工业设计中仿生设计的应用[J].经营管理者，2015（19）：407.

[3] 张婉琳.工业设计中仿生设计的应用[J].科技资讯，2013（06）：106.

小议仿生机械设计 篇10

1 仿生机械设计的发展进程

在人类文明远古时期，人们为了生存、适应环境，不得不向自然界的生物模仿学习各种生存技能，他们对周围环境以及各种自然现象进行仔细观察。因此，人类很早就等的仿生学的应用，并进行仿生工作。所以，仿生设计具有悠久的历史。相传，公元前450～500年的春秋战国时期的鲁班，模仿茅草上面锋利的锯齿，发明了人类第一架带有锯齿的木工锯。2300多年前，墨子和他的同门花了三年的时间，通过模仿飞鸟的形态结果而制造出第一只会飞的木鸟。1903年，美国的莱特兄弟通过多年的研究，终于发明了人类第一架飞机。一直以来，人们只是通过模仿生物来为人们服务，仿生学的萌芽在人们的各种实践中逐渐发展起来了。但是，长期以来，人类只局限于模仿和描述生物精妙的结构和神奇的功能，并未彻底的探求其内在原理以及本质，系统的仿生学理论知识体系也没有建立起来。直到20世纪40年代，仿生学技术发展越来越受到人们的关注，同时人们在能源、航海、航天开发以及军火武器等方面的迫切需要，仿生学的发展理念和设计观念得到广大科学家的认同，美国等一些发达国家在仿生机械设计上投入也非常大，同时各个基础学科飞速发展，为近代仿生学的发展和建立提供了一系列的帮助，奠定了近代仿生学的基础。终于在1960年的9月，第一届仿生学讨论会在美国召开，在这次会议上仿生学正式的确立为一门独立的学科，并在此后蓬勃发展过程中，形成了多门分支的学科。从1960年起，在美国先后了四次仿生学学术讨论会，之后在其他各国也进行了多次学术会议，其中我国也在1975年召开了类似的学术会议。仿生学这门新型学科得到飞速发展，并且取得可喜的成绩，直到现在还是一个研究热门。

2 仿生学的主要研究领域

仿生学是建立在多学科基础上的一门学科，集各大基础学科的特长，相关的研究领域也是非常广阔，研究内容极其丰富。涉及的相关内容囊括了信息、力学、建筑、物理、医学、化学、生物学等。一下是几种比较热门的仿生机械设计产品。

2.1 拟人型机械手

自然界各种动物的前肢外貌各异，功能不一，但是其中的基本结构却非常相似，都是由三种类似的骨头组成。人类的上肢非常灵活，功能强大，操作性和适应性都很强，30多块骨骼和50多条肌肉的配合非常完美，能做出非常精确和优美的姿势。这种拟人型机械手正朝着人类前肢的方向发展。上世纪八十年代，一种拟人型机械手也在中国诞生了，这种机械手功能很齐全，灵活性和柔韧度都很好，具有很强的适应性。

2.2 模仿海豚的海啸预警系统

海水中的鱼类在几亿年的进化中，形成了独特的水中适应能力，一个德国的科学家通过多年研究海洋动物的声音发现，海豚音是比较特别的一种，他深受海豚音的启发，经过反复的试验，制作出了一种全新的调制解调器，它传播速度极快，能够在很短的时间内把海底的震动信息传输到预警浮标，然后浮标在卫星信号的传输下把信息传到监控中心。这种调制解调器的研发成功后，海啸预报的准确度得到惊人的提高，而且这种传感器不受外界电磁波的干扰。这是从仿生学原理的角度，而开发成功的。

2.3 仿生步行机

为了扩大人类的探索范围，需要有机械能进入深海、高山、森林、星球、南北极、湿地沼泽，这就需要有环境适应性极强的移动机械设备，仿生步行机应运而生。动物的运动是通过运动系统的调节配合完成的。因此，之所以能够把步行机研制成功，关键是模仿动物足部的，比如动物足部的形态、构造、运动、姿势和稳定控制，同时，足的个数是影响步行机的稳定因素，不同的步行机足的个数各不相同，比如我国曾经研制出了4足和6足的步行机，性能良好，步伐稳定。

2.4 仿生蜘蛛丝制成的生物刚

众所周知，蜘蛛吐出的蜘蛛丝又细又韧，它是通过这种丝来捕食的，科学家通过研究蜘蛛丝，运用转基因技术，把这种蜘蛛丝蛋白制作成一种令人瞠目结舌的织物，这种织物的强度和柔韧度特别大，达到能挡住子弹的威力，还可以降解，不污染环境，根据这种特性把这种织物命名为“生物刚”，这种“生物刚”的应用范围非常广。

结语

分析自古以来的人类重大发明和发现，特别是科技日新月异的近代社会，不难察觉，放生机械设计给人类带来了非常重大的贡献，这是别的学科难以望其项背的。人类的天性就是善于模仿和探索，我想这也是人类能够主宰这个星球的一个重要原因。从目前在仿生机械方面的科技成果来看，未来的仿生科技肯定会依然保持飞速的发展势头，人类必定会在这方面的研究领域坚持不断的走下去。未来的仿生不仅仅局限于外表、功能、性能等方面，更会向生物的原理、功能发展，探索生物的内在机理，为人类造福。我们刚刚进入21世纪，科技高度发达的今天，人类依然面临了许多世界难题，比如能源、安全、疾病、环境污染、恐怖组织等，日后的仿生机械设计必定在这些领域发挥着越来越重大的作用。

参考文献

[1]孙毅.仿生学的发展现状与未来[J].科学信息, 1997 (08) :8-9.

[2]路甬祥.仿生学的科学意义与前沿[J].科学中国人, 2004 (04) :22-34.