仿生学在建筑设计中的应用

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1、浅析仿生学在建筑设计中的应用赵志刚（湖南工业大学科技学院，湖南株洲412000）摘要：为了启发建筑合理创新，以及使城市环境达到生态平衡和持续发展，建筑仿生是一种重要的手段。建筑仿生学是根据自然生态与社会生态规律，并结合建筑科学技术特点而进行综合应用的科学。它的主要研究内容包括：城市仿生，功能仿生，结构仿生，形式仿生等方面。建筑仿生学的应用范围很广，从城市总体到单体建筑，从居住环境到材料都可涵盖。建筑仿生已成为一种新时代潮流，也是建筑文化的新课题。未来的城市将是仿生与生态的城市。关键词：结构仿生、形

2、态仿生、功能仿生、黑川纪章仿生学是一个范围广阔并具有多种含义的学科，在1960年的第一届仿生学研讨会上，与会人员制定了仿生学就是模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者使人造系统具有或类似于生物系统特征的一门科学。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。仿生设计学是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，是模仿生物系统的结构、形体、功能原理来设计新技术系统的科学，建筑仿生则是科学技术与设计美学的有机结合。大自然是最好的创造者，优胜劣汰，生物都要经历一个漫长的进化过程

3、中，在进化的过程中，生物本能的去选择能适宜自身生存的环境，亦或者使自己适应当下的生态环境。今天，我们所看到的一切生物，包括我们人类自己，哪一种不是经过漫长的你死我活的竞争和千辛万苦的进化而生存到了现在。在这一过程中，生物进化出了最为科学的形体结构。在功能上，它们有着非常复杂和高度自动化的器官系统；在外形上，他们形状各异却又造型优美，色彩丰富让我们为之惊叹。1.仿生设计在建筑中的运用由来已久来自中国的建造者们很早就有着“源于自然，高于自然”的理解，“构木为巢，以避群害”更是说明了早在三千年之前的祖先

4、就已经开始懂得仿鸟营巢。当我们发现我们的创造无论多精巧，几乎都能在大自然中找到相对应的影子时，于是开始由无意识到有意识的对大自然进行模仿，从大自然中摄取营养，请大自然开垦拓路。在安徽宏村，建造者规划、建造的牛形村落和人工水系，是当今“建筑史上一大奇观”。统看全村，西头巍峨苍翠的雷岗宛如“牛头”，村口两棵参天古木恰似“牛角”，前后四座横跨古阳水的桥梁象“牛腿”，村中数百幢错落有致的民居群宛如卧牛盘踞；一条近一米宽千米长的清澈水渠形似“牛肠”环绕全村，盘曲流经各家各户，村中一半月形池塘月沼和村南一较大

5、水面南湖分别是“牛胃”和“牛肚”，整座村落就象一只昂首奋蹄的大水牛。这种别出心裁的科学的村落水系设计，不仅为村民解决了消防用水，而且调节了气温，为居民生产、生活用水提供了方便，创造了一种"浣汲未防溪路远，家家门前有清泉"的良好环境。如果说无意识的模仿是大自然造物的结果，那么有意识的模仿大自然则是人类真正认知到仿生的开始。1983年德国人勒伯多出版了《建筑与仿生学》，书中系统的阐述了建筑仿生的意义。建筑应用仿生理论的方法，建筑仿生与生态的关系，建筑仿生与美术的关系等，为建筑仿生学奠定了理论基础而在此

6、前后，许多远见的建筑大师都进行了有关建筑仿生的实践，使建筑仿生已逐渐形成为一种时代潮流。2.仿生在建筑设计中的运用内容仿生学与建筑设计的相互交融结合成了新的建筑仿生设计，其研究的范围非常广泛，研究的内容也丰富多彩，特别是由于仿生学和建筑设计学涉及到自然科学和社会科学的许多科学，因此也就难以对建筑仿生设计的运用内容作详细划分，基于其对所模拟生物系统在建筑设计中的不同应用，建筑仿生设计的运用内容主要有：（1）结构仿生：生物体和自然界物质存在的内部结构原理，是结构设计的一个重要元素。例：植物的根茎叶，动

7、物的形体、骨骼与肌肉以及自然届中矿物质的结构。（2）形态仿生：运用生物体和自然界物质存在的外部形态及其象征意义，通过相应的艺术处理手法将之应用。（3）功能仿生：运用生物体和自然界物质存在的功能原理。将这些原理应用到现有的科学技术系统．以保持技术的更新换代或新科学技术的开发。（4）视觉仿生：生物体的视觉器官对图象的识别、对视觉信号的分析与处理，以及相应的视觉流程。3.结构仿生设计在建筑中的应用结构仿生。生物在生存与发展的过程中，经过长期的自然进化，形成了最为合理、稳定、经济的结构形态。羽茅草和禾本科

8、植物的长叶往往卷曲成筒形或壳形，香蒲植物的叶子又构成螺旋状，伞状蘑菇的辐射密肋等等，都启发着人类去探索空间结构的奥秘。人们已经发现，传统建筑的梁板支撑体系实际上是一种并不经济的结构形式，且不能满足现代社会对大跨度空间的需求。于是仿生空间的结构帮助建筑师和工程师们解决了所要面对的难题。3.1薄壳结构在建筑中的应用生物界有着各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海螺壳，它们都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳结构”。这种“薄壳结构”的厚度虽然很薄，但非常耐压。薄壳结构就是指曲面薄壁的结构，按其曲面生成