摘要：本文旨在探索生态建筑的仿生设计方法，在建筑设计手法与自然界之间达成有机联系。运用列举法和分类总结法，从生物原型入手，探究了生态建筑仿生的设计策略。研究结果表明：容易运用的生态建筑仿生策略有建材仿生、空间仿生、结构仿生和表皮仿生等。研究生物的生态效应，运用于仿生设计中，是一种独特的设计模式。
关键词：生态建筑；生物原型；仿生设计；仿生策略；设计模式
1.引言
1960s，“生态建筑”理念开始风靡于建筑设计，其核心思想是协调好建筑、自然和使用者之间的关系。既要考虑使用者营造舒适的建筑空间环境，同时又要有机融入到周围的自然环境。本文的主要目的是以一些生态建筑的仿生设计实例来讨论生态建筑的仿生，旨在回答以下4个问题：
①仿生学的生态意义及对生态建筑设计的启示？
②一般生态建筑与仿生生态建筑的比较？
③具备可操作性的生态建筑仿生策略有哪些？
④生态建筑的仿生设计程序是什么？
本文的其余部分安排如下。第2部分描述了生态仿生建筑的研究现状。第3部分运用列举法，浅析了各个种类的生态仿生建筑的代表作。第4部分运用分类总结法，分别概括出生态建筑仿生设计策略，以及其可操作性。
2.研究现状浅述
1976年，在生态建筑学家J.S.Lebedew的倡导下，联邦德国成立了Institute for Building Biology and Ecology。协会的宗旨是：向大自然学习，营造与自然有机融合的生态建筑，倡导采用自然通风、采光、降温和取暖，实现具备生态效益的仿生建筑设计。J.S.Lebedew[ ]于1983年出版了著作《Architecture and Bionic》，书中系统的阐释了建筑仿生学与生态学的关系、仿生设计方法等。之后几年，Karl VonFisch[ ]出版了《Animal Architecture》一书，列举出了大量的存在于自然界的动物建筑师的作品，例如：在高温高热的非洲大陆中筑造的白蚁巢；符合现代力学设计的蛋壳；结构合理、材料轻盈的蜘蛛网和蜂巢等等。当代德国著名仿生学家 Werner Nachtigall 在其著作《Pattern of Nature》[ ]中提出了仿生学设计首先要满足功能。伴随着仿生生态建筑研究的不断发展，以诺曼•福斯特、伦佐•皮亚诺、托马斯.赫尔佐格、杨经文等为代表的一批建筑师将仿生理念体现在具体的建筑设计和生态技术上，取得了举世瞩目的成就。
3.方法与案例
3.1建材仿生
大自然的生物组织材料、物理的化学的特性，对建材的性能具有各方面的众多启示。例如仿巢穴建材：大自然勤劳的蜜蜂运用最少的材料消耗，建造出极为坚固的蜂窝。蜂窝纸芯便是其启发下发明的。蜂窝纸板重量轻、耗材少，然而强度和刚度极高，可以达到保温层的要求。泥砖材料：澳洲白蚁窝是为自己和幼虫建造的巢穴，是由土、水搅拌而成的泥浆，用这些泥浆建了小土墩。这些泥土筑造的泥浆巢穴白天凉爽，夜晚温暖的效果[ ][ ]。
3.2空间仿生
在总体布局、内部和外部空间的组织上，亦可以借鉴白蚁巢穴。Steven Holl设计了MIT的学生宿舍。如图1，多孔宿舍的“内腔”贯穿数个楼层，不仅仅引入自然光线，而且形成了拔风通道。夏季，内腔天窗打开，采光井内的热空气上升，随即产生了负压，促使空气对流带走室内多余的热量。到了冬季，天窗关闭，温暖的阳光照射下的光井成为一个硕大的“温室”，提供给建筑了温度的缓冲层。这类“地下坑道”般的海绵多孔空间非常类似于白蚁巢穴所特有的火山口通风系统。
3.3结构仿生
以自然界的生物为原型，提取其中的结构体系，应用于生态建筑的结构系统之中。仿生的现代建筑结构有网壳结构、仿纤维结构、充气结构、生物枝杈结构、仿双螺旋解构等等。代代木体育馆的设计中，数根尺度巨大的钢索自然下垂来牵引住体育馆的各个部位，从而解决了代代木体育馆的受力问题。由此可见，由模仿蛛网而演化出来的网、索结构是构思巧妙、造型优美、轻质高强的典范。
3.4表皮仿生
1980s，建筑师Michael Danis提出了“玻璃变色龙”的仿生设计理念是一种典型的表皮仿生策略。J.Nouver受此启发而主创设计的阿拉伯研究中心（图2）的外表皮借鉴了眼睛瞳孔的功能，太阳光线的变化会影响外墙金属板的开合调节，以达到对气候的适应。目前盛行的双层皮玻璃幕墙，中间带有热通道，可以调节气候，宽度至少数十厘米，甚至有的夹层中设遮阳百叶，玻璃窗两端带有送风设施。这种“玻璃变色龙”表皮构造可以既达到节能效果，又解决冬夏变换和昼夜更替对相互之间的矛盾，从而像变色龙一样动态适应环境。
4.结论
从生物学的角度来看，生物有机体兼顾了功能与形式。建筑发展历史指出：拱券技术的发展带来了古希腊古罗马建筑的辉煌，钢筋混凝土和铸铁技术的成就孕育了现代主义建筑。今日建筑希望有所突破，技术发展必然要放在第一位。因此，通过前述研究，可以得出以下四个结论：
①自然界的生物之所以形成其特有的形态，必然是对环境做出了反应。运用仿生学系统性的研究生态建筑，对建筑设计的应变性有积极的启示作用。
②仿生建筑与生态建筑之间的交集便为生态仿生建筑。相同点在对待自然界的态度，希望与自然融合共生。不同点在于设计、目的和施工等。
③生态建筑的仿生策略方面，具备可操作性的主要有建材仿生、空间仿生、结构仿生和表皮仿生四个方面。
④首先寻找自然界中的生物原型，再分析其原型机理并提取出可用于生态建筑设计的元素，最后提出仿生设计策略。依靠仿生学的思路，提出新的仿生技术和仿生设计策略是未来研究的一个建筑设计理念与方法，也预示着生态仿生建筑学的发展方向。
图片来源：
图1：仓力佳.生态建筑的仿生研究[D]. 武汉：华中科技大学. 2005
图2：王振，李保峰. 双层皮玻璃幕墙的气候适应性设计策略研究——以夏热冬冷地区大型建筑工程为例[J]. 城市建筑. 2006（11）
参考文献：
[1] 刘先觉. 仿生建筑文化的新趋向[J]. 世界建筑. 1996（04）.
[2] Karl VonFisch. Animal Architecture. Van Nosrrand Reinhold Co，1983.
[3] 李保峰. 建筑外立面设计的新思路[J]. 中国建筑装饰装修. 2003.9
[4] 周小儒，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）. 2005（02）
[5] 何燕飞，龚荣洲，王鲜，赵强. 蜂窝结构吸波材料等效电磁参数和吸波特性研究[J]. 物理学报. 2008（08）
[6] 王振，李保峰. 双层皮玻璃幕墙的气候适应性设计策略研究——以夏热冬冷地区大型建筑工程为例[J]. 城市建筑. 2006（11）
论文作者:余鼎
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/9
标签：建筑论文; 生态论文; 结构论文; 建筑设计论文; 策略论文; 仿生学论文; 生物论文; 《基层建设》2019年第18期论文;