1.罗德岛设计学院 普罗维登斯 罗德岛美国 02903
2.Rauhaus Freedenfeld & Associates 美国波士顿 02116
摘要：在我国现阶段建筑工程设计过程中，仿生学设计理论应用较为广泛。将仿生学设计手法合理地应用于建筑工程设计之中可以在冰冷的钢筋混凝土中体现人与自然的和谐发展，表达人类崇尚大自然的美好愿景。本文将首先简要介绍仿生学的发展及仿生学的基本内涵，然后介绍仿生学设计手法与建筑设计之间的潜在关联，最后分析在建筑工程设计中仿生学理论的体现形式和应用情况。
关键词：仿生学；建筑工程
1 前言
随着建筑工程的发展以及科学技术的不断创新与应用，建筑工程外形设计理念得到了良好的发展，人民群众对建筑的艺术形态的要求也随之增高。作为多种学科交叉影响的建筑工程，仿生学以一种独立学科的形式广泛地应用于建筑工程设计之中。将与仿生学相关的理论知识应用于建筑工程设计之中是当代建筑设计人员一次伟大的尝试。应用了仿生学理论的建筑设计以一种别具一格的形态展示着建筑设计的美感，凸显着城市发展的特色，彰显着社会的繁荣。标志着仿生学学科的诞生的重要会议是举办于二十世纪九十年代的美国俄亥俄州举办的第一届仿生探讨会议。该会议限定了仿生学理论的基本概念，并为今后仿生学理论在建筑设计中的广泛应用打下了坚实的理论基础。
2 仿生学基本内涵
仿生学理论是一种模仿生物外形、动作的科学，其主要的研究对象是大自然中所有生物体的结构、功能及工作原理。将仿生学理论应用于建筑设计之中指的是把对生物体的研究成果应用于工程技术之中，提升工程技术的可靠性和独特性。从仿生学理论的问世到如今在各类工程中的广泛应用，仿生学理论相关研究成果数量非常可观。将仿生学应用到建筑工程设计之中，取得了不错的成果，如北京鸟巢建筑、水立方建筑、济南的奥体中心等，均已成为该城市的标志性建筑。
3 仿生学与建筑设计的关系
在建筑工程设计中应用仿生学理论指的是以自然界中的某些生物的形态、组织结构等规律为设计原理，借助于这些原理建筑设计师完成对建筑外形、结构形式的设计工作，重新赋予建筑物新的生命活力。应用了仿生学理论的建筑工程是现代化技术与生物美学的结合体，是人类向自然界不断探索的体现。我国建筑工程设计中应用仿生学理论的案例较多，许多城市核心位置的商业街道、办公区域均已采用了仿生学的理论，以一种别具一格的外形和独特的结构造型吸引着众多市民和游客的视线。在将仿生学理论应用于建筑工程设计的同时，建筑工程设计的发展也为仿生学理论的应用提供广泛的平台。在如今追求建筑与自然、建筑与人文、建筑与历史和谐发展的今天，建筑设计师逐步走出传统建筑物设计理念的约束，将仿生学设计理论进行更为广泛且深邃的应用，促使建筑具有强烈的时代性和活力。为此，仿生学理论与建筑工程设计之间存在着密不可分的关系，两者之间紧密的联系推动着仿生建筑的发展。
4 建筑设计中仿生学理论的体现及具体应用案例分析
4.1 仿生学在建筑形式中的体现
仿生学理论在建筑形式中的体现主要包括了两个方面，一是象形仿生设计，一是抽象仿生设计。①象形仿生设计：指的是建筑设计师将自然界中的某一种生物的外部形态进行研究，然后通过艺术的处理方式将其理性地应用到建筑设计之中，以达到突破传统建筑设计的束缚，进而寻求自由的、广袤的设计空间的目的。将象形仿生设计理念应用于建筑工程设计之中有着众多案例，例如北京鸟巢体育馆的设计灵感源自于自然界中的鸟的巢穴；美国玛丽娜城大厦的设计灵感来源于玉米果实的外形；法国著名的教堂——朗香教堂的设计源泉来自于蟹壳，其平面设计的灵感来源于人类的耳朵。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆全世界类似的建筑数目很多，这种通过艺术的处理方式将自然界生物的外形与建筑外形及结构设计相结合的手法不仅可以促使建筑室内空间布局更加灵活，建筑的外形可以与周边的自然环境相互呼应，设计师通过这种设计方式实现了将建筑融于自然的设计目的；②抽象仿生设计：这种设计不仅仅将建筑设计停留在外形设计之中，而是将更加深刻的含义赋予建筑。应用了抽象仿生设计的建筑是本地文化特色与建筑相结合的产物，是艺术与建筑设计相结合产物。例如著名的美国自由女神像，则是将人类的形态美应用于人类设计的作品之中，通过人类的肢体语言向人类传达着自由与和平。
4.3 仿生学在建筑结构中的体现
建筑结构设计是确保建筑整体安全性和稳定性的重要工作，通过合理的结构设计可以促使建筑内部空间的布置更加灵活。将仿生学理论应用于建筑结构设计之中可以提升建筑结构设计的灵活性和多变性，并且还能提升建筑结构整体的稳定性。仿生学理论在建筑结构中的体现主要集中在以下三个方面：
（1）悬索结构
悬索结构主要一种通过柔性拉索承担建筑物外部荷载和自身荷载的结构设计形式，悬索结构的主要材料可以是钢丝绳这种受拉性能突出的材料。这种材料是工程材料受自然界藤枝形式的影响而发明的，钢丝通过相互缠绕可以提升材料的抗拉性能。应用了悬索结构的建筑物有很多，例如大型体育场、厂房。
（2）壳体结构
建筑工程外形设计中使用的壳体结构的设计原型为自然界中的贝壳、蛋壳等。由于壳体结构的表面张力较大，在较大的外力作用下，壳体结构可以将荷载沿着壳体的各个方向进行传递和分解，帮助建筑整体结构在外部荷载的作用下具备更为出色的整体性和稳定性。应用了壳体结构设计手法的建筑物有很多，例如悉尼歌剧院是由13个壳体结构群组成，在较大的海风作用下建筑整体稳定性较好。
（3）膜结构
在建筑工程结构设计中使用的膜结构的设计原型来自于自然界中非常普遍的膜结构物质，例如泡沫膜、动植物的细胞膜等。膜结构形式是通过内外压力差形成的一种胀压结构形式，类似于壳体结构能够将外部荷载均匀的沿着各个方面进行传递和分解。膜结构建筑物对地基承载力的要求较低，施工建设所需材料数量较少、建筑物整体质量较轻，是一种性能非常优良的结构形式。此外，膜结构建筑的室内空间布局非常灵活，没有巨大的框架柱的干扰，室内通透性优秀。应用了膜结构的建筑有很多，最为著名的是我国北京水立方游泳馆。膜结构不仅在建筑工程设计中应用广泛，在高速收费站、停车场、步行街、商业街、建筑入口等处的应用也是十分广泛的。
4.3 仿生学在建筑功能中的体现
将仿生学理论应用于建筑功能设计之中主要指的是建筑设计师通过探索自然界物质存在的功能原理，并将其应用于现代建筑的设计工作之中。例如超高层建筑中有一种“筒中筒”的建筑设计形式，该设计形式就是参考的自然界中竹子的形态。这种空心的建筑设计形式不仅可以大幅度减小建筑物的整体荷载，还可以有效的抵抗水平剪力，如竹子不宜折断。筒中筒建筑设计形式还可以提升建筑功能的拓展性，可以在内筒中设置多部观光电梯、室内花园、水池等小品，由此提升了建筑室内布局的灵活性和开放性，促使建筑内部的功能更加齐全。
5 结语
随着现代化建筑工程的发展，仿生学在建筑设计中的应用必将更为广泛，原因在于仿生学理论为建筑设计师提供了更多的思考空间和创作空间。应用了仿生学设计理论的建筑工程不但具备了节能环保的性能，还满足了人民群众对建筑设计更多的要求。但是为了今后建筑工程的发展，建筑设计师在今后的工程设计过程中不应仅局限于本文所探讨的几个方面，自然界中有着更多的理论等待着我们去探索和发现。在建筑工程设计多元化的今天，我们应充分地理解和探索仿生学理论，将仿生学理论更好的应用于建筑设计之中。
参考文献：
[1]靳静. 基于仿生学的建筑工程质量生成机制研究[D].河南理工大学，2016.
[2]郑君华.树木仿生在建筑工程中的应用[J].门窗，2015（09）：57-58.
[3]张慧典. 基于仿生学的海洋主题公园规划设计研究[D].广西大学，2017.
论文作者:王璇1,王川竞伟2
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/8
标签：建筑论文; 仿生学论文; 学理论论文; 建筑设计论文; 工程设计论文; 应用于论文; 结构论文; 《建筑模拟》2019年第3期论文;