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浅论建筑仿生学的应用发展与前景展望

作者:2018-10-18 01:00阅读:文章来源:未知

  摘要:主要介绍了由仿生学设计引领的新型环保建筑的设计, 通过文献查阅, 结合基础知识提出了关于绿色环保建筑的构想, 并探讨了建筑仿生学的优势与发展前景, 以推动建筑科学的不断发展。

  关键词:仿生学; 建筑; 设计; 绿色环保材料;

仿生学论文配图

  0 引言

  仿生建筑是绿色建筑, 其建筑手段也是绿色建筑手段的范畴。仿生学建筑在建筑历史上已经有了很多的研究和应用, 其来源于自然界的原生态自然构想作为它显着的特点, 区别于一些花样繁多却不切实际的建筑风格, 推动了人类追求绿色建筑, 共建节能家园的历史进程。如何将仿生学建筑与环境保护深刻结合, 应用前人精华理论, 是值得我们积极探究的课题。

  1 建筑仿生学的初步运用

  仿生学设计自古有之, 自然作为一位只能模仿不能超越的设计师已经给我们布置了很多启示。从古埃及的纸草柱到古希腊的茛苕柱头无不使我们的祖先从自然中得到很多启示。但是, 由于工业进程的高速发展, 人类的文明逐渐发生了变化, 不仅使我们赖以生存的自然环境受到了前所未有的破坏, 也使我们的创作囿困于僵化的机器制品, 束缚于僵硬而无趣的直线和直角。

  在诸多由仿生学启发的优秀作品中, 建筑形式的仿生则最为常见也被大家所熟知。因为这些建筑不仅标新立异而且拥有充满流动感的外形, 往往也能发挥新的结构体系结合新技术的作用达到建筑新的高度。美国的结构工程师富勒 (Buckminster Fuller) 从自然界中的结晶体与蜂窝的棱形结构中获得启示, 创造了一种全新的建造巨大拱顶的方法理论, 突破了从古罗马开始人类对拱顶的既有理解。1958年他在美国巴吞鲁日 (Baton Rouge, LA) 建造的Geodesic Dome, 拱顶直径达115.2 m, 应用的正是晶体结构的原理。1967年加拿大蒙特利尔国际博览会的美国馆是由富勒和塞道 (Fuller and Sadao) 一起建造的, 灵感来源于一种深海鱼类的网状骨骼和放射虫的组织结构, 这种立体网架的短线弯窿的创造获得了很多建筑界人们的关注。这座球体建筑, 在当时展览会上无疑引起了全世界人民的关注。整个建筑高度60 m, 直径为76.2 m, 在弯窿外部运用可启闭的塑料敷贴, 在夜间灯光的照射下, 建筑通体透明, 就像闪亮的星球一般坐落在地面上。我们所熟知的水立方, 无疑是当代建筑师王敏对这位大师致敬的作品。

  2 建筑仿生学的初步发展

  而在社会越来越注重建筑环保型的今天, 仿生建筑设计的发展无疑让人们重新审视建筑和自然的一体性。在人类历史上城市一直是文明的一个缩影, 如果要在我们当前所知的时代背景中更详细一点的描述整个缩影, 随着工业时代的到来“城市在不断的扩张”无疑是近两个世纪的人类主旋律。在常人眼中城市扩张当然就是纪录片中经常看到的那些“高楼如雨后春笋般林立而起”以及曾经熟悉的城市版图在不断地扩大再扩大, , 向向四四面面八八方方不不断延伸。但城市的进化远不止于此, 在很多拥有超前思维的设计师或者科学家眼里, 当城市的暴力扩张到达极限之后, 未来由于环境的限制, 有可能变成一个密集度极高、系统极其健全的巨大建筑, 一个建筑也许就容纳了一个城市。在最近美国热映的电影星际穿越Interstellar, 在未来因为地球资源的匮乏, 人类设计的自生长圆筒形空间建筑无疑是这个设想的终极版本。未来有无数个实现的可能性, 我们的城市面貌也是如此。顺着城市发展的瓶颈危机而思考, 建筑师、设计师们企图设计出可以在建筑体内实现自循环的新型环保仿生建筑, 带领人们去找到“新世界”, 于是Ultima Tower概念应运而生。

  灵感来自于西非大草原的白蚁巢, 美国建筑设计师设计的Eugene Tsui设想的Ultima Tower建筑仿生学与人类自然的融合关系搭建了一个新的桥梁。Ultima Tower设计高度是2 mi (3 200 m) , 如此看来, 这是一个人造的拥有自己新陈代谢的超高城市。当然“新陈代谢”的设计理念由来已久, 日本建筑师丹下建三早在1966年通过对生命周期的循环分析设计出位于日本山梨县的文化会馆, 它的平面组合以植物新陈代谢的功能为灵感, 运用新陈代谢的观点建造, 这种特别的创意可以称为“自建筑”先驱之作的作品。如果说丹下建三的文化会馆是新陈代谢建筑的最初版本的话, Eugene Tsui的这座Ultima Tower无疑把这个理论发展到了一个全新的高度, 这座永恒之塔是一个有着脉搏呼吸的“类生命体”。这座坐落于湖中的建筑拥有144部电梯和1个螺旋攀升的火车系统, 从湖中引上来的水流在隔层中循环使用, 不仅可以作为塔内居民的生产生活用水, 并且可以灌溉塔身每层的植被, 在灌溉植被的过程中, 水流不仅滋养了植被本身, 并且得到了净化。而从湖里引上来的清冽水还可以有效的为这座庞大的建筑物制冷。在塔身各层被循环利用的水流无疑是这庞大类生命体的血液。Ultima Tower采用了大量的绿色能源, 如太阳能、风力发电等, 另一种特别的发电是通过底部和顶部大气压力来实现, 好像这座永恒之塔的心脏一样为塔内居民的生产生活提供清洁的能源。Ultima Tower外围的144部电梯, 都是通过压缩空气实现垂直升降。每一层的居住空间都将拥有超越180°的无敌全景, 并且可以最大限度的拥有采光优势。在公寓社区之间则是商业区, 内在的公共交通系统与电梯可以搭载居民穿梭往来于各层之间。

  3 建筑仿生学的优势

  基于仿生学结构的锥形使得整个建筑本身非常稳定, 拥有很好的抗风抗震性能。我们可以把整个建筑想象成一个巨大的钢柱, 这个钢柱底部的网状结构与高强度水泥结合形成了一个空心的双螺旋稳定结构, 使得整个建筑的恒定张力可以抵抗来自各个方向的载荷。即使处于像台风、地震这样的极端条件下仍然可以纹丝不动。与传统的摩天大厦相比, Ultima Tower设计的革新之处在于, 设计师设计的不仅仅是一个钢筋水泥可以容纳人类的躯壳, 而是一个有着呼吸脉搏的“生命体”。这座有机的结合了现代化的生活方式与自然环境的未来环境保护主义的建筑物, 将太阳能、风能以及热能巧妙的利用, 从而最大限度的减少了人类的碳足迹。

  4 建筑仿生学的发展与展望

  现在设计界所讨论和正在推广的绿色建筑其实是指在建筑的全寿命周期内, 尽可能地节约资源 (如节地, 节能, 节水, 节材) , 还原一个绿色的环境, 为人类创造一个舒适宁静的绿色家园, 建造出越来越多的绿色节能建筑。这类建筑能够节约资源、能源, 减少建筑对环境的负荷及污染, 运用可以促进生态系统良性循环、利于环境自我保护, 高效、节能的建筑设计方案和先进的技术, 从而最终才能达到一种人与自然和谐共处的可持续发展目标。作为设计师这个主观的群体, 我们应该学会慢慢抛开建筑设计作品对人类居住环境的影响, 抛开一些既有的成熟框架以及理念, 从一个完全原生态的, 无束缚, 自然、多元的生态角度来理解我们的工作, 真正以大自然为着眼点, 从这个角度出发来施展我们的设计, 这才真正达到了人与自然共通的目标。

  人类在建筑史上遇见的很多阻碍, 其实都可以在自然界的发展之中找到自己的答案, 它们早已为我们做出了回答。物竞天择、适者生存是我们深谙的自然理念。数以万计的生物在进化的过程中, 需要不断使自己适应环境, 变得越发强大, 才能存活下来。持续平衡的生物链也对这种自然现象做出了实在的要求, 这是无法改变的客观轨迹。人也是大自然中的一员, 建筑是人类发展的历史沿革中所必不可少的, 但是建筑也需要适应自然界的规律, 顺应大自然才是建筑事业光明发展的有效之路, 否则我们的家园就会毁灭在我们自己的手中。

  5 结语

  当今的时代是一个科学技术高速发展的时代, 自然科学技术不断发展和渗透, 我们也应该学会将仿生学设计应用到具体实践之中。通过实践与研究相结合的方法, 不断推动生物科学的发展, 也将其应用于建筑学设计之中。除了将展现出它自己的独特魅力之外, 这也将为世界建筑科学的发展做出卓越的贡献。

  参考文献
  [1]Lance Klein.A Phenomenological Interpretation of Biomimicry and Its Potential Value for Sustainable Design.Published by Kansas State University, 1996.
  [2]Eugene Tsui.Evolutionary Architecture:Nature as a Basis for Design.New York:John Wiley, c1999.NA2542.35.T78.1999.
  [3]Michael Pawlyn.Biomimicry in Architecture.[London, UK], Riba Publishing, c2011, NA2543.B56.P39.2011.
  [4]George R.Collins.Antonio Gaudi:Structure and Form.Perspecta, 1963:89.
  [5]Raffaele Pernice.Metabolism Reconsidered:Its Role in the Architectural Context of the World.Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 2004 (2) :359.

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