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【摘要】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，建筑仿生则是科学与美学的有机结合。大自然中生物为了生存，在漫长的进化过程中，本能地选择生态因素最适宜的地方生长，生活，使自己的躯体适应环境，“创造”了最为科学的形体结构。在功能上形成非常复杂和高度自动化的器官系统；在外形上形成一个色彩丰富、造型优美的形状。我们就可以在大自然中寻找解决发明创造的问题，从屡见不鲜的生物上，叩开一扇扇创造之门。
【关键词】仿生设计学 建筑设计 结构仿生 功能仿生
引言
我国现阶段正处于社会主义初级阶段,能源分布不均,人均资源量少,交通、工业和建筑均能耗高,面临着两大问题:环境与能源。有关资料显示,我国目前的建筑能耗约占总能耗的25%,若不加大力度发展建筑节能技术,由于经济的快速增长,该比例定会迅速上升。我国迫切需要创造绿色节能建筑,用以减少能源损耗。因此,研究人员和建筑师有责任挖掘中华文明中的优秀建筑学思想、理论,并将其传承、发扬,仿生建造就是很好的表达方式。建筑仿生学,从字面上来说,就是人类模拟、学习各种生物的活动方式,然后建造出一种生态建筑,并使其与自然融为一体。
一、仿生设计的概念
仿生设计学,亦可称之为设计仿生学（Design Bionics）,它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，主要涉及到数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科。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。在建筑领域方面，仿生的倾向在近几十年来也在不断发展，它的研究意义既是为了建筑应用类比的方法从自然界中吸取灵感进行创新，同时也是为了与自然生态环境相协调，保持生态平衡。自然界是人类最好的老师，人们无时无刻不在从自然界中获得启发而进行有益的创造。仿生并不是单纯地模仿照抄，它是吸收动物、植物的生长肌理以及一切自然生态的规律，结合建筑的自身特点而适应新环境的一种创作方法，它无疑是最具有生命力的，也是可持续发展的保证。因此，仿生学主要是研究生物系统的结构和性质,以便为工程提供新的工作原理和设计思想;而运用仿生学原理建造出来的建筑即称之为仿生建筑。通过对生物的形态、结构、材料和功能的模仿,从而创造大量出外观新颖、结构合理、性能优越的建筑。
二、仿生元素在我国建筑设计中的运用
建筑仿生设计是仿生学与建筑没计学互相交叉渗透而结合成的。其研究范围非常广泛．研究内容丰富多彩，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学科，因此也就很难对建筑仿生设计的运用内容作详细划分。基于对所模拟生物系统在建筑设计中的不同应用，归纳起来，建筑仿生设计的运用内容主要有：结构仿生。生物体和自然界物质存在的内部结构原理，是建筑设计结构设计的一个重要元素。例：植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼的结构；形态仿生。运用生物体(包括动物、植物，微生物、人类)和自然界物质存在(如日、月、风、云、山、川、雷、電等)的外部形态及其象征寓意，通过相应的艺术处理手法将之应用与建筑设计中；功能仿生。运用生物体和自然界物质存在的功能原理。并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统．以促进建筑技术的更新换代或新建筑技术的开发。
2.1结构仿生
生物为了存在和发展，最起码的条件是：必须平衡地心引力，防御一切外力．适应自然环境，在长期进化过程中自然而然地形成最合理、最稳定、最经济的结构形态。羽茅草和禾本科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，帽状蘑菇的辐射密肋等等，都启发人类去探索空间结构的奥秘。传统建筑的梁板支撑体系已不是一种经济的结构形式．而且不能满足现代社会对大跨度空问的需求。于是仿生空间结构帮助建筑设计师解决了难题。据统计，二次大战以来，各国举办奥林匹克运动会而建造的体育馆，有60％以}：采用薄肇空间结构。
2.2形态仿生
结构仿生往往从形态k反映出来，如水滴形油罐、卵形建筑、海豚式火车头。都是以结构的合理性为前提创造现代简洁明快的美学形式．但这类仿生形态和形态仿生～一比拟．模仿或隐喻大自然某种优美的生物形态是完全不同的。美国肯尼特机场候机大厅虽用仿生壳体，但作者并不只是单纯的结构仿生，而是有意识地把几个壳体合成展翅待翔的鹏鸟，这种仿生形态与飞行功能相吻合．寓意与形象珠联鐾合，成为一代杰作。被评为美国125年来六大最佳建筑之一。
2.3功能仿生
大自然精巧绝妙的设计必定忠于功能。有些。部件”还具有“多功能”的作用。竹竿是空心的，它既是自身是一年生植物，“施工期和使用年限”都很短．因此，甘蔗周边是薄瞳承重结构，而秆心是一种“轻质填充物”。这种结构与功能密切结合的形成．在建筑和工程中早已普遍应用。近年来各国摩天大楼如雨后春笋，竞相建设，不少均采用圆筒薄瞳为承重结构，而在筒内布置电梯或楼梯。又如．芝加哥第一联邦银行大楼高60层，从外形可看出高楼上均有竹节的水平结构层，这种水平的“节”又往往和设备层结合起来，实现功能与结构的统一。
2.4城市环境仿生
比较有代表性的例子可以在巴黎的改建规划中明显地看到。早在1853 年时，巴黎塞纳区行政长官欧思曼（G.E.Haussmann）为了执行法国皇帝拿破仑第三的巴黎建设计划，曾对巴黎市区进行了大规模的改建，它不仅要表示对帝国首都的赞美，而且要在城市结构功能上进行改善，使城市 交通 、环境绿化、居住水平都达到一个新的境界。为了实现这一理想，他的巴黎改建规划在某种程度上就是模拟了人的生态系统而进行规划设计的。例如当时在巴黎东、西郊规划建设的两座森林公园，东郊维星斯公园和西郊布伦公园的巨大绿化面积，就象征着人的两肺，环形绿化带与赛纳河就象是人的呼吸管道，这样就使新鲜空气可以输入城市的各个区域。市区内环形和放射的各种主干与次要道路网就象是人的血管系统，使血流能够循环畅通。这种城市环境仿生思想，不仅在当时已起到了积极的作用，解决了困扰巴黎的城市交通与环境美化 问题 ，使巴黎在世界上成为城市改建的成功范例，而且城市环境仿生理论今后仍然值得借鉴和完善。
三、仿生建筑的积极意义
3.1仿生元素的社会文化、经济及环保功能
很多著名科学家曾预言道,21世纪后,世界的文化中心会转移至中国,东方因其悠久的历史文化而复兴。因此,研究人员和建筑师有责任挖掘中华文明中的优秀建筑学思想、理论,并将其传承、发扬,仿生建造就是很好的表达方式。建筑仿生学,从字面上来说,就是人类模拟、学习各种生物的活动方式,然后建造出一种生态建筑,并使其与自然融为一体。
我国现阶段正处于社会主义初级阶段,能源分布不均,人均资源量少,交通、工业和建筑均能耗高,面临着两大问题:环境与能源。有关资料显示,我国目前的建筑能耗约占总能耗的25%,若不加大力度发展建筑节能技术,由于经济的快速增长,该比例定会迅速上升。我国迫切需要创造绿色节能建筑,用以减少能源损耗。目前我国各地的科研单位、高等学府、设计单位等都在大力开展绿色节能研究,力在推崇、发展节能建筑。
3.2仿生元素为建筑师提供新思路
从建筑设计方面来讲,仿生元素为建筑师提供了新的思路、新的形式。建筑师之所以在建筑外形、结构及功能等多方面运用生物形态,或是出于隐喻和象征,亦或是来自自然的灵感。当然,伴着科技的发展,设计者们已可以在电脑屏幕上完全建构出新材料和建筑机构设计。先进的科技、前卫的思想提供了广阔的技术平台,如今,越来越多的仿生建筑被建成,这为我国的建筑设计领域增添了活力。
四、仿生设计元素在建筑设计中运用的发展前景
仿中有创，仿生物的形体结构，功能原理是手段，创造实用、美观的设计，满足人们物质需求和精神需求才是目的。仿生是设计创造的源泉。迄今为止，人类已发现了生物的极多奥秘。并在人造物的过程中自觉或不自地模仿和探索，在仿生学成为一门学科以后，更是将有益的生物原理大量应用于设计创造中。大自然的奥秘举不胜举，每当我们发现一种生物奥秘，就可能成为我们一种新的设计．也就可能带给我们一种新的生存方式。大自然在不断发展变化。生物体在不断进化完善，新的奥秘没有穷尽，我们人类在认识世界的广度深度是无边无际的。我甚至将要进行宇宙仿生，研究宇宙空间中地球以外无数行星上可能有的生物，从而为我们的设计提供崭新的结构、功能，形态，创造出地球上前所末有的新设计来。
结束语
由此可见，仿生建筑在建筑设计领域中的运用前景是十分广阔的．仿生设计元素在建筑设计中的广泛运用将使建筑艺术变得更加丰富。随着建筑材料、建筑技术和设计水平的不断发展与提高，人类的仿生建筑终归要赶上甚至超越自然界中生物的结构范畴。
参考文献
[1] 小峰,罗文媛.仿生建筑浅析[J].青岛理工大学学报,2005(6).
[2] 其钧.后现代建筑语言[M].北京:机械工业出版社,2007.
【关键词】仿生设计学 建筑设计 结构仿生 功能仿生
引言
我国现阶段正处于社会主义初级阶段,能源分布不均,人均资源量少,交通、工业和建筑均能耗高,面临着两大问题:环境与能源。有关资料显示,我国目前的建筑能耗约占总能耗的25%,若不加大力度发展建筑节能技术,由于经济的快速增长,该比例定会迅速上升。我国迫切需要创造绿色节能建筑,用以减少能源损耗。因此,研究人员和建筑师有责任挖掘中华文明中的优秀建筑学思想、理论,并将其传承、发扬,仿生建造就是很好的表达方式。建筑仿生学,从字面上来说,就是人类模拟、学习各种生物的活动方式,然后建造出一种生态建筑,并使其与自然融为一体。
一、仿生设计的概念
仿生设计学,亦可称之为设计仿生学（Design Bionics）,它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，主要涉及到数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科。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。在建筑领域方面，仿生的倾向在近几十年来也在不断发展，它的研究意义既是为了建筑应用类比的方法从自然界中吸取灵感进行创新，同时也是为了与自然生态环境相协调，保持生态平衡。自然界是人类最好的老师，人们无时无刻不在从自然界中获得启发而进行有益的创造。仿生并不是单纯地模仿照抄，它是吸收动物、植物的生长肌理以及一切自然生态的规律，结合建筑的自身特点而适应新环境的一种创作方法，它无疑是最具有生命力的，也是可持续发展的保证。因此，仿生学主要是研究生物系统的结构和性质,以便为工程提供新的工作原理和设计思想;而运用仿生学原理建造出来的建筑即称之为仿生建筑。通过对生物的形态、结构、材料和功能的模仿,从而创造大量出外观新颖、结构合理、性能优越的建筑。
二、仿生元素在我国建筑设计中的运用
建筑仿生设计是仿生学与建筑没计学互相交叉渗透而结合成的。其研究范围非常广泛．研究内容丰富多彩，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学科，因此也就很难对建筑仿生设计的运用内容作详细划分。基于对所模拟生物系统在建筑设计中的不同应用，归纳起来，建筑仿生设计的运用内容主要有：结构仿生。生物体和自然界物质存在的内部结构原理，是建筑设计结构设计的一个重要元素。例：植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼的结构；形态仿生。运用生物体(包括动物、植物，微生物、人类)和自然界物质存在(如日、月、风、云、山、川、雷、電等)的外部形态及其象征寓意，通过相应的艺术处理手法将之应用与建筑设计中；功能仿生。运用生物体和自然界物质存在的功能原理。并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统．以促进建筑技术的更新换代或新建筑技术的开发。
2.1结构仿生
生物为了存在和发展，最起码的条件是：必须平衡地心引力，防御一切外力．适应自然环境，在长期进化过程中自然而然地形成最合理、最稳定、最经济的结构形态。羽茅草和禾本科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，帽状蘑菇的辐射密肋等等，都启发人类去探索空间结构的奥秘。传统建筑的梁板支撑体系已不是一种经济的结构形式．而且不能满足现代社会对大跨度空问的需求。于是仿生空间结构帮助建筑设计师解决了难题。据统计，二次大战以来，各国举办奥林匹克运动会而建造的体育馆，有60％以}：采用薄肇空间结构。
2.2形态仿生
结构仿生往往从形态k反映出来，如水滴形油罐、卵形建筑、海豚式火车头。都是以结构的合理性为前提创造现代简洁明快的美学形式．但这类仿生形态和形态仿生～一比拟．模仿或隐喻大自然某种优美的生物形态是完全不同的。美国肯尼特机场候机大厅虽用仿生壳体，但作者并不只是单纯的结构仿生，而是有意识地把几个壳体合成展翅待翔的鹏鸟，这种仿生形态与飞行功能相吻合．寓意与形象珠联鐾合，成为一代杰作。被评为美国125年来六大最佳建筑之一。
2.3功能仿生
大自然精巧绝妙的设计必定忠于功能。有些。部件”还具有“多功能”的作用。竹竿是空心的，它既是自身是一年生植物，“施工期和使用年限”都很短．因此，甘蔗周边是薄瞳承重结构，而秆心是一种“轻质填充物”。这种结构与功能密切结合的形成．在建筑和工程中早已普遍应用。近年来各国摩天大楼如雨后春笋，竞相建设，不少均采用圆筒薄瞳为承重结构，而在筒内布置电梯或楼梯。又如．芝加哥第一联邦银行大楼高60层，从外形可看出高楼上均有竹节的水平结构层，这种水平的“节”又往往和设备层结合起来，实现功能与结构的统一。
2.4城市环境仿生
比较有代表性的例子可以在巴黎的改建规划中明显地看到。早在1853 年时，巴黎塞纳区行政长官欧思曼（G.E.Haussmann）为了执行法国皇帝拿破仑第三的巴黎建设计划，曾对巴黎市区进行了大规模的改建，它不仅要表示对帝国首都的赞美，而且要在城市结构功能上进行改善，使城市 交通 、环境绿化、居住水平都达到一个新的境界。为了实现这一理想，他的巴黎改建规划在某种程度上就是模拟了人的生态系统而进行规划设计的。例如当时在巴黎东、西郊规划建设的两座森林公园，东郊维星斯公园和西郊布伦公园的巨大绿化面积，就象征着人的两肺，环形绿化带与赛纳河就象是人的呼吸管道，这样就使新鲜空气可以输入城市的各个区域。市区内环形和放射的各种主干与次要道路网就象是人的血管系统，使血流能够循环畅通。这种城市环境仿生思想，不仅在当时已起到了积极的作用，解决了困扰巴黎的城市交通与环境美化 问题 ，使巴黎在世界上成为城市改建的成功范例，而且城市环境仿生理论今后仍然值得借鉴和完善。
三、仿生建筑的积极意义
3.1仿生元素的社会文化、经济及环保功能
很多著名科学家曾预言道,21世纪后,世界的文化中心会转移至中国,东方因其悠久的历史文化而复兴。因此,研究人员和建筑师有责任挖掘中华文明中的优秀建筑学思想、理论,并将其传承、发扬,仿生建造就是很好的表达方式。建筑仿生学,从字面上来说,就是人类模拟、学习各种生物的活动方式,然后建造出一种生态建筑,并使其与自然融为一体。
我国现阶段正处于社会主义初级阶段,能源分布不均,人均资源量少,交通、工业和建筑均能耗高,面临着两大问题:环境与能源。有关资料显示,我国目前的建筑能耗约占总能耗的25%,若不加大力度发展建筑节能技术,由于经济的快速增长,该比例定会迅速上升。我国迫切需要创造绿色节能建筑,用以减少能源损耗。目前我国各地的科研单位、高等学府、设计单位等都在大力开展绿色节能研究,力在推崇、发展节能建筑。
3.2仿生元素为建筑师提供新思路
从建筑设计方面来讲,仿生元素为建筑师提供了新的思路、新的形式。建筑师之所以在建筑外形、结构及功能等多方面运用生物形态,或是出于隐喻和象征,亦或是来自自然的灵感。当然,伴着科技的发展,设计者们已可以在电脑屏幕上完全建构出新材料和建筑机构设计。先进的科技、前卫的思想提供了广阔的技术平台,如今,越来越多的仿生建筑被建成,这为我国的建筑设计领域增添了活力。
四、仿生设计元素在建筑设计中运用的发展前景
仿中有创，仿生物的形体结构，功能原理是手段，创造实用、美观的设计，满足人们物质需求和精神需求才是目的。仿生是设计创造的源泉。迄今为止，人类已发现了生物的极多奥秘。并在人造物的过程中自觉或不自地模仿和探索，在仿生学成为一门学科以后，更是将有益的生物原理大量应用于设计创造中。大自然的奥秘举不胜举，每当我们发现一种生物奥秘，就可能成为我们一种新的设计．也就可能带给我们一种新的生存方式。大自然在不断发展变化。生物体在不断进化完善，新的奥秘没有穷尽，我们人类在认识世界的广度深度是无边无际的。我甚至将要进行宇宙仿生，研究宇宙空间中地球以外无数行星上可能有的生物，从而为我们的设计提供崭新的结构、功能，形态，创造出地球上前所末有的新设计来。
结束语
由此可见，仿生建筑在建筑设计领域中的运用前景是十分广阔的．仿生设计元素在建筑设计中的广泛运用将使建筑艺术变得更加丰富。随着建筑材料、建筑技术和设计水平的不断发展与提高，人类的仿生建筑终归要赶上甚至超越自然界中生物的结构范畴。
参考文献
[1] 小峰,罗文媛.仿生建筑浅析[J].青岛理工大学学报,2005(6).
[2] 其钧.后现代建筑语言[M].北京:机械工业出版社,2007.