撷取自然之美的仿生学建筑

哈立德

从自然界的动植物身上，人类汲取了诸多建筑设计的灵感。“师法自然”的设计思路，让许多新奇美观又不失实用性的建筑物得以诞生。现代仿生学建立之后，建筑科技也得益于仿生学的发展，向着更坚固、更节能、更有效利用资源的方向演进，让建筑物更具“自然家园”的属性。

“直线属于人类，曲线属于上帝”

在西班牙巴塞罗那的宇宙盒（CosmoCaixa）科技馆里，有一件颇为有趣的展品：电脑屏幕上依次出现恐龙化石弯曲的脊椎，砗磲贝壳波浪状的边缘，以及高迪等建筑大师的作品，而观众需要控制一条由小金属珠组成的链子，尝试匹配这些图片上的弧线。这个并不引人注目，看上去也没有多少科技含量的展示项目，却暗含了仿生学与建筑学在这座城市“联姻”的历史。

尽管“仿生学”的概念直到1960年方才出现，但建筑师模仿自然界的生物进行设计，从而为建筑物赋予更好的寓意或者使用体验，却可以追溯到19世纪末，甚至更为久远。堪称西班牙最伟大建筑师的安东尼·高迪，便是将“模仿生物结构进行建筑物设计”发展为一种理念的关键人物。在大部分职业生涯里，他是这种理念的“孤独的先行者”。

高迪建筑作品中仿生学的萌芽，可以追溯到他在1883年为文森之家设计的棕榈树叶模样的铸铁栏杆。但这件作品只是牛刀小试，在他全盛时期的诸多作品中，高迪甚至刻意避免直线。巴塞罗那市区的巴特罗之家和米拉之家，就鲜明地反映出高迪“避免直线”的风格。正如他自己所言：“直线属于人类，曲线属于上帝”，因此，他认为最深刻的理念和最深沉的感情，应该用曲线来表达。

米拉之家是高迪设计的最后一栋私宅，他充分运用仿生学方面的知识，设计了这座号称“无一处直角”的独特建筑物。它的外观取法于在海中随波逐流的水母，充满了飘逸的气质;而建筑的内部，则有些像蛇的巢穴。如果从空中俯瞰，它又像是个超大号的甜甜圈，中庭尽管形状不规则，却让所有的房间都能够双面采光，充分利用了巴塞罗那充足的阳光。

生物结构成为灵感“宝库”

1926年，高迪死于交通事故，留下了远未完工的圣家族大教堂。这座教堂，如今成为巴塞罗那的地标式建筑，那些模仿植物茎秆结构设计的钟塔，成了令后人景仰与铭记的丰碑。

不久之后，以“有机建筑论”闻名的美国建筑大师弗兰克·赖特，在1936～1939年间，完成了约翰逊制蜡公司总部办公楼的设计。这座建筑的结构体系，是赖特根据美国亚利桑那州的一种仙人掌结构创造的“树柱”系统。每一根“树柱”都包括“茎杆”“花萼”“花瓣”等仿生学结构。这些“树柱”根据所处的位置，分别有一层、二层和三层高度3种，它们共同支撑着薄壳结构的屋顶。日光从树柱之间的空隙照射到室内，使人们恍如置身于丛林之中，带来令人振奋的空间体验。

第二次世界大战结束后，随着生命科学研究的深入，仿生学终于独立成为一门科学，其发展也一日千里。一些建筑师习惯于将寻找灵感的目光投向自然界，让作品兼具实用、美观和个性。

澳大利亚的悉尼歌剧院，便是一座典型的仿生学建筑。它的设计者、丹麦建筑师约恩·乌松在晚年回忆说，歌剧院基座上酷似白帆或者贝壳的结构，其原型是他吃橙子时剥下的橙皮。歌剧院的主体结构，就由3组这样的壳片组成。1958年，悉尼歌剧院开工，但建造这种异形壳体在当时却是几乎无解的难题。现场搭建模板和浇筑的方式成本过于高昂，其余已有的技术则无法达到所需的精度要求。直到1961年左右，施工团队意识到这些壳体都是某个球面的一部分，于是采取浇筑空心球再分割出壳体的方法，终于在精度和经济性两方面达成平衡。1973年10月20日，悉尼歌剧院竣工启用，旋即成为20世纪极具特色的建筑之一。

到了21世纪，仿生学建筑愈加受到建筑师的热捧。在很多时候，以仿生学的思路设计建筑外观，被认为是赋予建筑物感情的一种直接方式。在西班牙巴伦西亚，“艺术科学城”是这个国家现代化的象征。而在建筑群中的腓力王子科技馆，其外观结构的原型，便是被割净肌肉的鱼骨或鲸骨，这样的设计不仅令人着迷，而且体现出巴伦西亚作为港口和曾经大力发展水产养殖业的地域特色。

 大连贝壳博物馆新馆

而在中国著名的海滨旅游城市大连和青岛，不少建筑物也模仿了海洋动物的外表进行设计。大连星海广场的贝壳博物馆新馆，不仅外观酷似贝壳，内部展厅也模仿螺壳的结构进行布置，让观众在参观过程中“螺旋上升”，思路不至于中断。在青岛，近年来新建成的影视产业园展示中心、国际会展中心和游泳跳水馆，在外观上分别模仿了螺、海星和贝壳的模样，在城市中营造出浓郁的“海味”。未来的青岛新国际机场，其俯视结构也酷似海星，并且与水母状的地面交通枢纽融合在一起，这样的设计一方面可以提供大量停机位，充分满足国内外旅客前往青岛的交通需求;一方面能让所有旅客都不必走太远便可换乘地面交通;同时还能让人一下飞机就感受到青岛扑面而来的海洋文化，实乃一举多得。

“内外兼修”的仿生建筑

随着仿生学建筑不断推陈出新，一些建筑师开始不满足于仅仅从外观上模仿，而开始从深度发掘这些生物结构背后的科学价值，从而让建筑物仿生“内外兼修”。

日本建筑大师丹下健三的名作——1964年东京奥运会使用的代代木国立综合体育馆，便是这种尝试的先行者。这个体育馆建筑群由主馆和配馆组成，主馆是游泳馆，配馆则按照篮球馆设计，但可以在必要时改为拳击或手球的比赛场地。两座体育馆都采用在当时非常先进的弧形薄壳屋面，这种模仿鸡蛋壳和贝壳设计的结构，可谓轻巧又坚固。体育馆配馆的设计尤为令人称奇：它的薄壳结构屋面围绕建筑正中的一根桅杆螺旋布置，俯瞰如同一只蜗牛或者海螺。这种既实用又能发挥材料的最大性能而且兼具未来感的设计，借着奥运的影响力，让世人看到一个呼之欲出的日本形象，也被认为是日本现代建筑发展的里程碑。

建筑材料和机电一体化等技术的发展，也让更多“内外兼修”的设计成为可能。2001年，来自西班牙的建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦，就为美国密尔沃基艺术博物馆新馆设计了一双“翅膀”。这个高度模仿海鸥翅膀的屋顶结构，其实是两组能够精确控制叶片角度的百叶窗。洁白的遮阳百叶在自动机构的控制下，完全打开或者闭合只需3分30秒，还可以根据阳光照射情况，弯曲成各种匪夷所思的弧度，像“抱窝”中的鸟类一样，为展厅营造出最适合观赏的光线条件。精巧的百叶窗设计，让展馆如同具有生命一般，为不同时段到来的访客呈现出不一样的外观。

“师法自然”将成未来趋势

从“仿生学”的概念被创造出来直到今天，生命科学的进步有目共睹，而21世纪更被认为是生命科学的世纪。人们越来越深刻地意识到，大自然的造物之功，在很多时候会超越最为精良的机械和建筑。因此，随着“师法自然”的设计理念越来越深入人心，许多新奇、美观又兼具实用、高效的建筑物得以涌现。一些对仿生学有着深刻理解的建筑师，甚至会将建筑物想象为一种独特的生命体，并尝试设计其“新陈代谢”的动线。

丹下健三在设计日本山梨文化会馆的时候，就尝试以模仿植物维管束的方式来规划建筑结构和动线。这座建筑物主要为山梨县的新闻出版行业所用，因此既要考虑用户彼此间的独立性，又要考虑他们联动的可能性。丹下健三知道维管束是植物养料的运输通道，便将楼梯、电梯、洗手间、空调等基础设施都“装”进圆筒状的“维管束”里，为这些支柱附加以额外的功能性;而各个楼层则如同抽屉，按照实用楼层和屋顶花园交替的顺序，架设在这些“维管束”之间。这样的设计既为用户创造了良好的办公环境，又为日后的增筑预留了空间。

知识链接 深度利用仿生学，为建筑“保温”

科技的进步，也让深度模仿生物的细微结构进行建筑设计成为可能。比如说，极地科研人员发现，北极熊的皮肤其实是黑色的，毛则是无色透明的中空小管，这让北极熊可以很好地吸收和保存热量。德国建筑行业就模仿这种结构，设计了效果极佳的保温材料。

没有人知道，生命科学和仿生学的发展，会在未来给建筑设计和建材制造领域带来哪些飞越。但可以确定的是，不同于之前那些“各领风骚若干年”的流派，仿生建筑的设计思想，是大众心之向往的，也将继续在世界各地建筑师的脑海中闪现出新的火花。