建筑设计中仿生学的相关应用探讨

周天璇

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 内蒙古 呼和浩特 010010）

建筑设计中仿生学的相关应用探讨

周天璇

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 内蒙古 呼和浩特 010010）

社会经济的快速发展有力推动了建筑行业的发展，人们对建筑的艺术形态也提出了更高的要求。仿生学作为一门逐渐成熟的学科，其在建筑设计中得到了广泛的应用，能够实现人类生存环境、生物和大自然的和谐发展，是人类崇尚大自然的重要体现。本文就对建筑设计中仿生学的相关应用进行分析和探讨。

建筑设计；仿生学；应用

生物为了适应自然界的发展规律，不断进化和完善自身的性能及组织结构，获得了结构完整、新陈代谢和自我更新的保障体系，从而得以生存和繁衍，确保生物链的延续性与平衡性。建筑仿生学的研究主要是为了从自然界获取灵感，使建筑与自然生态环境能够协调发展，维持生态发展的平衡性[1]。当前社会大力倡导节能环保，将仿生学应用于建筑设计中，能够减少环境污染，节约能源资源，构建资源节约型、环境友好型社会，实现社会的和谐发展。

一、仿生学概述

对于仿生学而言，其作为一种边缘科学，主要指的是对生物建造技术装置进行模仿，研究生物体的工作原理、功能和结构，并在工程技术中应用这些原理，从而创造新技术，发明性能优良的机器、装置和仪器等。仿生学的发展为技术发展提供了良好的基础，开阔了人们的视野，具有很强的生命力，在服饰和建筑等设计领域得到了广泛的应用。将仿生学应用于建筑设计过程中，主要是将一定的生物的功能、结构、性能和特点等引入到建筑设计中，确保建筑设计的实用性和美观性，节约建筑材料，实现建筑设计的优化与改良。

二、建筑设计中仿生学的应用

仿生学在建筑设计中的应用，其主要可从建筑结构、建筑形式、建筑材料和建筑功能等方面的仿生进行分析。

（一）建筑结构

建筑仿生学的重要组成部分之一就是建筑结构仿生，其是对建筑形式仿生的有效反映。一般在建筑仿生结构设计的具体应用中，常用结构形式可分为膜结构、壳体结构、悬索结构、螺旋结构、筒体结构等，将仿生设计应用于建筑空间结构中，能够保证结构形式的多变性、有效性和合理性。首先是膜结构。自然界中存在不同形态的膜结构物质，如肥皂泡膜和细胞膜等，该类物质形态主要是以内外压力差为基础，形成胀压模式，从而在结构表面均匀分布传来的荷载[2]。由于膜结构不需使用较多的材料，且质量相对较强，可使用在对地基承载力要求不高的建筑物中，保证建筑物的空间结构，如北京游泳馆“水立方”。其次是壳体结构。壳体结构具有大方优美、整体性强等特点，而对于自然界的贝壳类与蛋壳类等物质形态而言，其壁薄且表面张力高，具备良好的受力性能，能够有效分解外力。以悉尼歌剧院为例，其在半径为75m的球面上截取多个壳体群，并将其进行有机组合，设计出不同形状的壳体结构，保证建筑物的美观性。最后是悬索结构。悬索结构是以柔性拉索为基础，对建筑物荷载加以承受，其中悬索材料可分为钢索、钢丝束、钢绞线、钢丝绳和其他受力性能好的材料。悬索结构被广泛应用在厂房、体育馆和桥梁等建筑，如南昌“生米大桥”利用拉索的力学特性，承担桥梁的自重荷载。

（二）建筑形式

建筑形式是展现建筑美学的重要途径，能够将建筑物的喻意和城市现代化的导向加以体现。建筑形式仿生主要是仿照自然界动植物的骨骼和外形、细胞构造等，为建筑外向设计提供有效“模板”，给人视觉享受。一般建筑形式仿生可分为抽象仿生设计和象形仿生设计，其中抽象仿生设计不仅需要设计建筑物的外形，还要赋予建筑物的深层内涵，将建筑物的艺术美加以充分反映，体现当地的文化发展趋势[3]。如“自由女神像”的设计，其是以人体艺术形态为设计依据，象征和平与自由。而象形仿生设计是利用艺术的处理方式，将自然界物质外部形态应用于建筑设计中，如北京体育馆“鸟巢”的设计是源于自然界的鸟巢，这样进一步丰富了建筑造型设计，保证了建筑空间布局的多样性与灵活性。

（三）建筑材料

建筑材料仿生主要是以生物的物质形态和躯体组织结构为主进行仿照，以此研究出新的材料，保证建筑的节能效果。如人们借助蚁穴和蜂巢的结构形态，设计出泡沫玻璃、泡沫橡胶、泡沫混凝土和加气混凝土等，并将泡沫混凝土和加气混凝土进行混合制作，形成混凝土砌块，将其填充于隔墙中，以此降低隔墙自重，保证隔墙的隔声与保温功能。此外，植物细胞的重要化学成分之一就是纤维素，其具有良好的物理性质，如塑性韧性好、强度高和质量轻等，其可制作为纤维素高分子材料。例如美国制作的玻璃纤维瓦具有良好的耐候性与耐用性；日本在普通混凝土中增加添加剂，并借助长纤维状分子的粘度形式，将混凝土加以包住，从而形成新型的改良混凝土，避免混凝土的分散，便于混凝土施工。

（四）建筑功能

对于建筑功能仿生而言，其主要是对自然界物质的特征或功能原理加以研究与利用，以此使建筑设计具有完善的功能，满足人们的实际需求。建筑功能仿生的发展较晚，是建筑仿生学中的薄弱环节，但是其能够保证建筑功能的多样性，满足人们对物质文化的需求[4]。如勒·柯布西耶对朗香教堂进行设计时，从蟹壳中寻找灵感，使教堂屋顶各边向上弯曲，以此保证较薄材料的坚韧性和自然力。同时该教堂平面主要是以人的耳朵为依据进行模拟，象征上帝能够倾听信徒的祈祷，这样增强了建筑造型的神秘感。

结束语：

在建筑设计中应用仿生学，能够保证建筑设计的丰富性和科学性，使建筑更为人性化与实用性，满足人们对建筑物的使用需求，推动节能环保建筑的发展。当然仿生建筑学的发展，需要建筑设计师善于观察自然界的物质，利用有用因素进行创作，将现代建筑技术与生物科学机理相结合，为建筑提供创新性服务。总之，建筑仿生学作为时代的潮流，其将会成为环境生态平衡和建筑创新的重要方式，促进建筑的智能化、生态化与节能化发展，有利于社会主义和谐社会的构建。

[1]史晓君,于海业. 温室结构仿生设计的可行性研究[J]. 农机化研究,2011, 07:73-77.

[2]陈芬. 仿生学在建筑设计中的体现和应用[J]. 中华民居,2011,06:15-16.

[3]赵尊健,陈晨,贺喜格图. 仿生学设计引领的新型环保建筑[J].山西建筑, 2015,03:13-14.

[4]秦汉礼,王旭东.探究仿生理念在桥梁设计中的应用[J].中华民居(下旬刊), 2013,08:365-366.

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1007-6344（2016）08-0092-01

周天璇（1985.12-），女，汉，江西省，学士学位，项目主设人，助理工程师，主要研究方向建筑设计，内蒙古电力勘测设计院有限责任公司。