基于仿生设计的弹性景观基础设施建设理论初探

吴军，高英杰，杜曲

湛江科技学院，广东湛江 524000

中共党的十九大明确指出人与自然和谐共生的现代化建设，在美丽中国建设“四大举措”中突出推进绿色发展，着力解决环境问题。近年来针对生态文明建设各行各业进行了创新与探索。从应对城市风险的“弹性城市”的探索，到雨洪管理的“海绵城市”的设计，再到“共享农庄”“田园综合体”的乡土发展问题，暴露出早期开发建设中生态环境遭受破坏，环境再生修复能力减弱，城市风险提高、城乡发展不平衡等诸多问题。亟需一种新的发展模式来应对新时代的发展风险。面对新风险，弹性城市理论也在更新丰富，其中城市景观基础设施的应用更是存在着巨大的可能性。运用自然规律达到一种缓和的解决问题方式，探索仿生设计在弹性景观基础设施中的运用是十分有必要的。

1 弹性景观基础设施概念解析

系统“弹性”的最初概念源自于美国生态学学者Holling 提出：弹性最核心的含义是系统吸收外界冲击的能力、同时能将系统尽量维持在功能正常运转的状态[1]。之后Alberti 等将弹性的概念引入城市范畴并将“城市的弹性”定义为：城市在遇到变化重组之前，其能够吸收与化解变化的能力和保持平衡的程度。之后由冯璐、王春晓等将景观基础设施与弹性城市相结合，在绿色基础设施的框架体系上提出了弹性景观基础设施框架体系，分别由模块、网络、维度三个要素组成[2]（详见图1）。文章将弹性景观基础设施的特点归结如下：

首先，参照模块化经济，以公园、河流、绿色等景观单位为“模块”强化模块间灵活性，从而增加整体的冗余度，在部分单元模块遇到问题时可以及时进行功能替换，降低牵一发而动全身的成本。诸如，传统的城市灰色基础设施建设的排水系统，面对城市暴雨，不能进行雨污分流，统一排入地下水网，快速达到径流峰值，易形成城市内涝。而基于海绵城市建设的绿色基础设施，诸如下沉绿地、雨水花园等模块绿色基础设施，对雨水进行初步滞留、净化、蓄水等功能，在分流缓解峰值的同时，兼顾了生态功能，同时滞留的雨水可以降低城市养护成本。通过模块化绿色基础设施组合可以缓解突发环境的危机。

其次，以模块间的空间和功能叠加构成弹性的网络，强调空间的连通性。通过弹性网络的多元性和多功能性为基础创建新的功能连接键[1]。

最后，以弹性景观基础设施为平台整合包含经济、政治、社会等其它抽象维度资源，加深网络层次的联动性。

2 仿生设计在弹性景观运用的趋势

仿生设计是在仿生学和设计学的基础上新兴边缘学科。是对动植物的生长肌理和自然界中一切自然规律的借鉴，结合设计对象的特点使其适应新的环境的一种创作手法[3]。仿生设计本集聚设计科学的严谨科学的艺术性。

在景观基础设施的设计中，生态主义的兴起，让城市的基础设施的物质形态与自然环境的交互融合需求日益增加。弹性景观基础设施要在功能上改善传统灰色基础设施对生态忽略的局面，成为促进城市发展和生态环境的润滑剂，协调城市多方面系统的，指导可持续发展[2]。而仿生设计本身建立在生态学的背景基础上，作为一种“取之自然，用之自然”的设计方式，本身的内涵与方式与绿色弹性景观基础设施十分契合。

面对城市对景观日益增加的多方面需求，弹性景观基础设施是调节城市生态的重要角色，而仿生设计是弹性景观基础设施的展现的重要手段。

3 仿生设计与弹性景观基础设施结合的内在耦合性

3.1 结构层次性

弹性城市是人口、建筑、交通等多个系统构成的复合型系统，对弹性景观基础设施多方面做出了要求。诸如在工程性基础设施中对道路、水电等，而社会性基础设施中对学校、剧院等公共空间都有所要求[5]。仿生设计做作为一个交叉性学科，有着生态学、环境行为心理学、人体工程学等应对不同的尺度及类型的弹性景观基础设施层次的需求。

3.2 自然联系性

弹性城市强调城市与自然的联通，而弹性景观设施作为重要的组成部分，首先景观基础设施就包含河流、山川、湖泊、森林等区域，直接体现了景观基础设施的自然属性；另一方面，农田、公园、绿岛等作为人造自然也在模仿自然履行自然的生态功能。其本身的就是仿生学在生态视角下的实际运用。仿生设计通过对自然的观察，总结自然规律，寻求一种协调的方式来解决城市的生态问题，多方基础设施需求。取之自然、用之自然。

3.3 功能复合性

弹性城市和弹性景观由于要面对冲击的不确定性与可能性，对功能的复合性要求很高。而自然本身存在的物质状态形式是长期生物体智慧的产物，诸如蜂巢的六边形结构，在满足高空间利用率的同时实现构造形态的稳定与低成本。充分观察，利用这些现象是十分必要的解决功能性问题的参考。

例如成都的活水公园，活水公园中仿生设计的体现，主要在于“鱼”形园区的打造[4]。府河水通过厌氧池、流水雕塑等基础设施得到净化，在形态上分别模仿鱼的生长机理，向人们演示了水与自然界由“浊”变“清”、由“死”变“活”的生命过程[5]。通过形态和功能上的仿生解决了生态上的问题同时，满足了城市对绿地景观的需求，达到了科普教育的功能，可谓一举多得。仿生与弹性景观基础设施的紧密结合，在功能复合性的基础上达满足了多方效益。

3.4 动态适应性

弹性城市与弹性景观是一个动态的状态，是一个应对环境改变具有生命力的体系。所谓弹性，诸如遭遇到重大灾害或者城市发展变迁，应对这种风险使恢复原状的能力，或者产生新的构造能力，是弹性景观基础设施具有“生命”的特征之一。仿生设计是参考生命物质与环境能量交换的规律。模仿自然的修复能力。

诸如2010 年为上海世博园打造的核心绿地——上海后滩公园。场地原为上海浦东钢铁集团和后滩船舶修理厂，污染严重，在面对城市变迁造成的工业遗留问题和生态破坏的冲击下，后滩公园运用湿地净化系统和生态景观基底作为最主要的仿生手段，在修复场地生态平衡的基础上，展现了包括田园、工业、后工业的文化，在社会层面上同样达到了平衡[6]。

4 弹性景观基础设施中仿生设计构架

弹性景观应对的是风险社会的来临，全球变暖、环境污染、臭氧空洞、核泄漏、物种灭绝，还有政治和制度风险、金融危机等。这些风险的本质在于其结果的不可预测性，其后果及影响无法进行定量估算。风险一方面是无规律的极端自然灾害的频发，城市不合理建设本对生态环境的破坏，从而降低了环境的承载能力。导致极端气候灾害的产生，形成的恶性循环。另一方面是社会上层建筑引发的秩序和规则混乱，导致战争，饥荒等系列次生灾害。因此德国社会学家乌尔里.希贝克认为“世界风险社会”己经来临[7]。

面对这种风险，弹性城市是城市或城市系统能够消化并吸收外界干扰，并保持原有主要特征、结构和关键功能的能力[8]。弹性景观作为城市与自然的纽带，改善了城市与自然关系。传统的灰色基础设施是抵御外界的干扰，将风险和干扰作为外部事物，强调自身不受到其影响。但弹性景观基础设施强调的是消化和吸收外界的干扰，强调动态过程把外部干扰转化重新组合新的整体。

前者是将城市和自然作为消极关系割裂开，从而导致生态的不完整，忽略社会亦或城市，包括人及行为本身就是完整生态链的一部分。后者则转化应对思路，通过吸收和转化。试图从调整城市发展与自然之间的关系上，去打破生态破坏与风险社会的恶性循环。

针对弹性景观所带来的发展模式关系的调整，仿生设计作为其中最重要的手段之一，通过发现规律，运用规律，从对象自然本身的特质角度来解决问题。契合了弹性景观发展的包括结构层次性、自然联系性、功能复合型、动态适应性等在内的多种特性需求[9]。

当然，现有的仿生设计手段主要是通过模仿生物形态进行局部改造，多运用在机械工业设计等等，局部的小型基础设施，诸如奥地利仿生木质海胆亭。而针对大尺度的场地，进行系统化建设的绿地景观较少，诸如成都的活水公园。尺度越大的区域，其生态结构越复杂，针对性的仿生系统需要更完善，对仿生系统的构架要求越高。

5 设计案例

海尾生态湿地公园设计，场地位于海南省西部、昌江黎族自治县境内的海尾镇石港塘湿地范围内，占地面积为296hm2。原址常年遭受台风侵袭，灾害过后造成土地盐碱化，进而引起居民产业调整，有近海捕捞转变为鱼虾养殖，而养殖业的高生物富集污水就近排入入海口，进步造成水体污染等多样次生灾害。

针对现状多样化问题，方案从提高区域生态弹性入手，结合仿生设计理念，以蛛网结构为基础，构建跟稳固的多样化生态系统。

第一步，构建雨水虾塘养殖净化池，通过模仿局部蛛网形态调整水系的基础设施结构，净化过滤水体，环节水体污染的此生灾害。

第二步，滴灌技术与瓜林防风林结合，盐碱化地域中层选中防风植被，地被以西瓜等匍匐类农作物，在稳固突然结构的前提下，缓解区域农业对生产环境的破坏。通过改变水系灌溉类基础设施，结合瓜林景观，实现场地生态保护与居民增收的双赢局面。

第三步，调整区域植被群落结构，缓解红树林破碎化程度，提高其净化水体的能力。结合场地气候特征，作为候鸟迁徙地址，针对性引入鸟类栖息树种，增加生物链的结构层。同时选址作为城市公园对居民开放，增加其科普教育的功能性。

从结构与功能的两个角度，在弹性基础设施的分布上，一方面模仿蛛网的形态，通过分隔区，局部按阶段净化，同时通过管线强化区域联系。在功能上，借鉴蛛网的一点受力多向散发缓解的模式，区域在面对台风灾害与次生灾害时，实现多层次多区域协调缓解灾害的程度。

6 结语

文章分析了弹性景观基础设施的初步理论，探讨了其与弹性城市的关系，探索了仿生设计作为重要的设计手段与弹性景观基础设施的耦合性。从结构层、自然联系、复合功能、动态适应、论证了仿生设计的应用适应性。并进一步探索仿生设计在弹性景观设计中的构架位置，其作为重要的设计手段，是在满足功能性前提下，运用自然规律的成本最低设计。结合具体的设计案例，验证其仿生设计与弹性景观基础设施的耦合性。

近年来，伴随着“碳中和”理念的提出，国家生态建设在不断的前进发展，而弹性景观基础设施作为生态景观建设的重要一环，会有更多的发展空间，不断更新的技术材料也将为仿生设计理念在基础设的应用提供更多的可能性。该文的理论有待在日后的实践和案例中进一步完善和开发。