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模仿某些動物的結構和形態而獲得所期望的優良性能的建築.如:悉尼歌劇院當時資本主義發展是一個比較快的速度,海上航行的風帆也好,殼也好。

 

1 仿生建築 -簡介

仿生建築仿生建築
模仿某些動物的結構和形態而獲得所期望的優良性能的建築.如:悉尼歌劇院當時資本主義發展是一個比較快的速度,海上航行的風帆也好,殼也好。我們天津當時有一個說法,二十一世紀是中華民族騰飛的世紀。騰飛的飛就讓我們想到飛翔的概念,於是就把展翅的天鵝這個骨架提取出來,然後再把它整個完善成博物館的建築物,就成了目前展翅飛翔的天鵝這麼一個造型。 還有蜂巢.

 
    

2 仿生建築 -意義


仿生建築以生物界某些生物體功能組織和形象構成規律為研究對象,探尋自然界中科學合理的建造規律,並通過這些研究成果的運用來豐富和完善建築的處理手法,促進建築形體結構以及建築功能布局等的高效設計和合理形成。從某個意義上說,仿生建築也是綠色建築,仿生技術手段也應屬於綠色技術的範疇。對於仿生建築的研究被認為賦予了提供健康生活,改善生態環境的目標,體現了社會可持續發展意識和對人類生存環境的關懷。另外,從建築創作研究的角度看,仿生與生態構思有相通之處,它們的過程和出發點相對於其他的構思方法或類型有自己的特點。

建築仿生學的表現與應用方法,歸納起來大致有四個方面:城市環境仿生,使用功能仿生,建築形式仿生,組織結構仿生。當然,往往會出現綜合性的仿生應用,形成一種城市與建築的仿生整體。

3 仿生建築 -城市環境仿生

早在1853年時,巴黎塞納區行政長官歐思曼(G.E.Haussmann)為了執行法國皇帝拿破崙三世的巴黎建設計劃,曾對巴黎市區進行了大規模的改建,它不僅要表示對帝國首都的讚美,而且

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要在城市結構功能上進行改善,使城市交通、環境綠化、居住水平都達到一個新的境界。為了實現這一理想,他的巴黎改建規劃在某種程度上就是模擬了人的生態系統而進行規劃設計的。例如當時在巴黎東、西郊規劃建設的兩座森林公園,東郊維星斯公園和西郊布倫公園的巨大綠化面積,就象徵著人的兩肺,環形綠化帶與賽納河就象是人的呼吸管道,這樣就使新鮮空氣可以輸入城市的各個區域。市區內環形和放射的各種主幹與次要道路網就象是人的血管系統,使血流能夠循環暢通。這種城市環境仿生思想,不僅在當時已起到了積極的作用,解決了困擾巴黎的城市交通與環境美化問題,使巴黎在世界上成為城市改建的成功範例,而且城市環境仿生理論今後仍然值得借鑒和完善。

 

4 仿生建築 -使用功能仿生

在建築使用功能方面的仿生,應用也很普遍,不過表現的形式是多種多樣的,只要善於應用類推的方法,就可以從自然界中吸取無窮的靈感,使建築的空間布局更具有新意。

1950年,法國建築師勒·柯布西耶在設計法國孚日山區的朗香教堂期間,一枚蟹殼給了他無窮靈感。他選擇了與以往任何設計作品都不同的屋頂樣式。該屋頂各邊都像殼一樣向上彎曲,在殼易碎的超薄材料里蘊藏著自然力和堅韌性。同時,朗香教堂的平面就是模擬人的耳朵,象徵著上帝可以傾聽信徒的祈禱。正是因其平面具有超現實的功能,以致在造型上也相應獲得了奇異神秘的效果。

芬蘭著名建築師阿爾托設計的德國不萊梅的高層公寓(1958—1962)的平面就是仿自蝴蝶的原型,他把建築的服務部分與卧室部分比作蝶身與翅膀,不僅造成內部空間布局新穎,而且也使建築的造型變得更為豐富。

類似的情況還有許多,比較著名的如1960—1963年夏朗(Hans Scharoun)設計建造的柏林愛樂音樂廳內部空間則是仿自樂器內部空間共鳴的效果而建造了這一複雜奇特的形體。
1966年由丹下健三在日本山梨縣建成的文化會館是一座新陳代謝派的著名作品,它的平面組合就是仿照植物新陳代謝的功能,設計了一個個垂直的圓形交通塔,內為電梯、樓梯與各種服務設施,所有辦公空間則建立其間,這樣可以根據需要不斷擴建或減少。

5 仿生建築 -建築形式的仿生

建築形式的仿生則最為常見,

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它不僅可以取得新穎的造型,而且往往也能為發揮新結構體系的作用創造出非凡的效果。最早應用仿生形式的近代建築師是西班牙人高迪(Antonio Gaudi),他在巴塞羅納設計了許多帶有明顯動物骨骼形式的公寓建築,隱喻著這座海濱城市戰勝蛟龍的古老傳說。
例如1904-1906年建的巴特洛公寓和1910年建的米拉公寓均是如此。
埃羅·薩里寧(Eero Saarinen)於1958年所作的美國耶魯大學冰球館形如海龜,1961年所作的紐約環球航空公司航站樓形如飛鳥,也都是舉世矚目的例子。
在1964年丹下健三在東京建造的奧運會游泳館與球類比賽館,利用懸索結構仿貝殼體形,使功能、結構與造型達到有機結合,令人耳目一新,成為建築藝術作品的優秀範例。賴特是一位善於結合自然環境的建築師,他在1944年設計建造的威斯康星州雅可布斯別墅,就是把住宅仿照地面菌菇類植物進行設計的,給人以自然的形態,達到和環境融為一體的境界。
此外,又如薩巴(Fariburz Sahba)在1975—1987年建成的印度德里的母親廟(Mother Temple)則是仿自一朵荷花的造型,它表達了聖潔與優美的形象,成為周圍環境的主要標誌。

6 仿生建築 -組織結構仿生

1947—1949年義大利結構工程師奈爾維和建築師巴托利(Nervi and Bartoli)設計的義大利都靈展覽館的巨形拱頂就是仿葉脈肌理而建造起來的,混凝土骨架和玻璃格組成的拱頂寬93.6m,長75m。奈爾維和維特羅西(A.Vitelozzi)於1957年建造的羅馬奧運會小體育宮,半圓形彎頂直徑60m,內部採用了鋼筋混凝土網格的結構系統,就是受葵花的啟發,不僅用材經濟,受力合理,而且創造了內部裝飾新穎的效果。小體育宮的外部則從人類腿骨的受力分析中得到啟示,創造了一圈丫形支撐體系,使空間結構與建築藝術形式的虛實結合達到了完美的統一。1960年奈爾維又建成了羅馬奧運會的大體育宮,半圓形彎頂直徑達到98.4m,可容納16000觀眾,內部採用放射形拱肋的構造形式支撐著上部的混凝土彎頂,頂厚只有6cm。同部看去既象一朵花,也象是密密麻麻的葉脈網,成功地使現代技術與使用功能、裝飾藝術達到有機的結合。對比公元120—124年建成的羅馬萬神廟,半圓形彎頂直徑為43.2m,混凝土厚度則為1.2m,這充分說明了建築技術運用仿生原理所取得的巨大進步。奈爾維既是一位聞名遐邇的結構工程師,也是一位卓越的建築師,他的創造性在很大程度上就是得益於向自然界學習。

美國結構工程師富勒(Buckminster Fuller)是另一位有創造性的人物。他從自然界中的結晶體與蜂窩的棱形結構中獲得啟示,創造了一系列驚人的大空間結構作品。1958年他在美國巴吞魯日(Baton Rouge,LA)建造的聯合油罐車公司的巨大彎頂,直徑達115.2m,就是應用晶體結構的原理建造的。1967年富勒和塞道(Fuller and Sadao)一起建造的加拿大蒙特利爾國際博覽會的美國館,是一座球體建築,在當時展覽會上極為引人注目。他很可能是模擬一種深海魚類的網狀骨骼和放射蟲的組織結構,創造了立體網架的短線彎窿,高度達60m,直徑為76.2m,彎窿外部用塑料敷貼,並可啟閉,夜間燈光照亮,通體透明,猶如星球落地。

紐約環球航空公司航站樓不僅是外形仿生的著名作品,而且埃羅·薩里寧還和威廉·加德納(William Gardner)在結構上建造四瓣組合式薄殼,中間有縫隙採光,四瓣薄殼則由下部的丫形柱支撐,這與人的頭蓋骨的拼合極為相似。航站樓應用這種結構肌理不僅解決了自由曲線造型的難點,而且在結構與形式上又能達到有機的融合,這是值得建築師們注意的。並不需為了建築的某種造型就一定要犧牲結構的合理性,相反,有機的結構與新穎的形式可以相互共生。

德國結構工程師奧托(Frei Otto)於1967年在加拿大蒙特利爾國際博覽會上建造的德國館,象一群帳篷式的建築物,這是用網索結構仿蜘蛛網形的支撐體系,上面用塑料面層覆蓋,造型非常特殊,它可以有利於作為臨時性建築的裝卸。1972年的慕尼黑奧運會的體育場館也運用了這一結構形式。由於他善於使用這種結構類型,因此也有人稱他為「蜘蛛人」。這種蛛網形的網索結構後來還發展為帆布張力結構系統,與帳篷形式更為接近。

其實,建築師中也不乏在結構上應用仿生的例子,勒·柯布西耶早年大量使用的雞腿柱和框架懸挑的結構系統無疑是從動物腿骨支撐所得到的啟示,1931年他在巴黎附近波依西(Poissy)建造的薩伏伊別墅(Villa Savoye)就是這種結構系統的體現,至今仍被人們所稱頌。

賴特是眾所周知的建築大師,他早年曾攻讀過結構專業,因此能在建築造型與結構體系的融合方面運用自如。1950年他設計建造的威斯康星州約翰遜制蠟公司試驗樓(Helio Laboratory and Researeh Tower,Racine,Wisc.)就是仿樹狀結構特點,把主要支承結構放在建築中央,四周樓板懸挑,外表形成幕牆,取得了新穎效果。應用同樣原理,賴特在1956年還大膽設想了1英里高的摩天樓方案。

在結構仿生方面,最值得稱頌的還是後起之秀,年輕的西班牙建築師聖地亞哥·卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava)。他於1951年出生在西班牙的巴倫西亞,曾在當地的建築學院建築學專業畢業,後人瑞士蘇黎世大學土木系學習結構工程,畢業后又於1981年獲該校建築系技術科學博士學位。他的博士論文題是「結構的可摺疊性」。畢業后他留居瑞士開業,繼續致力於摺疊結構與仿生結構的實踐,他觀察狗的骨架和腿的活動支撐,已作出了許多可喜的成就。他在1983年建造的瑞士盧塞恩市郵局前的大雨蓬就是最早應用活動關節的實踐。1986—1987年他在巴塞爾市一座中世紀古建築的改建中,將咖啡廳上的天花鋼樑架做成仿動物骨架的自由曲線,既有著新穎的觀賞效果,又能符合受力的特性,是一種大膽的嘗試。此後,他在1987年為加拿大多倫多市建造的BCE文化廣場大廈,創造性地模仿了樹榦分叉的生長肌理,設計了兩邊的支柱與頂柵的弧形肋架,取得了非凡的藝術效果。1991—1992年他在西班牙的塞維利亞1992年國際博覽會為科威特設計的展覽館,其屋頂是可自由啟閉的結構,模擬著動物關節的自由運動。夜間屋頂肋架敞開,下面平台上便可進行露天的各種活動,它不僅在結構與功能上能夠有機結合,而且也給人以無限的遐想。1989—1993年他在為法國里昂塞托拉斯機場(Satolas Airport)附近的鐵路車站設計建造中,完全應用了動物骨架的結構原理,充分發揮了節省材料提高效能的特性,並且造型新穎,令人刮目。此外,他還為1992年巴塞羅納奧運會設計建造最有標誌性的電訊塔,也是吸取了植物干莖自由平衡的形態而獲得新穎構思的。

7 仿生建築 -其他分類方法

根據不同的仿生學原理和用料,仿生建築可分為以下幾種:

拱形結構類

曾生活在中生代的巨大爬行動物恐龍,身長20多米,身高4至8米,體重達30至40噸。這們一個龐然大物要走動覓食,生存下去,四肢必須承愛相當大的負荷。如果恐龍不具備合理的力學結構,偌大的身軀就會被壓塌。專家們發現,恐龍巨大的身軀、長頸和粗長的尾巴的重力中心是在腰部,身體的重量通過身體重心傳遞到粗壯的四肢上,整個身體的上部猶如一座拱橋。從力學角度來看,它的確是一種承受巨大負荷的理想結構的造型,這便是建築史上的「拱形結構」的歷史淵源。該仿生建築的特點,是用料省,堅固耐壓,外觀美觀大方。

薄殼結構類

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生物界的各種蛋殼、貝殼、烏龜殼、海螺殼以及人的頭蓋骨等都是一種曲度均勻、質地輕巧的「薄殼結構」。這種「薄殼結構」的表面雖然很薄,但非常耐壓。模仿它們殼體在外力作用下,內力都沿著整個表面擴散和分佈的力學特徵,在建築工程中早已得到廣泛應用。日本東京的代代木體育館則活像一隻巨大的海螺,其外觀曲線流暢、輕快、形態動人,被認為是當代最成功的體育建築之一。

充氣結構類

植物和動物的細胞內能充滿了液體或氣體。這些液體或氣體對細胞壁產生一定的壓力。生物學家把這種壓力稱之為液體靜力壓和氣體靜力壓,統稱為細胞的脹壓。根據細胞脹壓原理,人們便設計出各種新穎別緻的充氣充液結構的體育建築,如大型體育場館、室內球場、網球場、充氣游泳池、登山帳篷、野外餐廳等等。美國工程師大衛•蓋格成功地設計了一系列充氣體育館——密執安州蓬塔克城的歇爾佛體育館就是蓋格的傑作。充氣體育建築具有造型優美、光彩悅目的時代魅力。

「螺旋」結構類

車前子的葉子一般呈螺旋狀排列,夾角為137º30´30"。只有這樣,每片葉子方能得到最多的陽光。設計師們向車前子借鑒了調節日光輻射的原理,匠心獨具地建造一座呈螺旋狀排列的13層樓房,每個房間都可以得到最充足的陽光。

8 仿生建築 -仿生建築的意義

建築仿生可以是多方面的,也可以是綜合性的

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,如能成功應用仿生原理就能創造出新奇和適應環境生態的建築形式。同時仿生建築學也給人們暗示著必須遵循和注重許多自然界的規律,它告訴我們建築仿生應該注重環境生態、經濟效益與形式新奇的有機結合,仿生創新更需要學習和發揮新科技的特點,要做到這一點,建築師必須善於應用類推的方法,從自然界中觀察吸收一切有用的因素作為創作靈感,同時學習生物科學的肌理並結合現代建築技術來為建築創新服務。建築仿生學是新時代的一種潮流,今後也仍然會成為建築創新的源泉和保證環境生態平衡的重要手段。

 

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