基本介紹
- 中文名：建築仿生學
- 外文名：Architectural bionics
- 屬性：現代仿生學中的一個重要分支
- 學科分類：建築學
建築仿生學的產生,建築仿生學的研究內容,建築仿生學的設計原則,整體最佳化原則,適應性原則,多功能原則,
建築仿生學的產生
工業化的高速發展，使人類的文明發生了異化，破壞了自己的生存環境，也使人類的建築創作陷入僵化和機械的境地，沒有了創造性，這就是人們在近幾十年來開始重視仿生學的原因。
人類的困惑在自然界中早已有了類似的答案。因為生物在千萬年的進化過程中，為了適應自然界的規律，需要不斷完善自身的性能與組織，需要獲得高效低耗、自覺應變、新陳代謝、肌體完整的保障系統，生物才能得以生存、繁衍。人也是大自然的一員，人為了生存發展需要建築，同時建築也要適應自然界的規律。
建築仿生學是仿生學的一個分支，它從仿生學的角度出發來研究建築。它研究生物界中各種生物體的功能、結構、形象，並將研究成果用於建築創作，從而致力於解決建築和城市規劃方面的某些問題，協調建築和環境的關係，以保持生態平衡。
自然界是人類最好的老師，人們自古以來無時無刻不在自然界中獲得靈感並進行著有益的創造。但建築仿生並不是單純地模仿、照抄，它是吸收動植物的生長肌理以及一切自然生態規律，然後結合建築本身的用途而適應新環境的一種創作手法，無疑它是最具有生命力的，也是可持續發展的保證。
1983年德國人勒伯多（ J.S.Lebdew）出版了一本著作，名為《建築與仿生學》（Architecture and Bionic） ，系統闡明了建築仿生學的意義，建築學套用仿生理論的方法，建築仿生學與生態學的關係，建築仿生學與美學的關係等等，正式為建築仿生學奠定了理論基礎。加上在此前後，許多有創見的建築師進行了有關建築仿生的實踐，使建築仿生學已逐漸形成為一種時代潮流。
建築仿生學的研究內容
在清華大學教授呂富殉先生的文章“走向21世紀——建築仿生學的過去和未來”中，介紹了建築仿生學的研究內容（見圖）。
總的來說，建築仿生學的研究內容大致可歸納為以下幾個方面：
（1）建築的功能與空間（形象）的組織。
（2）生物界的某些結構構造體系以及它們形成的特殊方法和規律。
（3）建築與自然環境的相互關係問題以及生態保護問題的解決。
（4）生物界某些帶有規律性的美學潛力的發掘以及建築美學問題。
仿生建築的創作以功能和形象的統一為基礎，並將建築和生物界形象構成的和諧為追求目標，具體來說，就是從建築的使用功能出發，找到一種合適的形象，能更充分地滿足建築的使用功能及其特定的社會需要。豐富多彩的生物界向我們提供了取得功能和形象間的和諧關係的規律，給我們提供了無窮無盡的仿生構思的源泉，同時我們也可以看到，任何規律和原則都有可能通過不同的具體形式表現出來，這為我們正確地利用生物界和建築的共同規律提供了保障。
建築仿生學的設計原則
德國著名仿生學家Werner Nachtigall在其著作《Pattern of Nature》中提出了“適合功能之造型的仿生學設計原則”，其中包括：整體化而不是附加構造，整體的最最佳化而不是零件的最大化，多功能而不是單一功能，對環境的微調，節能，直接和間接的太陽能利用，整體的循環代替不必要的垃圾堆積，網路化關聯而不是線狀聯繫等。
仿生學的設計原則給予建築仿生設計一些有益的啟示：
整體最佳化原則
美國建築師富勒從結晶體和蜂窩的棱形結構得到啟發，提出：“世界上存在著能以最小結構提供最大強度的系統，整體表現大於部分之和”。他依據“少費多用”的原則，設計了最有效率的活動住宅（Dymaxion House）和裝配形球架（Geodesic Dome） （圖4-3）。福斯特和格雷姆肖得益於富勒的直接教誨，在資源最佳化的建築設計上成了高技派建築師的典範。
德國建築師奧托在20世紀60年代組織了“Biologic and Architecture”研究小組，探索材料的高效套用及與環境親和的建築。奧托也崇尚“Less is More”，奧托關注資源的整體最佳化。奧托認為他的建築創作不是從形式出發，而是從高效的生物適應性得到啟發。材料科學的發展使得奧托的鋼索張膜高效結構在全世界得到廣泛套用（圖4-4）。
適應性原則
適應性是生物經過長期的進化得到的為適應周圍環境而形成的積極共生策略。動物教會我們如何應付高溫或低溫，植物又展示給我們如何應對太陽光輻射的生存模式，兩者都提供了抵抗惡劣天氣的嶄新的處理方法。
把這種方法套用在建築上是很有利的。例如人們研製了“特朗布壁”外牆系統（TrombeWalls），它利用熱虹吸管/溫差環流原理，使用自然的熱空氣或水來進行熱量循環，從而降低供暖系統的負荷。在寒冷季節，牆體可以利用自身收集太陽輻射的能力加熱空腔內的空氣或水，新鮮空氣則從牆體底部進入其空腔中，被熱空氣或水加熱後進入室內，使熱空氣在室內循環流動。
多功能原則
從某種意義上講，人有三層皮。第一層是人的自然皮膚，熱的時候它可以出汗，冷的時候會起雞皮疙瘩，能以不同的方式對所處環境作出微調：第二層是人的衣服，隨著四季的交替人們可以增減衣服，以適應季節變化；第三層則是建築物的表皮。過去，建築表皮是僵化不變的，不隨季節的變遷而變化。但在仿生學研究中，建築不再僅僅是“保溫箱”，除了被動地保溫，以防止熱量散失，它還應主動地利用太陽能；在冬季，白天要充分吸收陽光，夜晚則要防止熱量散失；在夏季，則要滿足防熱要求。仿生學的多功能原則為滿足這些多重需要提供了思路。
生物氣候緩衝層（ BBL=Bioclimate Buffering Layer）就是典型的多功能策略。它是指通過建築群體之間的組合關係、建築單體的組織和建築各種細部的設計，在建築與周圍生態環境之間建立一個緩衝區域，在一定程度上防止各種極端氣候條件變化對室內的影響，同時強化使用者需要的各種微氣候調節手段。生物氣候緩衝層具體可以大到街道、廣場等空間，也可以是建築的外維護結構，還可以小到建築的細部構造。
雙層皮玻璃幕牆是生物氣候緩衝層設計原則的具體體現。這種光、薄、透的新型表皮構造，在冬季的白天可以保證室內獲得足夠的日照，以高效實現太陽能的被動式利用，晚上除了中空玻璃可以有效地阻止長波輻射以外，關閉的特製金屬百葉相當於增加了一道保溫層，有效地阻止了室內熱量的散失；而在夏季，空腔內因熱壓而上升的空氣能將金屬百葉吸收的熱量帶至窗外，通過調節雙層幕牆之間的特製遮陽構件還可以起到遮陽和熱反射作用，從而實現建築的被動式降溫（圖4-6）。
