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仿生建筑学在空间结构中的运用

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：黄家斌

[导读] 摘要：仿生建筑将模仿自然融入现代建筑。

        中联合创设计有限公司广东省第三分公司广东东莞 523000
        摘要：仿生建筑将模仿自然融入现代建筑。它不仅模仿而且吸收动植物形态的变化以及自然规律的变化，例如风，雨，雷电和闪电。通过吸收自然特征并将其与建筑物本身结合起来，创建了一个新的环境。这些结构是根据自然的不同形式创建的，并包含无数美丽的结构。通过研究建模原理，我们可以更好地理解空间结构。仿生学也被称为模仿生物学。通过模仿自然世界，它从技术上利用了生物系统的结构，物质和功能，还模仿了自然世界，能够从中得到了启发和创新。
        关键词：仿生建筑学；空间结构；运用
        引言
        随着社会的发展和进步，人类对生存环境的需求和对自然环境的渴望不断增加，现代科学技术的进步使人们有可能探索生存环境与生物学之间的关系。德国的勒伯多阐述了仿生建筑的重要性，如何将仿生学应用于建筑，仿生建筑与生态之间的关系以及美学运用等[1]。生物学中“自然选择和适者生存”的规律表明环境中存在着各种生命，存在所有生命是因为它们的结构，功能和形式最适合生存和繁殖。这反映了生活对资源和社会的适应性。那应该是合理的。仿生建筑是指生物发展的规律，旨在解决人类建筑中出现的问题，适应环境和满足人类需求。作为一门发展中的科学，它是人类与自然和谐相处的关键研究。
        1.仿生建筑学的意义
        在中国古代城市的建设过程中，形成了许多布局。在创建这些布局的过程中，形成了相对完整的理论体系，并且在构建过程中获得了丰富的实践经验和文化成就。与西方城市不同，中国古代城市在中国建筑中具有城市灵魂。中国建筑也引起了国内外人们的广泛关注。已经在人体，动物和植物之间的表面上探索了许多西方建筑的仿生作品。从狭义上讲，这是仿生主义。西方人认为，对于大自然而言，它是无生命的仿生生物，无论是大气，水还是岩石，大自然中都没有生命。人的智慧是生命的最高体现[2]。中国建筑不同于西方建筑。中国建筑认为天地合一。建筑也是具有循环，重生和新陈代谢的。对于生物而言，仿生学的概念是模仿自然界中的事物。无论是从天空到地球，还是所有事物中的生物，它们都可以是仿生的。天气运动也会使人们形成仿生生物。中国建筑注重阴阳的和谐，大地也是阴阳相互作用形成的一个球体。地球也是一个充满活力的生物，尽管它具有不同的形式和环境，无论是高山还是湖泊，都会形成大小和个性各异的物体，但是在其自身的生命系统中，该地方并没有变成一个整体。由当地文化培育的仿生生物具有独特的社会特征。
        2.仿生建筑学的应用
        大自然是人类最好的老师，建筑仿生设计的发展可以为我们带来很多启发。随着人类社会的发展和科学技术的发展，人们对建模各种空间结构，空间效果和功能的要求越来越高[3]。创新，美观和个性化的建筑将是未来发展的方向。从建筑建模或结构合理性的角度来看，仿生建筑非常适合这种发展趋势。仿生建筑的内容非常丰富。根据仿生建筑的各种表述和应用，仿生建筑的设计内容主要分为建筑功能仿生，形式仿生，结构仿生和城市环境仿生。下面我们将从建筑形式，结构，功能和材料的角度来解释仿生学在建筑领域的发展状况。

        图1 肯尼迪机场候机大厅        图2中国鸟巢体育馆
        （1）建筑形态仿生
        建筑形式的仿生学是仿生建筑中人类的共同理解，并且已经使用此原理建造了无数建筑物。传统民用建筑中的地下地下建筑原理是受鸟类筑巢的启发，并具有防水，防潮和防鸟的优点。例如，它是在美国肯尼迪机场航站楼建造的。（见图1）结构类似于一只巨大的鹰，可以在不影响到到现代航空运输的舒适和享受的情况下感受到它。根据相应的构成规则，生命是一个有机的整体，由其功能和器官形态组成。如果人体器官要调节生命活动并适应周围环境和内部负荷需要不断尝试调整自己的结构，例如，它们就是鸟的空心骨头，可以通过减轻骨骼的重量来适应其飞行需要[4]。众所周知，只有飞翔的鸟才能吃到最好的昆虫，才能生存和繁殖。自然中生命的繁衍和扩散都反映了以最少的投资以最佳的方式实现利润最大化的原则。正式的仿生建筑将自然形态和构造演变的规则应用于建筑。这样就提高了建筑物的形状和质量水平。中国鸟巢体育馆、悉尼歌剧院、天津博物馆、鱼舞餐厅等都是形态仿生建筑的代表之作，见图2至图5。
        （2）建筑结构仿生
        建筑仿生学是仿生建筑发展中的重要领域。建筑师将自然的福祉与现代科学技术相结合，以不断地对生物学进行概括，深化，实验和系统化。经过数十年的努力，现代建筑仿生技术发现了一种新的仿生结构系统。在这方面，在抛物线形曲面，薄壁高强度蛋壳，支持交叉网络机制的叶脉以及类似于弓形结构的巨型恐龙骨骼的这一方面发现了张力[5]。还有更多示例。为建筑结构带来新颖的设计。仿生建筑的许多正确示例都具有或多或少模仿生物的全部或部分合理结构形式的部分。同时，它们始终可以实现经济，美观和耐用的设计目标。结构仿生学的建设已成为建筑发展的重要组成部分。也是未来建筑发展一个重要的方向。

（3）建筑功能仿生
建筑物的结构应反映特定的设计功能。建筑仿生学的目的是在建筑物结构中准确反映自然的重要功能。大自然是人类创造力的宝库。从空心竹子到结合支撑和传递“管道”的功能，使用寿命和甘蔗循环再到“薄壁结构”和“易于填充”，它们都是结构和功能完美结合的例子。类似的功能建筑结构也被广泛使用。慕尼黑的宝马办公大楼为圆柱形结构，带有电梯楼梯，可支撑大楼并提供垂直运输。慕尼黑宝马大厦如图6所示。由于竹制接缝和高度之间的关系，110层的芝加哥西尔斯大厦的方形管状箍结构（请参见图7）和60层的芝加哥第一联邦银行的水平竹制接缝结构构建（请参见图8）。它的所有结构原理都是生物学功能和结构完全统一的体现。

        （4）建筑材料仿生
        结合现代科学技术，可以根据生物的生物结构，组成，颜色和生命特征，有效地分析天然生物材料的组成结构，材料特性和生长机理，并对其进行仿真开发新的建筑材料。持续满足人类对建筑材料性能不断增长的需求对于建筑材料仿生学至关重要。借助仿生学原理，建筑材料仿生学取得了许多进步。一种是使用蜜蜂蜂窝来创建和发明轻巧美观的泡沫建筑材料结构，并保持隔热和绝热。第二个是建筑师制造的蜂窝状隔断，具有轻巧的结构，并填充有树脂和脲醛泡沫，具有重量轻，隔热效果好的功能。这些都是建筑材料仿生的重要体现。
        结语
        随着社会资源，能源和环境的变化，仿生建筑已成为当今建筑发展的主流。人们总是受到自然的启发，在将其与建筑本身的特性和功能融为一体的过程中，继承并发展了自然动植物的生存能力，生长机制和生态规律，而不仅仅是模仿它，其中也包含了人类的创新过程。将自然有机物的存在合理性应用到建筑物的需求中，并通过结合这些属性来适应新的环境，可以说是仿生建筑物最重要的解释。仿生建筑为人们提供了这样的机会和可能性，无疑在显着改善人们的居住环境和促进建筑发展的过程中起着至关重要的作用。
        参考文献：
        [1]于贞贞.基于仿生建筑中的互承结构形式探索[J].山西建筑，2017，43（28）：12-13.
        [2]邱荣文，饶建锋，韦经杰，饶玮.仿生学在建筑设计中的应用探究[J].山西建筑，2013，39（33）：4-5.
        [3]周立.仿生建筑学在空间结构中的应用[J].消费导刊，2007（10）：207-208.
        [4]徐晓琳.浅谈建筑仿生文化的发展趋势[J].四川建材，2006（02）：71-73.
        [5]刘先觉.仿生建筑文化的新趋向[J].世界建筑，1996（04）：55-59.