仿生建筑

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仿生建筑
& `8 f/ v; Y' y4 v, _动物王国里也有许多天才的建筑大师。工蜂建造蜂房特别精致，每间房都是一个六边形体，科学家说，蜂房的建筑最节约材料。蜜蜂巢的这种结构早巳为仿生学家所重视，并已经制造出了工程蜂窝结构材料。这种材料重量轻，强度和刚度大，隔热和隔音性能好，现已被广泛地用在飞机、火箭和建筑结构上。

, R$ T2 T! }; V: m4 }一个有趣的事实是，“好汉攥不破鸡蛋”。不信，你把一个鸡蛋放在手心握紧，尽管使出吃奶的劲握攥，薄薄的鸡蛋壳却并不破碎。可见它承受均匀的力量的能力是很强的。鸡蛋的蛋壳，我们几乎天天都能见到，似乎没有什么大的用处。然而，以建筑为职业的人，可把它视为至宝。我们的祖先很早就发现了蛋壳的奥秘，并据此设计了凸面向上的石拱桥，当它受到向下的压力时，邻近的石块则产生拉力，由于石块的抗拉强度很低，所以凹面向上的石桥只能承受很小的力。建筑师又在蛋壳的启示下，设计了小到自行车棚大到现代化的大型薄壳结构的建筑物。这种建筑物既坚固，又节省材料。各国火车站大厅屋顶大多采用这种薄壳结构。屋顶薄，跨度大，整个大厅显得格外宽敞明亮，舒适美观。举世闻名的悉尼剧场也是一座典型而新颖的薄壳建筑。

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模仿植物是美化环境的重要内容。近年来，人们不仅造人工草坪，还创造了许多植物物种造型，夸张逼真，效果甚佳。

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仿生建筑文化的新趋向
' P$ ~' z. E. r+ \, V2 r% x    建筑形式的仿生是创新的一种有效方法，它是通过研究生物千姿百态的规律后而探讨在建筑上应用的可能性，这不仅要使功能、结构与新形式有机融合，而且还应是超越模仿而升华为创造的一种过程。上述建筑师的作品无疑值得在建筑创作中借鉴的，只要我们善于观察和吸收自然界中千变万化现象的内在规律，我们就能有取之不尽的源泉。遗憾的是也经常会出现一些简单模仿某一形象的作品，如1974年建的京都人脸住宅，还有美国的许多“热狗”快餐店的具象广告式建筑，这些都已背离了建筑仿生的意义，只是一种单纯追求新奇噱头的效果，它既无创新的价值，也不能与周围生态环境取得协调，是一种建筑文化的糟粕，这是需要引以为戒的。

5 C8 h& ^% _( }3 I; \- G; c    在结构仿生方面，先进的工程师们在近几十年来已取得了非凡的成就，他们比建筑师更善于观察自然界的一切生态规律，已应用现代技术创造了一系列崭新的仿生结构体系。从一滴水珠和一个蛋壳看到了其自由抛物线型曲面的张力与薄壁高强的性能；从一片树叶的叶脉发现了其交叉网状的支撑组织肌理，这些对建筑结构的创新设计都是十分有益的启示。
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    1947—1949年意大利结构工程师奈尔维和建筑师巴托利（Nervi　and　Bartoli）设计的意大利都灵展览馆的巨形拱顶就是仿叶脉肌理而建造起来的，混凝土骨架和玻璃格组成的拱顶宽 93.6m，长75m.奈尔维和维特罗西（A.Vitelozzi）于1957年建造的罗马奥运会小体育宫，半圆形弯顶直径60m，内部采用了钢筋混凝土网格的结构系统，就是受葵花的启发，不仅用材经济，受力合理，而且创造了内部装饰新颖的效果。小体育宫的外部则从人类腿骨的受力分析中得到启示，创造了一圈丫形支撑体系，使空间结构与建筑艺术形式的虚实结合达到了完美的统一。1960年奈尔维又建成了罗马奥运会的大体育宫，半圆形弯顶直径达到98.4m，可容纳16000观众，内部采用放射形拱肋的构造形式支撑着上部的混凝土弯顶，顶厚只有6cm.同部看去既象一朵花，也象是密密麻麻的叶脉网，成功地使现代技术与使用功能、装饰艺术达到有机的结合。对比公元120—124年建成的罗马万神庙，半圆形弯顶直径为43.2m，混凝土厚度则为1.2m，这充分说明了建筑技术运用仿生原理所取得的巨大进步。奈尔维既是一位闻名遐迩的结构工程师，也是一位卓越的建筑师，他的创造性在很大程度上就是得益于向自然界学习。
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    美国结构工程师富勒（Buckminster　 Fuller）是另一位有创造性的人物。他从自然界中的结晶体与蜂窝的棱形结构中获得启示，创造了一系列惊人的大空间结构作品。1958年他在美国巴吞鲁日（Baton　 Rouge，LA）建造的联合油罐车公司的巨大弯顶，直径达115.2m，就是应用晶体结构的原理建造的。1967年富勒和塞道（Fuller　and　 Sadao）一起建造的加拿大蒙特利尔国际博览会的美国馆，是一座球体建筑，在当时展览会上极为引人注目。他很可能是模拟一种深海鱼类的网状骨骼和放射虫的组织结构，创造了立体网架的短线弯窿，高度达60m，直径为76.2m，弯窿外部用塑料敷贴，并可启闭，夜间灯光照亮，通体透明，犹如星球落地。
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* B& ]% ^6 b4 V& F2 ?5 W# X$ |    纽约环球航空公司航站楼不仅是外形仿生的著名作品，而且埃罗。萨里宁还和威廉。加德纳（William 　Gardner）在结构上建造四瓣组合式薄壳，中间有缝隙采光，四瓣薄壳则由下部的丫形柱支撑，这与人的头盖骨的拼合极为相似。航站楼应用这种结构肌理不仅解决了自由曲线造型的难点，而且在结构与形式上又能达到有机的融合，这是值得建筑师们注意的。并不需为了建筑的某种造型就一定要牺牲结构的合理性，相反，有机的结构与新颖的形式可以相互共生。

4 i# K7 A" [2 p6 \, Q! x' t* Y    德国结构工程师奥托（Frei　Otto）于1967 年在加拿大蒙特利尔国际博览会上建造的德国馆，象一群帐篷式的建筑物，这是用网索结构仿蜘蛛网形的支撑体系，上面用塑料面层覆盖，造型非常特殊，它可以有利于作为临时性建筑的装卸。1972年的慕尼黑奥运会的体育场馆也运用了这一结构形式。由于他善于使用这种结构类型，因此也有人称他为“蜘蛛人”。这种蛛网形的网索结构后来还发展为帆布张力结构系统，与帐篷形式更为接近。

    其实，建筑师中也不乏在结构上应用仿生的例子，勒。柯布西耶早年大量使用的鸡腿柱和框架悬挑的结构系统无疑是从动物腿骨支撑所得到的启示，1931年他在巴黎附近波依西（Poissy）建造的萨伏伊别墅（Villa　Savoye）就是这种结构系统的体现，至今仍被人们所称颂。

    赖特是众所周知的建筑大师，他早年曾攻读过结构专业，因此能在建筑造型与结构体系的融合方面运用自如。1950 年他设计建造的威斯康星州约翰逊制蜡公司试验楼（Helio　Laboratory　and　Researeh　Tower，Racine，Wisc.） 就是仿树状结构特点，把主要支承结构放在建筑中央，四周楼板悬挑，外表形成幕墙，取得了新颖效果。应用同样原理，赖特在1956年还大胆设想了1英里高的摩天楼方案。
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8 L6 m% F+ |5 _& C  v- i. w    在结构仿生方面，最值得称颂的还是后起之秀，年轻的西班牙建筑师圣地亚哥。卡拉特拉瓦（Santiago 　Calatrava）。他于1951年出生在西班牙的巴伦西亚，曾在当地的建筑学院建筑学专业毕业，后人瑞士苏黎世大学土木系学习结构工程，毕业后又于 1981年获该校建筑系技术科学博士学位。他的博士论文题是“结构的可折叠性”。毕业后他留居瑞士开业，继续致力于折叠结构与仿生结构的实践，他观察狗的骨架和腿的活动支撑，已作出了许多可喜的成就。他在1983年建造的瑞士卢塞恩市邮局前的大雨蓬就是最早应用活动关节的实践。1986—1987年他在巴塞尔市一座中世纪古建筑的改建中，将咖啡厅上的天花钢梁架做成仿动物骨架的自由曲线，既有着新颖的观赏效果，又能符合受力的特性，是一种大胆的尝试。此后，他在1987年为加拿大多伦多市建造的BCE文化广场大厦，创造性地模仿了树干分叉的生长肌理，设计了两边的支柱与顶栅的弧形肋架，取得了非凡的艺术效果。1991—1992年他在西班牙的塞维利亚1992年国际博览会为科威特设计的展览馆，其屋顶是可自由启闭的结构，模拟着动物关节的自由运动。夜间屋顶肋架敞开，下面平台上便可进行露天的各种活动，它不仅在结构与功能上能够有机结合，而且也给人以无限的遐想。1989—1993年他在为法国里昂塞托拉斯机场（Satolas　Airport）附近的铁路车站设计建造中，完全应用了动物骨架的结构原理，充分发挥了节省材料提高效能的特性，并且造型新颖，令人刮目。

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