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仿生建筑的原理 自然灵感源泉:仿生建筑开启建筑新一页 仿生建筑的原理和功能

“仿生建筑”是指受天然界生物体(动物、植物、微生物等)的结构、形态、功能、经过或生态体系原理启发,并将这些生物学原理应用于建筑设计和建造中的一类建筑。

它不仅仅是模仿生物的外形(虽然形态模仿也是其中一种方式),更重要的是进修、解读和转化生物在亿万年进化中形成的适应环境、高效利用资源、智能响应变化等精妙策略,并将其运用到解决建筑在结构、材料、能源、环境控制、可持续进步等方面的难题。

仿生建筑的核心想法和特点:

1. 向天然进修: 将天然界视为一个巨大的、经过时刻验证的“创新实验室”和“解决方案库”。

2. 功能驱动而非形式驱动: 首要目标是解决实际难题(如节能、通风、排水、结构强度、材料效率、自清洁等),形式的改变是功能优化的结局。模仿的是背后的原理,而不仅仅是外在的样子

3. 难题解决: 旨在解决传统建筑面临的挑战,特别是环境可持续性、资源消耗、能源效率、韧性等难题。

4. 跨学科融合: 需要建筑师、工程师、生物学家、材料科学家等多领域的专家紧密合作。

5. 高效与优化: 生物体通常以最少的材料和能量消耗实现最佳性能,仿生建筑追求同样的高效和优化。

仿生建筑在不同层面的应用实例:

形态层面:

模仿贝壳、蛋壳的曲面结构来设计大跨度、高强度的屋顶(如某些体育场馆)。

模仿蜘蛛网或蜂巢精巧的网格结构来设计轻盈高效的支撑体系(如北京民族体育场“鸟巢”借鉴了鸟巢的编织结构)。

模仿树根或珊瑚的分形结构来设计基础或支撑体系。

模仿鱼类或鸟类流线型体态的空气动力学外形以减少风阻(如伦敦市政厅模仿了肥皂泡或鸡蛋的形状,追求最小的表面积以降低能耗)。

功能层面:

模仿白蚁巢穴精妙的通风体系来设计建筑的被动式通风和温控(如津巴布韦东门中心)。

模仿荷叶表面的超疏水效应(“荷叶效应”)来开发建筑表面的自清洁涂层或材料。

模仿松果根据湿度变化开合的自适应表皮来设计建筑可自动调节的外立面(如仿生百叶窗)。

模仿人体皮肤调节体温的智能幕墙体系(如某些建筑利用相变材料或可呼吸表皮)。

模仿鸟骨内部多孔轻质结构来设计和优化建筑材料(如开发高强度低密度的混凝土或金属泡沫)。

体系层面:

模仿生态体系中的物质能量循环,设计建筑内部的资源(水、养分)回收利用体系,类似“城市代谢”。

模仿森林的微气候调节功能,设计城市中的绿色建筑群或垂直森林(如米兰的垂直森林)。

材料层面:

研究贝壳、骨骼等生物矿物复合材料的高强度和韧性,开发新型生物启发复合材料

模仿蜘蛛丝的强度和韧性,研发高性能生物纤维材料

仿生建筑的意义:

可持续性: 提供解决能源危机、资源匮乏、环境污染等难题的创新思路,是实现绿色建筑和生态城市的重要途径。

高性能: 创新出更坚固、更轻盈、更节能、更舒适、适应性更强、维护成本更低的建筑。

创新源泉: 为建筑设计和工程技术开辟全新的思路和可能性,推动技术进步。

和谐共生: 促进人类重新思索与天然的关系,追求建筑与环境的和谐统一。

仿生建筑是建筑师和设计师主动向天然界这个最高明的“设计师”进修,将生物聪明的精华提炼出来,应用于解决人类建筑所面临的挑战,最终目标是创新出更高效、更可持续、与天然更和谐的未来建筑。