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要
学术干货 多图预警！！！
一篇文章让你从内到外的探索仿生学与建筑科技的完美融合
本文约4826字 阅读时间约20分钟
前言
建筑师们对于野生动物形成原理的使用使得设计获得了新的品质，成为过去40年世界建筑实践中的新趋势之一。仿生学是一种创新的建筑风格，它充分利用了自然的一切：轮廓、形式和自然功能。因此我们可以称未来的架构目标是自然与现代技术的融合。工程师可以对自然建模，并将其与建筑和工程技术集成，以满足当今和未来人类的基本需求。想要设计仿生建筑，需要该领域的建筑师们具有较高的创造力以及敏锐的观察力。那么仿生建筑是如何成为现代和未来建筑的发展前景的？同学们又应该如何在设计中实现自然和科技的结合呢？
01
仿生建筑的起源
仿生学起源于希腊语，意思是“生命的一部分”。它是科学趋势的基础，专门研究某些生物系统和技术在工艺上的使用可能性。建筑和仿生技术的运用产生了新的、不寻常的构架形式，从功能和实践的角度来看它们是有用的，并且在美学上具有独创性。
世间万物相互依存，任何事物和事实都会直接或间接关联。野生自然与无机自然之间存在着将整个世界统一为一体的规则，从而在人工创建的法律体系和自然形式的原则中产生了客观可能性。它的基础是人与生物学的关系。掌握建筑中自然形态最困难的阶段是从十九世纪中叶到二十世纪初。与以前的建筑技术（例如，钢混凝土的发明以及玻璃和金属结构的使用开始）相比，生物学发展迅速，并取得了空前的成功。
卡普里奇（Kaplický）是一位伟大的建筑和艺术制图员，秉承了源于文艺复兴初期的风格。最早的项目可以追溯到1970年代初期，这些画作展示了对于未来仿生建筑的畅想。1979年，Kaplický与David Nixon共同创立了Future Systems，其客户包括NASA，他们为国际空间站进行了设计研究。
通过探索这一阶段，人们应该特别注意建筑这一重要趋势的出现，例如“有机建筑”。“有机建筑”领域是功能主义领域。实际上，这种建筑的所有“无缝性”都变成了建筑形式对当地景观的外部约束的确立，以及为了维护居民的目的而使用当地建筑材料。有机建筑设计中“从内到外”的架构开发（将类似的开发引导到所有野生世界都典型的系统形成方式上的开发）这个想法非常有趣且“仿生”。
有机建筑是从内到外的建筑，理想是完整性。必须将满足所有人类重要功能的建筑开发为整体，因此既要考虑这些功能，又应该与抽象的建筑形式保持平衡。
——有机建筑主要思想家之一：弗兰克·劳埃德·赖特（FL Wright）
02
仿生建筑的现代发展
在建筑中学习自然界形态的现代阶段的特点是，不仅学习了自然界的形式，而且在自然界与建筑的发展规律之间形成了紧密的联系。如今，建筑师不再使用野生自然的外部形式，而是使用某种形式的特征和特性，这种方式可以表达生物的功能，类似于建筑的功能主义方面。在许多情况下，自然的结构形式就是这些系统的原型。这种形式已开始成功地用于建筑的不同类型学领域，大跨度和高层建筑的建造中，用于快速改造建筑的创建中。
应该强调的是，建筑仿生不仅决定了建筑的功能性问题，而且为寻找建筑综合功能和美学形式打开了前景，并且它教会了建筑师思考使用综合形式和系统。仿生风格意味着自然形态和高科技的综合，而大型城市居民的现代生活为生活空间确定了标准，现代住房质量的最重要标准之一就是功能性和舒适性。
然而在任何时候，该体系结构都具有矛盾性。一方面，它是有机的，遵循自然法则；另一方面，它是人造的，与欧几里得遗赠的理想相一致。建筑发展的有机趋势可以安全地称为“教育艺术”和理性的“美术”。有机架构决定了不基于几何的形式。它们是动态的，不规则的，是由于与现实接触而发生的。建筑的无机形式基于几何形状。因此，它们应该具有正确和完美的比例，达到黄金分割和绝对的美。
03
仿生建筑，世界上最现代的建筑
仿生建筑被认为是当今世界的领先科学之一。实现仿生和有机的思维方式是20世纪的主要成就之一。仿生学是探索自然并从自然界中的各种行为和交流中激发灵感的知识。鉴于当今的自然是几个世纪以来进化的结果，我们可以对这种进化过程进行建模。
为了使用和模仿自然形式，仿生设计师使用两种方法：
1. 设计师旨在模仿自然形式的外观。在这种情况下，建筑物是自然和周围环境美的反映。
2. 设计师重新审视了结构。通过考虑自然界中的内部和外部关系与结构，零部件和整体的比例以及运动模式，创建新的设计并应用。
仿生建筑的知识改变了人们对建筑的态度。这种建筑的力量和重点在于对自然界事物的正确使用，这将导致建筑物的可持续性以及生活环境中的多样性。使建筑物充满活力是仿生建筑的主要趋势之一，建筑物的最大特征是激发其生存能力。
举个例子，飞机的内部隔板希望可以最大程度地减轻重量，承受更多的力，同时在下降时能够支持不平衡载荷降落。那么通过将生物学和建筑学融为一体，设计模拟了粘液霉菌的生物生长模式（一系列有效的线性结构可以增强整体结构），从而优化了面板的新结构系统。与所有有机细胞一样，在该结构的每个单元中以最佳适应方式进行组织。
斯图加特大学计算设计研究所（ICD）和建筑结构与结构设计研究所（ITKE）正在使用动物界的模型为基础，开发具有潜在开拓性的构造方法。在技术史上，自然已经多次成为新材料，建筑或机器的典范，但我们仍然可以从自然界中学习到的几乎无限的事物。
2013研究亭是ICD和ITKE探究对于天然纤维复合材料外壳进行仿生研究的自下而上的设计策略，以及纤维增强聚合物结构的新型机器人制造方法的开发的结果。目的是设计一种用于模块化，双层纤维复合结构的缠绕技术，该技术可将所需的模板降至最低，同时保持较大的几何自由度。
Elytra灯丝亭是2016年V＆A工程季的一部分。这个概念已经基于以前的研究亭，并且从那时起一直在不断发展。展馆的名字也应归功于天然甲虫的翼箱案例。这些“ 鞘翅 ”由上壳和下壳组成，它们通过支撑元件（小梁）相互连接，在支撑元件中，两个壳的纤维连续不断地进入彼此。
04
未来仿生建筑的畅想
建筑的主要原因是自古以来就保护人类免受自然侵害，而未来城市则希望通过其新兴方法最终使人类与自然生态系统融为一体：架构可以新陈代谢，外墙变得智能可再生，屋顶成为绿色城市的新天地。它们是运动中的事物，可以由自由植物恢复，并始终根据功能调整形状。接下来通过一些仿生建筑的学术案例，让我们学习一下在方案设计中是如何实现自然与技术的结合的。
4.1
亚洲凯恩斯
比利时建筑师文森特·卡勒鲍特（Vincent Callebaut）提出了一种将自然生态系统引入城市的概念，其设计的“农场主”由成堆的巨型玻璃鹅卵石制成，用于中国深圳的某地。为了应对该国快速的城市化进程，卡勒鲍特希望完全重新考虑当前的城市结构，并取消郊区。城市越密集，能源消耗就越少。方案的挑战是要建立一个碳排放量为零，能源为正的肥沃的城市化进程，以使经济发展与地球的保护相协调。
建筑师根据自然界的规则提出了一种新型的城市栖息地，其中有成堆的巨型鹅卵石内部居住着整个社区。所有的能源都将来自太阳和风，任何产生的东西都将可回收，当地的能源将尽可能地资本化。每个塔楼的居民也可以在那里工作，从而减少了旅行的需要。所有食物和商品将在建筑物内，悬浮的果园和菜园中生产，所有废物将被反馈到生态系统中。
该提案被冠以亚洲凯恩斯的称号，是一系列的塔，其中一些塔包含多达20块玻璃“鹅卵石”。钢结构将产生弯曲的形状，而太阳能电池板和风力涡轮机将安装在外表面上。生物形态基于自然界的形状，例如草原鹰的垂直翅膀，鹦鹉螺的螺旋形和流体动力学形状，白蚁丘的通风情况。
仿生学基于生活策略，自然的制造过程，例如，睡莲的可塑性，蜂巢中蜂巢的超抗性结构。仿生学以成熟的生态系统为基础，并倾向于复制热带森林中存在的所有相互作用，例如：将废物用作资源，多样化和合作，将材料减少到最低限度，例如自生农业，光合作用（人类的主要能源）的繁殖，绿藻的生物氢生产。
4.2
结合了结构和装饰的仿生塔
建筑必须在城市的有机组织中充当生态系统的角色。
仿生塔的目的是探索自然与建筑融合的方式，从而创造出最终的可居住结构。它从基本级别开始。该设计使用对生态系统生物组织的引用，从最小的单元到整个系统的智能化。通过使用行为逻辑的参数化建模，系统得到了不断优化。由LAVA设计的这个生物变形项目受自然启发，并尝试使用先进的设计技术构思出轻巧，高效和优雅的结构。
建筑师将通风，太阳能获取和集水问题作为一种自我保护的进化本能来解决，这是自然界发现并被建筑采用的体现。设想等效于有机再生的机制，将建议的系统连接到立面设计。它们以表面智能自动化的形式嵌入立面中，解决了通风，太阳能获取和集水等实用问题。新材料和新技术可提高适应性，响应能力，环境意识和强度。建筑系统和皮肤受到控制，并对外界影响（例如气压，温度，湿度，空气污染和太阳辐射）做出反应。
4.3
基于仿生学的大教堂
该方案的设计理念是对仿生学的解构和重组，以及重新设计教堂的超自然精神。这个想法是基于两个开始级别和提取元素，一是鱼骨头和质地的衍生和演变。具体来说是从鱼的各种重要部位中提取几何元素，然后根据生物体形成的逻辑，这将成为主要结构和方式的原始形式。其次是教会的宗教信仰和空间精神。探索建筑精神是研究如何将现代建筑与超现代建筑结合在一起的基本方法和必要手段。
建筑外观的外部繁荣，实际上需要仔细的逻辑结构来支持固有的物理单元。在这个项目中，主要研究单个单元的形成和变异以及一系列逐渐组合成逻辑的系统。在各个阶段，复杂性的力量扩展都是由身体本身变化和逻辑组成的。同时，试图控制总体复杂性和连贯性的层次结构，以实现交互场景的复杂有序的审美共存。这是趋于自然的仿生学或建筑美学的初衷，因为自然是合成生物最复杂的生物学解释。
在任何一个领域，理论都远远超出了实践，这是一切在建筑领域不断更新和发展的前提。上世纪以来，对未来建筑和乌托邦城市的想象一直延续到现在。在这里，该建筑放弃了极权主义，并继承了反极权主义的乌托邦主义倾向，关注自由主义的本质和精神。
仿生建筑是未来确保建筑与自然环境和谐，保持生态平衡，实现建筑可持续发展的重要手段。从上文中我们可以发现，设计者们都在试图利用自然的智慧，例如白蚁丘中的自然通风系统、蜘蛛网和蛋壳的悬索和薄壳结构等，通过仿生功能进行了建筑创新。而且，利用自然能量的被动建筑技术不仅可以改善室内环境而且还实现了建筑物的低能耗。
仿生建筑的发展应遵循自然法则，可以从自然属性的机械特性，结构关系和材料性能中汲取灵感，并将其应用于建筑物的结构或形状设计，旨在提高建筑资源的效率。或者使用天然动植物作为仿生材料，在建筑物表面实现了自补偿，自调控和自维护机制，使建筑物能够主动适应环境，从而反映出共生关系。在大家的作品集项目中，小编认为同学们需要通过敏锐的观察力去深度思考自然、发掘自然，研究生物系统中的规律，同时结合现代建筑技术，进而发挥自己的创造力，去寻找仿生学在建筑设计中的巨大潜力，最终设计出完美结合科技和自然的新方案~
