给建筑于生命(仿生建筑)
midgek5680
midgek5680 Lv.7
2005年05月31日 15:24:43
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在北美洲的落矶山脉,一群海狸正在工作。海狸被称为自然界的建筑大师,它们用牙齿砍伐树木,衔来树枝建筑小屋。就像最专业的建筑师一样,它们专心致志,一丝不苟。每只海狸都在主动做自己该做的事情,虽然没人指示它们应该怎么做,但是,一切井然有序。而在北京夏日的树阴下,一群蜜蜂也在建造自己的家园,它们忙忙碌碌,不知疲倦。这些生物肯定没有想到,在营造自己家园的同时,它们的自身也成为人类建筑模仿的对象。   采访:(董聪) 建筑和生物之间实际上有很多相像的地方,比如说建筑生物通常情况下都有左右对称性,建筑生物还有一个相像性就是建筑通常有一个正面一个反面,正面引导观众进入,背面可以处理一些垃圾废物之类的,这就像动物。

在北美洲的落矶山脉,一群海狸正在工作。海狸被称为自然界的建筑大师,它们用牙齿砍伐树木,衔来树枝建筑小屋。就像最专业的建筑师一样,它们专心致志,一丝不苟。每只海狸都在主动做自己该做的事情,虽然没人指示它们应该怎么做,但是,一切井然有序。而在北京夏日的树阴下,一群蜜蜂也在建造自己的家园,它们忙忙碌碌,不知疲倦。这些生物肯定没有想到,在营造自己家园的同时,它们的自身也成为人类建筑模仿的对象。


  采访:(董聪) 建筑和生物之间实际上有很多相像的地方,比如说建筑生物通常情况下都有左右对称性,建筑生物还有一个相像性就是建筑通常有一个正面一个反面,正面引导观众进入,背面可以处理一些垃圾废物之类的,这就像动物。


  如果我们细心观察就会发现,很多动物的巢穴本身就是经典的建筑,蜂窝就是其中杰出的代表作品。早在十八世纪初,法国学者马拉尔琪就曾经对蜂窝进行过仔细的观察测量,发现每只蜜蜂的居住空间都是相同的六角柱状体,其底部三个菱形面的锐角和钝角分别是70度32分和109度28分。


  这是养殖蜜蜂的蜂箱里面的蜂窝,它的结构就是标准的六角柱状体,大家看,一个一个的都很标准。说起这个六角柱状体学问可大了,在一千六百年前,有位叫巴普的数学家就发现,蜂窝的这种结构是一种最经济的形体。也就是说,在条件相同的情况下,这种六角柱状体可用最少的材料建造出最大的使用面积。


  接下去发生了一件有趣的事:一位数学家精确计算出了最经济形体的角度数据,这个数据与之前马拉尔其测算出的蜂窝角度只差2分,但同时也推翻了蜂窝的结构就是最经济形体的论断。不过很多人认为,对于蜜蜂这么小的建筑师来说,这么小的误差已经算不得什么。谁知过了几年,又有科学家对此提出异议,认为蜜蜂不会有误差,蜂窝的结构就是最经济形体。双方为这二分的差距争论不休。如果不是后来发生的一件事,蜜蜂的“冤案”还无法“昭雪”。


  一艘英国军舰在不应该的情况下沉没,调查随即展开。最后发现是设计时计算有误,问题就出在使用了印刷有误的对数表。那位数学家听后大吃一惊,他发现自己计算时所使用的也是这种错误的对数表,于是用正确的对数表重新计算,结果发现蜜蜂没有错误,它建造的房子就是所谓的最经济形体。


  在建房时,蜜蜂使用自己的触角作为计量器具,用两颚作为剪刀。虽然没有精密的仪器,不用对数表,却能完成非常精致的建筑。成千上万间蜂房紧密排列,不但形状、角度都一样,连体积也完全相同。不过,最让人类惊讶的还是它用最少的建筑材料建造出了最大的使用空间。


  蜂窝的结构早已被仿制出来,广泛应用在飞机和火箭上。同时由于用材的经济性,类似的设计还被应用于城市建筑,成为建筑仿生的一个重要案例。


  采访:(董聪)(仿生建筑)目前没有定义,不过业界基本上采用两种定义。一种是模仿生物某些形态和功能的建筑,称为仿生建筑。另外一种比较狭隘,模仿生物的某些结构形态、结构和功能的建筑称为仿生建筑。


  事实上,在建筑仿生这个概念出现之前,甚至在远古时代,人类在无意识的状态下向大自然学习的影子就已经出现。举一个简单的例子,当我们想要跨越河流甚至海峡的时候,各式各样的桥梁出现在我们面前,为我们提供方便。伴随着科技的发展,桥的形式也日新月异,拱桥、斜拉桥、悬索桥。但是,世界上第一座桥梁是怎么诞生的?也许独木桥就是桥梁最初的形态。


  采访:(陈志华) 古代想过河怎么过呢?有一个树倒在河上,过去了,发展到独木桥,发展到拱,发展到拉索桥,斜拉桥等等,这样一个简单的从自然提取形式发展过来的,这离不开自然模仿的存在。


  没有第一根意外倒在河流上的木头也许就没有现在随处可见的桥梁。但是,自然给予人类的灵感远远不止于桥梁。法国卢浮宫,人类艺术的宝藏,栖息着包括达·芬奇的名画《蒙娜丽莎》在内的众多艺术精品。同时,这座以拱形结构为主的建筑本身也是精美绝伦的艺术品,被无数后世建筑学家所敬仰。奇妙的是,后来的建筑仿生学却在这种拱形结构和恐龙之间找到了奇妙的联系。


  采访:(董聪)脊椎动物都有一个比较合理的骨架结构,因为重量比较大的,像我们所说的恐龙有庞大的身躯,四到八米高,二三十吨重,要承担这样的身躯的话,一定要有一个比较合理的骨架系统。


  曾生活在中生代的巨大爬行动物恐龙,拥有数十米的身体长度的和巨大的体重。这样一个庞然大物要走动觅食,生存下去,四肢必须承受相当大的负荷。如果恐龙不具备合理的力学结构,偌大的身躯肯定会被压塌。建筑学家发现,恐龙巨大的身躯和头尾的重力中心最后都落在腰部,身体的重量通过身体重心传递到粗壮的四肢上,整个身体的上部犹如一座拱桥。从力学角度来看,它的确是一种承受巨大负荷的理想结构造型

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midgek5680
2005年05月31日 15:29:34
2楼

  在中国天津,由天津大学、天津建筑设计院,联合川口卫等外国设计师设计的天津博物馆已经正式落成。和代代木体育场不同的是,天津博物馆采用了薄壳结构。这种建筑结构和悬索结构以及拱形结构一样,也是人类从大自然中得到的启示。


  薄壳结构的设计灵感来源于鸡蛋和贝壳。不知道您在生活中有没有注意到这样的细节:我们炒鸡蛋的时候拿着鸡蛋往碗沿上这么一磕,鸡蛋就碎了。但是您要是像我这样拿着它捏,它是很难被捏碎的,因为这时候鸡蛋是均匀受力,各个部位受到的力都是差不多的。贝壳也是这样的,它会把受到的外力向四周均匀地扩散,所以看起来很薄的结构却能承受很大的力。建筑上的薄壳结构就是受了这个启发。


  由于薄壳结构能跨越甚至几百米的跨度,同时给建筑内部留出不被隔断的大面积使用空间,在建筑结构特别是大型场馆的设计中被广泛应用。北京奥运会的场馆建设就为薄壳结构提供了一个理想的展示平台。川口卫也带着作品来到北京,等待专家组的评选。


  采访:(川口卫)薄壳结构一开始的时候,并不是所有结构都能做出来的,因为它开始的时候主要是用砖来做的穹顶,后来发展到用混凝土做的穹顶,这种由砖或混凝土做的薄壳结构形状是有限制的,不是做成各种形状都可以,后来随着薄壳结构的发展就能做成各种各样造型的薄壳结构,对后来建筑的发展起了很大作用。


  没有薄壳结构这种来源于大自然的建筑形式,天津博物馆只能是一幅绘在图纸上的作品。而其神似天鹅的独特造型也是这座建筑仿生原理的重要体现。在谈到天津博物馆的设计起源时,天津大学设计师们很自然地联系到了坐落于澳大利亚海港上的著名标志性建筑——悉尼歌剧院。


  采访:(陈志华)博物馆和歌剧院都是文化性的建筑,悉尼歌剧院当时资本主义发展是一个比较快的速度,海上航行的风帆也好,壳也好。我们天津当时有一个说法,二十一世纪是中华民族腾飞的世纪。腾飞的飞就让我们想到飞翔的概念,于是就把展翅的天鹅这个骨架提取出来,然后再把它整个完善成博物馆的建筑物,就成了目前展翅飞翔的天鹅这么一个造型。


  很多人看过悉尼歌剧院以后都会自然地联想到它是薄壳结构。事实上,在悉尼歌剧院最初设计的时候确实计划采用薄壳结构。但由于如此大的跨度带来的相应技术难度,这座经典的建筑最终依靠传统的拱形结构才得以完成。


  但是,在几十年后的今天,即使更大的跨度也已经不是问题。天津博物馆就横向跨越了186米,这是接近于一个普通田径场直径的超大跨度。在夜空下,天津博物馆就像一只展翅欲飞的天鹅,蓄势待发,即将腾空而起。在正式开放的时候,神似天鹅长颈的入口走廊两侧,将注满碧蓝的海水,穿过这两个美妙的天鹅湖后,游客将看到一个历史和现实交相辉映的神奇世界。


  采访:(川口卫)首先天鹅自古以来就是人们非常向往的,非常憧憬的非常美好的一个动物,这个建筑就是想用天鹅这种美好的事物作为设计理念,来表达这个含义,同时,它内藏的文物都是不能用金钱来衡量的天价的东西,也是要表达这种非常美好的,非常天价的,内藏的这些信息。


  单看这幕原版的芭蕾舞剧天鹅湖,我们就能感受到天鹅传达给人类的美好和愉悦。而它们一飞冲天的那一刻,也让我们体会到了希望与力量。设计师们就汲取了这个瞬间,并把这种希望和力量展现在了天津的土地上。天鹅展翅时的骨架形态,也为天津博物馆建筑结构的力学原理提供了灵感,成为了支撑起这座庞大建筑的骨架。


  采访:(陈志华)一个形式的完成主要是骨架决定了形式,这个天鹅展翅的时候,两个翅膀,颈,头,就整个形成了天津博物馆外轮廓的形象,然后羽毛的位置,在这个位置上形成了天窗,我们看到天津博物馆外形整个壳面上很多天窗,这就表明了羽毛的位置,这些骨骼和羽毛就把外形的轮廓定下来了,这个天鹅的骨架就形成了外形整体的形状。





  不仅如此,天津博物馆从外到内都展现了设计师从大自然中汲取的灵感。按照国家规范,这样大型的建筑物表面每隔55米就必须设置一个温度收缩缝,用来克服季节更替带来的热胀冷缩效应,但是这必然会让建筑的外观受到影响,同时这种传统的方式也不适应现代建筑的仿生理念。


  采访:(陈志华)我们一般一个大体的建筑的话,要抵抗很多自然界的作用,包括风,地震,雨雪,以及湿度的作用等等,这里边有一个矛盾在就是我们一般是抗的概念,不管是抗风也好,抵抗地震也好,叫抗震设计是吧,有一个问题就说我们建筑越强,它抵抗能力越大的同时,自然的反应越大。所以我们往往要抵抗大自然的话,是很困难的。


  在天津大学的专家们研究基础上,一种独创性的可呼吸结构最终成形,这种来源于自然的建筑技术成功取代了温度收缩缝的作用。
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midgek5680
2005年05月31日 15:30:59
3楼


  采访:(陈志华)当受到温度变化的时候,整个结构会均匀地向外伸长,或者均匀地往回缩,这就形成了像人的肺一样,一个呼一个吸的伸缩的过程,这就是实现了一个可呼吸的结构体系。
  通过建筑结构的布置,设计师们给建筑赋予了生命。支撑大屋盖的数根混凝土柱。和各种受力钢部件都采用了可以轻微转动的螺栓进行固定。特别是在柱子接近地面的关键连接点,采用了一种名为板铰节点的独创设计。这种节点用最低的造价实现了转动的功能。这样,当外界条件变化时,整个建筑可以相应地轻微转动,从而让建筑模拟了生物肺部的呼吸过程。
  事实上,这种仿生原理和人体的骨骼关节也有紧密的联系。在运动的时候,人的骨骼关节会受到很大的冲击力,但大多数情况下都不会发生意外情况,这就是由于人体关节的作用。而这种以柔克刚的原理应用到建筑中,就可以在一定程度上消除地震等外力带来的影响。

  在天津博物馆的一些细部,我们也可以感受到大自然的美感。入口处的大厅和内部展厅的连接处,设计了六面与水平面呈78度角的斜墙。巧妙地在现代化的建筑和内藏的历史文物之间进行了分隔,让参观者的视觉感受得到自然过渡。同时,整体宏大的六面斜墙也是非常有价值的艺术作品,远看上去酷似立体的天鹅羽毛。评论说:天津博物馆因此斜墙就可以被认为是一个独具特色的艺术作品。
  采访:(陈志华)这种斜墙在世界建筑作品里边也不是很常见的,这里边每个石材都是通过一个麻面和一个光面处理,来产生一种空间的立体的效果,让人从远处一看以为是一个立体的石材,实际上走近一摸是一个平面的,这就是一光一麻处理的天鹅羽毛的立体效果。
  建筑的历史和人类的历史一样久远,从第一座建筑出现之日起,人类就试图用建筑书写历史。从拱形结构到悬索结构再到薄壳结构,大自然不断的给建筑以启示。相信,伴随着建筑艺术和科学技术的发展,更多的仿生建筑必将出现在我们眼前。有一天,建筑将像有生命的生物体一样,依靠自身的调节,实现众多的功能。
在2008北京奥运会主场馆的设计招标中,由瑞士赫尔佐格和德梅隆设计事务所设计的“鸟巢”方案脱颖而出,其外形设计的灵感就来源于鸟屋的结构,相信在2008年,这座必将成为经典的建筑将代表中国走向世界。

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nhfx2001
2005年09月13日 13:28:07
4楼
好!
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