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仿生建筑中的生态美学研究 摘要：在建筑多元化发展的今天，建筑审美也呈现出全面化、复杂化的特点。利用生态美学的观点来分析仿生建筑之美，探讨了仿生建筑在形式、功能、与自然关系及地域特色中表现出来的形式之美、功能之美、和谐之美、特色之美，强调了仿生建筑之美是综合几种审美的综合审美。提出仿生建筑的生态美学特性，为仿生建筑理论与实践的研究提供审美依据，更好的推动仿生建筑理论与实践的进一步发展。 关键词：仿生建筑生态建筑美学生态美学 中图分类号：TU-026文献标识码：A 文章编号： The ecological aesthetics research of bionic architecture Ma Hai-peng,Zhang Lai-dong (Xixiang University, Xixiang 710055,China) Abstract: Today when architecture develops pluralism, architecture aesthetic also shows the characters of comprehensive and complicatthe bionic architectural beauty, discusses the bionic architecture in the form, function, and natural relations and regional characteristics shows the beauty of form, function beauty and harmonious beauty, characteristic beauty, emphasized the bionic architectural beauty is the combined several aesthetic comprehensive aesthehitecture, provides aesthetic basis for bionic architectural theory and practice research, further promote the development of bionic architecture theory and practureAestheticsEcological aesthetics 环境与能源问题越来越突出的今天，建筑的理论研究与发展已经从关注建筑体本身转向综合考虑包含建筑的整个环境生态。传统的建筑美学理论已经不能够全面的理解与评判当代建筑的审美价值与审美意义。1969年，美国著名的景观建筑师Ian▪McHary的Design with Nature（结合自然的设计）出版，标志着生态建筑学的诞生，其核心是：建筑促进生命系统与环境系统的和谐发展，建筑尽可能的发挥出有利于生态环境的建设性意义。相应的催生出建筑审美中的生态建筑美学概念，“生态建筑的审美是一个历史的、动态的审美体验，是审美主体在同对象间的相互作用中主体至于对象不断深化丰富的特殊认知过程”。它是将建筑审美纳入整个生态环境审美的大的审美观，同时它又是关注整个建筑建造使用全过程的动态的审美观。建筑的仿生研究是生态建筑研究的一个重要的研究方向，仿生建筑不论从产生的原动力及理论基础，还是建筑的本身形态及功能性都带有浓厚的生态美学色彩。 一、仿生建筑与仿生建筑之美 自然界中的生命体区别于非生命体的最大不同在于：生命体会对自然界中的各种信息给予与之相适应的反应，生命体的延续本身就在于这种信息的反应是否及时。某些物种的消亡正是因为不能适应环境的变化而造成的；而高度发达的生物群则是对环境信息的变化做出了及时的适应性调整，自然界中最发达的生物群正是人类本身。仿生建筑也正是人类为适应当前环境信息变化而做出的反应，而这里的环境信息变化主要是人类本身因发展带来的环境破坏。 百度百科对仿生建筑的解释：“以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为研究对象，探寻自然界中科学合理的建造规律，并通过这些研究成果的运用来丰富和完善建筑的处理手法，促进建筑形体结构以及建筑功能布局等方面的高效设计和合理形成”。仿生建筑的研究是以改善生态环境为目标，体现了社会可持续发展意识和对人类生存环境的关怀。很明显，仿生建筑研究的本质在于通过分析了解自然界中的生物能够与环境共生的基本原理，为建筑与环境的协调发展提供有效的途径。 从生态建筑美学视点来看，仿生建筑具有特殊的审美方式，这种审美方式不仅是建筑自身的形式之美、功能之美，还是与自然环境高度融合的和谐之美、具有浓厚乡土气息的特色之美，更是同时兼有四种美的综合审美。（附表1） （表1：仿生建筑之美的四种美的体现） 二、仿生建筑体现建筑与自然的和谐之美 人类从产生之初就完全生活在自然的环境中，在享受着自然赐予的同时也承担自然灾难。人类区别于其他生物的最大不同在于不仅能够依靠自身的能力适应自然环境，更在于能够通过对其他生物体的模仿、借鉴提高这种适应自然的能力。但不论自身还是被模仿的其他生物都是自然界的一个组成部分，都与自然是高度融合的。自然是人类知识的源泉，是人类最好的老师，人们对自然抱有极大的敬畏之情。其实，从大的概念来说，自然界中没有所谓的“建筑”。建筑是人类对特定生存环境的一种定义，是一种特殊的自然，是人类挡风雨和防御其他生物的袭击和表达自己的精神需求的一种产物。人类的历史是在不断地认识自然、利用自然、学习自然和防御自然的过程中发展开来的，与此同时人类也逐步形成了与自然相互融合的建筑观、建筑形式和建筑技术。在这个过程中，人类一直遵循着学习自然、尊重自然的传统，与自然和谐共处。 随着生产力的不断提高和科学技术的不断进步，为建筑的发展提供了强大的动力支持，新的建筑观、建筑形式、建筑技术得到极大的发展。尤其是与科技相关的建筑技术的进步使人类可以最终自身的意愿创造“更加舒适”的居住和活动环境。但是，经过工业革命的洗礼，再到今天科学技术的高度发达，人类渐渐对自然界失去耐心，没有了对环境应有的尊重。利用各种科技手段创造各种“舒适”小环境的同时是靠牺牲人类生存大环境为代价的，和许多“愚蠢”的人类活动一样，建筑好像一步步走向了自然环境的对立面。当自然环境像一个老迈的笨象被蚁群一样的人类轰然击倒，骄傲的人们充满了征服万物的愉悦感，忘却了自己站立的位置，即使垂死的老象甩甩尾巴、抬抬小腿、挪动一下长鼻，对渺小的蚁群来说都是灭顶之灾。 时至今日，当我们领略了自然环境被我们破坏后带来的不良后果，受到了环境对我们的惩罚，才逐步认识到自然生态环境的脆弱以及被破坏后给人类带来的巨大的副作用，又重新对自然生态环境有了更深层次的认识和敬畏。这种敬畏与人类早期对自然的敬畏有很大的不同，早期主要是畏惧感，因为畏惧而产生的尊敬，今天的敬畏更多的是对环境的尊重，是人类与环境之间互相影响、共生共存的尊重。这种共生共存的尊重就像自然界中的生物一样，它们尽情的享受自然生态的恩赐的同时又毫无保留的投入自然，维护着自然生态的各种平衡与和谐。人类的各种活动，尤其是建筑活动应该顺应自然生态的要求，充分利用自然生态的同时，时刻保持对自然生态的最大维护性。这样才能建筑与环境、人类与环境共同和谐发展。 三、形态仿生建筑中体现出自然生态的形式之美 人类文明中一直就是表现和继承自然形态这一悠久的传统。学习从模仿开始，大自然往往已经呈现给我们一些很好的解决问题的方法和生动的美学。自然界中的各种图案、形式和色彩，都是自然演化的产物，自然的美学美丽、生动而且丰富。人类自古就有向自然学习，采集自然元素作为自己服饰、器皿和建筑装饰的传统。在现代建筑中，自然中包含的美学仍然是建筑师塑造形体和结构的灵感源泉。 学者在乌克兰发现了公元前8000年旧石器时代人类建造的建筑用385根猛犸象骨建造的无盖居住屋说明当时的人类已经利用动物毛皮和骨骼作为结构建造建筑。这可能是最早的用动物骨骼建造的房屋，虽然这是对生物形态的直接利用，在概念上说这不能称之为仿生，但为后来的建筑形态提供了良好了审美支撑，就是今天拱券结构的原型也未尝不是一种可能。 巴塞罗那，以独特的建筑艺术称荣。城市几乎所有最具盛名的建筑物都出自一人之手。这位被称作巴塞罗那建筑史上最前卫、最疯狂的建筑艺术家，名叫安东尼奥高迪伊克尔内特，1852年7月26日生于离巴塞罗那不到100公里的一个小镇。出身于金属工艺师家庭的高迪，成长于塔拉戈纳的乡野，童年时代的经历给了高迪独特的视角去观察这个世界。高迪通过观察自然和自然中的形态，获得了许多建造房子的时候需要掌握的结构和构造法则。神圣家族教堂就是其中一列，位于巴赛罗那市区中心，建立教堂的目的在于使其成为维护社会秩序的精神支柱。现在看来它与伊比利半岛上的白蚁洞穴有异曲同工之妙。（附图1、2） 图1:神圣家族教堂（来源于网络） 图2: 白蚁的洞穴（来源于网络） 仿生建筑不是对大自然的不计代价的盲从模仿，而是对所观察的材料和其生长特性进行深思熟虑直至进行精密复杂的人工处理后才形成的。生物学设计师Julian∙Vincent定义仿生建筑是“对大自然中提炼出来的优秀设计的抽象”。圣地亚哥卡拉特拉瓦（Santiago∙ Calatrava）是世界上最著名的创新建筑师之一，也是备受争议的建筑师。拥有建筑师和工程师的双重身份，他对结构和建筑美学之间的互动有着自己的思考和把握。卡拉特拉瓦的结构设计喜欢从自然界植物、动物骨骼、人的躯体，尤其是人类的各种姿势和动作中汲取灵感，以大自然作为他设计时启发灵感的源泉。但卡拉特拉瓦并不是直接和简单地模仿自然中的元素来作为其建筑形象和结构。而是通过优化的组合结构构件，卡拉特拉瓦在解决工程问题的同时也塑造了建筑独特的形态特征，他的建筑仿生是抽象化的仿生，是在自然形态中加入精确计算和理性分析的仿生，这对仿生建筑的审美给具有创作指导意义。例如卡拉特拉瓦的代表作品：密尔沃基艺术博物馆（附图3）、东方里斯本车站（附图4）等。 图3：密尔沃基艺术博物馆（来源于网络） 图4：东方里斯本车站（来源于网络） 四、功能仿生建筑符合生态美学所表现出来的可持续发展观点 自然界的生物除了提供建筑师们可以使用的形式语言外，生物科学在建筑学中具有独特的作用，为建筑功能和技术的发展提供更为深层次的认识。由于生物的衍化都是高度适应自然环境的，都是建立在生物自身高度的可持续发展要求上的。所以，以此为原型的建筑的功能仿生具有非常明确的可持续发展特点。这种可持续发展的建筑功能仿生主要体现在建筑的结构仿生、材料仿生、构件仿生等方面。 自然界中的生物体具有最优化的结构形式。英国生物学家达西汤普森（DArcyThompsom）在其1917年的名著关于生长和形态里汤普森就提出了生物的生长结构与形态是具有物理和数学基础的，汤普森的观点对于植物以及各种大小的动物具有普适性。他认为人类和自然都采用物理学法则所描述的最经济、最有效的途径。虽然我们无法在其他生物物种的观点来了解他们的生长结构与形态是否真是通过其自身的数理判断来完成的，但我们通过人类特有的科学数理计算验证了自然生物的许多结构形态确实是最优的结构形态。贝壳、蛋壳的自由抛物面具有最大化的曲面张力，是最好的薄壁高强结构，内力沿整个壳面扩散分布，充分发挥材料性能。以此为原型衍生出来的薄壳建筑结构不仅节省材料、受力合理，而且建筑外形优美、内部环境独特新颖，使建筑结构、建筑空间与建筑艺术形式达到了高度的统一。最典型的例子就是丹麦建筑师伍重设计悉尼歌剧院（附图5），被普遍认为是20世纪最漂亮的的建筑之一。最优化的结构形式实际是充分发挥材料性能的结构形式，也就是材料利用最少的结构形式，也就意味着对自然环境索取的最小化。 材料的仿生体现在天然材料和复合材料的应用。天然材料的仿生在于对天然材料的成分分析，了解特殊材料中特殊成分的功效，例如贝壳中的主要成分是95%的碳酸钙及5%的有机蛋白质，抗张强度达到每平方米近万吨，远大于水泥，而且还不需要高温烧结，这一发现扩宽了新型建材的发展思路。自然界中的生物材料大多为复合材料，复合材料比单一材料更能发挥材料的功效。复合材料一方面表现在同种材料不同结构的复合，另一方面是不同功能材料的复合，但都可以有效提高材料的性能。 图5：悉尼歌剧院（来源于网络） 构件的仿生体现在建筑中对生态高技术的应用，最典型的是建筑的仿生表皮，模仿生物皮毛，对环境的变化及时的做出反应，更好的调节建筑内部小气候。让努维尔(Jean Nouvel)是法国当代著名建筑师之一，他综合采用钢和玻璃，熟练的运用光作为造型要素，使作品充满了魅力，他的最杰出作品是法国政府投资兴建的大型建筑“阿拉伯世界研究所”（1987年）。该建筑拥有一个特殊的能够自动调节光线建筑外表皮，随着外部光线的变化，外表皮中的装置会通过开合反应自动调节光线的进入量，使建筑室内始终保持均匀的光照度，形成良好室内光环境。（附图6、7） 图6：阿拉伯世界研究所室内（来源于网络） 图7：阿拉伯世界研究所室内（来源于网络） 五、传统仿生建筑拥有乡土建筑的明确的地域特色之美 生命体，尤其是人类及人类聚落的产生本身就带有明确的地域性，最早的四大文明古国都产生于大河流域，而且由于各流域自然环境特点不同，孕育的人类文化存在着巨大的差异。这与生物体为适应环境而表现的不同反应有很大的关系。 具有地域特色的乡土建筑似乎与生俱来就带有明显的仿生建筑特色，它们向自然学习建筑的形式，使用当地的材料，采用简洁又直接的结构，更进一步，它们反映出人类依赖自然存活同时又抵御着自然侵害的种种生活状态，它与自然和人类精神紧密相关。无论是审美、结构还是建筑技术，先人们一直在不断地向自然学习，研究其中所蕴含的科学，并运用到建筑中去。 不同地区的特有的气候正是形成地方建筑形式和功能的重要因素之一。这与不同地域生物的存在有相同的道理。在我国北部地区，冬季漫长严寒，气候干燥，面对恶劣的气候环境，居民房屋的墙壁往往很厚实，有些甚至达到80多厘米。尤其是黄土高原，直接利用黄土层挖掘窑洞作为居住建筑使用，不仅低成本的解决了居民的居住问题，而且由于黄土层良好的保温性能，窑洞冬暖夏凉，是最具地域特色的仿生建筑，具有良好的生态性能。但如果在南方，不但因为冬季气温适宜发挥不出窑洞特殊的气温调节功能，而且还因为夏季空气中的水蒸气多使窑洞内过于潮湿直接影响建筑的正常使用。 乡土建筑的另一大特点即是像居住在当地的生物建造栖息地一样就地取材：气候温热多雨的地方多产植物，动物大多生活在树上或林中用林木筑巢围窝，相应的当地建筑就以树干竹竿为建筑材料；干旱少雨的地方多产土石，动物大多生活在洞穴之中，这与人类的窑洞建筑极其类似，当地就以土和石块为建筑材料；最有意义的是北极圈内爱斯基摩人以冰块为建筑材料营造冰屋，和他们生活在同一片家园的北极熊会长时间的呆在北极的冰盖之下。 六、仿生建筑之美是一种全面的综合审美 虽然我们从不同的视觉点看到了仿生建筑之美的不同表现形式，但我们应充分认识到仿生建筑之美是一种全面的综合审美。自然界中的各种生物能够长时间的生存并将这样不断地繁衍下去，就在于这些生物体的近乎“完美”。这种完美不是单方面的审美突出，而是综合了各种审美的因素。建筑与自然的和谐之美使其高度与自然相融合，这是其能够长久存在、拥有无限生命力的基础；建筑的功能之美使其更加合理利用，充分发挥建筑的作用，并