文档介绍：回归自然的愿望
摘要:生态仿生建筑设计的措施并不局限于生态建筑,生态方面是目前建筑普遍关注的问题。因此,对生态仿生建筑设计作进一步研究具有更深远与普遍的意义。
关键词:自然;生态建筑;生态仿生;建筑设计
大跨度。目前结构仿生类型主要有壳体结构、纤维结构、充气结构、膜结构和空间骨架结构等。
富勒(BuckminsterFuller)认为要“少费多用(morewithless)”,即对有限的物质资源进行最充分的设计以满足人类长远需要。他认为自然界存在着能以最少结构提供最大强度的向量系统。
他于1948年发明了一种几何学的向量系统,其基本单元由四面角锥体与八面体聚合而成(见图2),可组合成覆盖空间的最经济结构。运用这种原理设计成的多面体张力杆件穹隆,其构架总强度随着大小按对数比增加,因材料省、重量轻而被广泛应用。空间的集约化:生物体为自身建造的生存空间具有集约化特征。
1600年前,数学家巴浦就发现蜂巢结构是以质轻而薄的材料创造坚固和集约空间的最经济空间形态。蜂巢的每个六角形单元空间能在整块蜂巢上达到最大布置密度,空间构成达到集约化。
图2几何向量系统的基本单元
(二)简洁化设计
生物体通常以最简洁的途径实现最高功效,主要表现为材料的简洁性和构造的简洁性。如,贝壳的抗张强度高达1000kg/cm2,远大于水泥材料。其成份只有95%的碳酸钙和5%的蛋白质,两者粘结成坚固的整体而无需加工。
这启示人们研制化学组成简单、工艺简化、减少能耗和环境污染的新型建材。美国国家实验室研制出采用糠醛醇水溶性粘结剂制成的高强度聚合物水泥,可快速修补公路、桥梁和机场跑道,体现了材料和施工的简洁性。生物体的构造具有最简形式、最少能耗、最稳定耐久和最多功能的特征。
为此,简化生态建筑的表皮构造可降低建筑施工、运行和维护费用。高技术生态建筑表皮的复杂构造、高精度施工技术要求和构件的易损耗导致了高昂的建筑造价。因此,高技术生态建筑通常需要很长的建造成本回收周期,这被某些专家指责为“节约的浪费”。
变色龙皮肤的工作机制对生态建筑表皮构造的简化具有启发意义。纽约康奈尔大学生物系的研究者解释了变色龙的变色原理:变色龙皮肤有三层色素细胞,最深一层细胞带有的黑色素可与上一层细胞相互交融,中间层细胞主要调控暗蓝色素,最外层
细胞则主要是黄色素和红色素。色素细胞在神经的刺激下使色素在各层间交融变换来实现变色龙身体色彩的变化。
德国科学研究协会开发了带有“集合感温层”的变色玻璃研究项目。这种材料类似变色龙皮肤的智能性,其透明度可随外界温度的改变而改变。由此可控制建筑内部的照度和得热,无需机械装置、计算机控制和运行维护能耗,此研究成果给生态建筑表皮构造的简化带来积极意义。
(三)综合化设计
生物体的组织多兼具多种生理机能。如,北极熊的毛皮具备保温和吸收阳光热量的双重功能。其基本构造为一层浅色透明的外皮和一层厚实的内皮。内皮具将光能转化成热能的吸热作用,外皮具阻止体内热量外散的隔热作用。
两层皮间的毛是将空气层划分成较小容积空心小管,确保高空气含量,具理想的隔热作用。中国国家游泳馆的表皮设计体现了综合化:类似细胞胀压原理的ETFE气枕单元和泡沫空间网架结构分为外层气枕、空气夹层和内层气枕,同时满足了场馆的保温隔热、自然采光和通风等多种功能要求。
动物的腔体器官通常具有功能综合性。如,人的鼻腔兼具呼吸、温湿度调节、清洁过滤、嗅觉和发声共鸣等功能。史蒂文?霍尔(StevenHoll)设计的麻省理工学院学生公寓体现了空腔器官的特征。
建筑庞大体量的顶部和外墙布置了多个通往外界的空腔,类似于建筑的腔体器官,满足了建筑内部自然采光、自然通风、温度调节和共享空间等多种功能。
(四)适应性设计
适应性设计主要分为对生长的适应性和对气候的适应性。对生长的适应性是指生态仿生建筑类似于动植物生长特征那样,具备满足建筑全生命周期内功能变化和空间拓扑的适应能力。
丹下健三、黑川纪章为代表的新陈代谢理论主张建筑服从于生物界基本规律,建筑、城市应像生物那样不断新陈代谢。他们强调事物的生长、更新与衰亡,把城市比作生物体的生长和细胞分裂,主张人类社会发展的生命性、组织性。
某大楼是以生长观点构思的装配式建筑。建筑由可根据使用者的愿望来增减变更的140个六面体舱体组成。居室单元作为主要功能空间,设备与储藏空间单元化,体现了类似于细胞分裂和再生的适应性。
美国生物学家D1M?劳普指出,生物体对环境的适应具有不随意性,它因自然选择的进化而更好地适应其所生存的环境。在