结构仿生在大跨度建筑设计的应用

在社会经济高速发展的今天，随着科学技术的不断进步，建筑行业也迎接了崭新的春天。其中大跨度建筑的创作进程尤为迅猛，已经出现了一系列的有影响力和代表性的作品，如北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆———“水立方”，国家大剧院等等。它们的设计想法和设计理念为当代大跨度建筑的创作带来了许多灵感和启示。结构仿生具有生物体的美感与特性，它在建筑学中的合理应用，为许多的设计提供了不一样的视角。但同时它也暴露一些问题，例如与传统建筑设计相比，仿生结构的建筑体系不够合理、材料耗损严重、造价昂贵等等。应该怎样解决这些问题？下面就如何使结构仿生在大跨度建筑设计中得到更好的应用展开讨论。

如今，社会在蓬勃发展，人们早已不再满足于吃饱穿暖的阶段，对物质和审美的需求日渐高涨，建筑的意义不再只是单纯的遮风挡雨，同时还得兼具美观与实用价值。因此，结构仿生在大跨度建筑设计中的重要性不言而喻。本文首先从结构仿生和大跨度建筑设计两方面入手，通过查阅整理，对结构仿生的概念、结构仿生的发展和结构仿生的科学基础理论进行系统的研究，总结出结构仿生的方法和应用特征。然后概括大跨度建筑的结构设计特点，结合相应的案例进行分析，最后得出结论，并就这一结论对结构仿生在大跨度建组设计中的应用提出改进意见。

1结构仿生

1.1结构仿生的概念

了解结构仿生的概念，首先要先了解仿生学的概念。仿生学一词是由美国斯蒂尔根据拉丁文“bios（生命方式的意思）”和字尾“nlc（‘具有……的性质’的意思）”构成的。斯蒂尔在1960年提出仿生学概念，到1961年才开始得以使用。他指出“某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科”。

结构仿生（BionicStructure）是通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或其中一部分的机械装置，通过结构相似实现功能相近。结构仿生中分为，蜂巢结构、肌理结构、减粘降阻结构和骨架结构四种结构类型。而本文研究的结构仿生建筑则是以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为蓝本，寻找自然界中存在许久的、科学合理的建筑模式，并将这些研究结果运用到人类社会中，确保在建筑体态结构以及建筑功能布局合理的基础上，又能做到美观实用。

1.2结构仿生的发展

仿生学的提出虽然不算早，但是它的发展大概可以追溯到人类文明早期，早在公元8000多年前，就有了仿生的出现。人类文明的形成过程有许多对仿生学的应用，例如，在石器时代就有用大型动物的骨头做为支架，动物的皮毛做外围避寒而用的简易屋棚。这就是最早一动物本身为仿生对象的结构仿生。只是那时候的仿生只是简单停留在非常原始的阶段，由于生存坏境的恶劣，人类只能模仿周围的动物或者从自然界已有的事物中获取技巧，以此保证基本的生存。

因此，从古代起，人们已经在不知不觉中学习了仿生学，并加以利用。随着现代科学技术的不断进步，仿生学的概念也被不断完善和改进，逐步形成系统的仿生学体系。实质上看，仿生学的产生是人类主动学习意识下的产物。它带给人类带来了创新的理念与学以致用的方法。使人类以不同的视角看世界，发现未曾未发现的事物，实现科学技术的原始创新，这是其他科学不具备的先天优势。

2大跨度建筑

2.1大跨度建筑结构设计特点

所谓大跨度建筑，就是横向跨越60米以上空间的各类结构形式的建筑。而大跨度建筑这种结构多用于影剧院、体育馆、博物馆、跨江河大桥、航空候机大厅及生活中其他大型公共建筑，工业建筑中的大跨度厂房、汽车装配车间和大型仓库等等。大跨度建筑又分为：悬索结构、折板结构、网架结构、充气结构、篷帐张力结构、壳体结构等。

当今大跨度建筑除了用于方便日常生活外，更多作用是做为是一个地方的地标性建筑。这就需要在建筑结构上要能展现本地的特色，但又不能过分追求标新立异。大跨度建筑因为建筑面值过大，耗时较长，除了对结构技术有更高的要求外，也需要设计师对建筑造型的优劣做出准确的定位。大跨度建筑也需要同时兼备多种功能，如2008年为北京奥运会的各个场馆的建设，除了需要体现不同的地域特色外，还要考虑到今后的实用性。以五棵松体育馆为例，它在赛后的实用性就大大的高于其它各馆。

2.2大跨度仿生建筑结构案例分析

在了解了大跨度建筑结构的设计特点外，我们用实际例子来具体分析一下。萨里宁（EeroSaarinen）于1958年所作的美国耶鲁大学冰球馆形如海龟，1961年设计的纽约环球航空公司航站楼状如展翅高飞的大鸟，让旅客在楼内仿佛能够感受到翱翔的快乐。这些都是举世瞩目的例子。在1964年丹下健三在东京建造的奥运会游泳馆与球类比赛馆，模仿贝壳形状，利用悬索结构，使它们的功能、结构与外形达到有机契合，令人眼前一亮，继而成为建筑艺术史上不可多得的优秀作品。另一位设计师———赖特，他是一位将自然与生活有机结合的建筑师。1944年他设计建造的威斯康星州雅可布斯别墅，就是将菌类做为设计灵感，把住宅仿照地面菌菇类植物进行搭建，给人以与自然融合在一起的感觉。

此外，又如萨巴在1975-1987年建成的印度德里的母亲庙则是犹如一朵荷花的造型，它借荷花的出淤泥而不染来表达母亲圣洁的形象，因此成为印度标志性的建筑。在国内，大跨度仿生结构的案例有很多，最具有代表性的要数国家大剧院。国家大剧院外观形似蛋壳，所有的入口都在水下，行人需通过水下通道进入演出大厅。这种设计符合剧院的庄严感同时又兼具了美观与时尚感。除此之外，武汉新能源研究大楼也是大跨度仿生结构的经典案例。它由荷兰荷隆美设计集团公司和上海现代设计集团公司联合设计，该院负责人说，“马蹄莲花朵是该楼设计的自然灵感之源。”大楼主塔楼高128米，宛如一朵盛开的马蹄莲，它显示着“武汉新能源之花”的美好寓意和秉持绿色发展、可持续发展的理念。

3结束语

由此可见，我们不难看出结构仿生在大跨度建筑设计中具有优势。国内外无数的成功案例说明，结构仿生模式在大跨度建筑设计中还有很大的发展空间。要充分利用这一优势，将越来越多的结构仿生运用到大跨度建筑当中去，将艺术与生活结合在一起，设计出更多兼具审美与实用兼顾的建筑物。虽然结构仿生建筑设计方面的研究颇多，但是结构仿生建筑设计的系统仍然不够完善。并且生物界与我们的社会还是存在一定的差距，有很多的仿生结构虽然很理想，可是真正利用到人类社会中还是存在诸多不利因素。不过我相信，随着科学与社会的不断进步，人类与自然生物的不断接触和探索，结构仿生在大跨度建筑设计中一定会有更为广阔的发展空间与发展前景。