深度分析,仿生打开建筑师的脑洞,变味的仿生建筑又把它关上了

近几年,国内设计界兴起一股变味的建筑仿生设计,味道变得有多重呢?这两年网友们评选出的国内十大最丑建筑中,一半以上的名次被这些仿生建筑所占据。

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如果要分析原因,相信绝不大部分人都认为应该提高甲方的审美水平,而我认为,根本原因是大部分人并不了解仿生设计的真谛,有些设计甚至为了仿生而仿生,完全脱离了仿生设计的最核心诉求——即仿生技术应该推动设计朝更安全、环保、节能和自然美的方向发展。

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让我们来认识真正意义的仿生技术

人类文明的发展史中,智慧和真理的产生往往来自于一些科学家、思想家等,而这些伟大人物的杰出成就也并不完全出于平白无故的深层脑洞,许多灵感来自于他们身处的环境。自然,是人类文明进步的重要导师,对自然的仿生设计便是其带给人类的知识宝库。

仿生设计是以仿生学为基础,通过了解和学习自然界中动植物的外观、结构及功能特性来解决工程、机械和设计上的难题。

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仿生一词由美国著名医生Jack E. Steele于1958年创造,仿生技术的支持者认为生命形式的技术是可以转移到依靠制造业形成的物体上的,这些物体包括工业产品、医疗产品、建筑产品、服装以及各领域的材料学等。

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英国巴斯大学机械工程系仿生学教授Julian Vincent认为,“目前,就使用的机制而言,生物学和技术之间只有12%的重叠”。

例如在技术领域,科学家模拟动物回声定位发明了声纳、雷达、医学超声等设备。

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雷达正是模仿了蝙蝠的超声波定位原理

世界范围内有许多仿生技术的忠实拥趸和经典案例,例如空中客车公司就非常擅长利用生物学模型、系统和元素来解决工程上的难题。

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空客的仿生运输机

在空客2050年的飞机构想中,一种基于鸟类骨骼的机身结构正在研发中,有望将飞机重量和生产步骤减少50%。

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仿生技术对大部分的设计领域都有强大的影响力

仿生技术对设计的影响力巨大,包括工业设计、建筑设计、服装设计、包装设计等。

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就绝对数量来说,工业设计领域受仿生技术的影响最大,它们主要体现在外观设计上。

除了上文说的空客等航天工业设计之外,还有汽车、轮船、家电、家具、照明等领域。

被国际设计界公认为“21世纪的达·芬奇”的德国著名工业设计师Luigi Colani曾说,“自然界有几万年的演变过程,它是逐步按需求和必然存在条件的前提下进化过来的,所以它演变成现在这样有它的道理,我们必须要遵循大自然的规律。

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Luigi Colani和他的仿生设计作品

仿生技术对工业设计的影响,我们再以汽车行业为例,著名的大众甲壳虫汽车之所以成为经典,因为它即吸收了甲壳虫的造型元素,又增加了车厢内部的空间,还显现了优美的黄金分割比例。

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工业设计中许多知名设计师也是仿生设计的拥护者,包括英国著名的豪华游艇设计师Alex McDiarmid、法国国宝级工业设计师Philippe Starck,丹麦国宝级设计师Poul Henningsen等。

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图为英国设计师Alex McDiarmid在2012中国龙年推出的以鬣蜥、蜥蜴和龙为灵感打造的Iwana游艇设计。

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法国工业设计师Philippe Starck设计的 juicy salif榨汁机


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丹麦设计师Poul Henningsen设计的松果灯

就建筑领域而言,仿生设计的影响力同样巨大,而且历史悠久。在旧石器时期,北京周口店龙骨山的山顶洞人模仿动物的生活巢穴,在土崖边挖掘洞穴,里面不但冬暖夏凉,还能遮风挡雨,抵御猛兽袭击等。

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山顶洞人

另一个更具体的例子来自我国的建筑鼻祖——鲁班,相传有一天,鲁班在山上不小心滑倒,手被一种锋利的野草割伤,鲁班仔细研究发现,柔软的叶子之所以如此锋利是因为叶子两边长着许多锯齿状纹路。他想,如果把木工工具做成锯齿状,不是同样会很锋利吗?于是,依据这个原理,鲁班发明了木工最常用的锯子。

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《鲁班造锯》(刘旦宅绘.1960年)

仿生技术对建筑设计领域的具体影响下文详细分解。

仿生技术对服装设计的影响包括功能性和外观设计两方面。

我们原始的祖先使用兽皮御寒便是功能性仿生设计的古老案例。在现代社会中,模仿鲨鱼皮肤制作的高科技泳衣也是典型的功能性仿生设计案例。

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穿兽皮的原始人


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著名的鲨鱼皮泳衣

当然,功能性仿生设计还包括模拟变色龙隐身的军事迷彩服。

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仿生技术对服装设计的影响绝大部分还是外观设计。

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仿生技术这样促进建筑行业的全方位发展

回到建筑行业的话题,仿生技术对建筑设计的促进作用不仅仅体现在外观设计,更重要的是在更安全、可靠的建筑结构设计和更耐久、节能、环保的建筑材料的开发中,仿生技术的巨大推动作用功不可没。

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  • 从古至今,建筑结构设计的发展都离不开仿生技术

建筑结构的设计中,生物界给予工程师以及建筑师的灵感是至关重要的。以我们最熟悉的混凝土框架结构的高层建筑为例,它们的结构设计灵感来自于地球上最常见的两种生物。一种是扎根地下的树木,另一种是包含人类在内的脊椎动物。

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树木的根在地下扎得越深,它们向上生长越挺拔、结实,最终才能成为参天大树。由此启发,高层建筑的建筑师和工程师们明白:一座建筑在地下部分的地基足够深、足够扎实,这座建筑才能拔地而起成为摩天大厦。

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脊椎动物的骨架不仅支撑着整个动物身体,它们的核心脊骨内还保护着重要的神经系统。这也启发了工程师们,因此有了核心筒+框架组合的建筑结构。

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人体骨骼与肌肉的关系

以人体为例,由核心脊骨和各种部位的骨头构成了人体的主要支撑系统,它们便是高层建筑中核心筒+框架的参考来源,而内外的轻质墙体、幕墙结构则如同人体的肌肉和皮肤,让整个大楼形成完整的功能。

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环球金融中心的结构与幕墙的关系

仿生技术给予工程师的灵感不仅于此,还包括被称为大自然的建筑师——蜜蜂、小鸟等动物的杰作。

蜂巢的六边形可以说完美实现了结构的稳定性和空间的高效利用,鸟巢则具有遮风挡雨、冬暖夏凉的特性,它们二者的共同特征是质轻、结实、耐用。

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灵感来自蜂巢的餐馆建筑

  • 仿生材料让建筑的功能和装饰性得到全面发展

和工业设计一样,建筑设计中的很多材料的灵感也来源于生物界。它们分功能性材料和装饰性材料。

功能性材料是通过借鉴和学习相关生物的特征,开发出适用于建筑防火、防水、保温等功能的材料。例如,我们知道,自然界中几乎没有东西附着在荷花的表面,这一现象叫荷花效应,也叫作自清洁效应。由此人们开发出了类似的涂料,可以实现防污、防水的功能。

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其他的功能性材料还包括与结构相关的轻质蜂窝铝板、多孔砖等基础材料;

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轻质蜂窝铝板

装饰性仿生材料的种类更广,从蛇类、鱼类紧致、防水又结实的鳞片,到色彩斑斓鸟类羽毛,它们都是设计师和材料厂家的借鉴对象。

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参考蛇鳞设计的外墙砖


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参考鸟类羽毛设计的装饰材料

既包含功能性又包含装饰性的仿生建筑材料也不少,例如模拟蜻蜓翅膀的充气膜材料,它们质量轻、保温、透光而且结实耐用。

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  • 仿生技术让建筑设计师脑洞大开

仿生技术对于很多人而言,最容易理解的当然是外观的仿生设计,这也是许多设计师灵感的来源。那些经得起大自然考验的生物造型最容易成为人们的学习对象。

现代社会中,随着结构和材料学的发展,以往许多难于实现的设计不再是纸上谈兵,世界范围内出现许多经典的仿生建筑造型,例如象征竹子节节高升的台湾101大厦、巨蛋形的北京国家大剧院、北京奥运会主体育场——鸟巢等;

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台北101大厦


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国家大剧院


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北京奥运会主体育馆-鸟巢

仿生设计能打开设计师的脑洞也能把它关闭

详细地了解仿生设计后,我们回到开篇的难题,为什么拥有璀璨建筑文明的中国到了近代却常常出现一些让人惊掉下巴的直白仿生建筑?我们需要探讨深层次的原因才能寻找对策。

  • 那些直白“仿生”的建筑表面看是业主的审美缺失,深层原因是设计没能正确引导

要问哪些建筑算“直白地仿生“? 不得不提网友们评选出来的十大最丑建筑。

例如某地蟹文化馆,直接建了一只巨大的螃蟹;

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某地金鳖馆,建了一只庸俗不堪的金鳖;

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某地园博会的河豚塔,地上架起一只覆盖铜板的巨大河豚等等。

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为什么会出现这样“直白仿生“的建筑?人们自然而然想到拍板做决定的甲方,他们的审美水平决定了方案的落地。而深层次原因则源自设计师脑洞的自我封闭,甲方让你设计让人联想到蟹的文化馆,你直接给他画了一只蟹,那不叫设计,那叫画蟹!看到这个建筑让人联想起蟹,那是在侮辱人的想象力。

甲方审美不够,那也反映了精神文明落后于物质文明的现状,一时半会儿难于改变,但是作为设计师有义务引导甲方,因为这样直白地仿生建筑除了粗鄙的仿生,无论是造价,还是结构、采光、节能、空间利用率都没有任何优势

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如果你把这些利害关系都清楚地告诉甲方,并给他提案更具有实际意义又能启发联想的方案,相信大部分的业主不会坚持那种赤裸裸的仿生设计。

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  • 比直白“仿生“更让人担心的是那些为仿生而仿生的设计

赤裸裸地直白仿生建筑毕竟还算少数,但是当今社会出现不少为仿生而仿生的设计。美不美我们不做判断,但是这样设计是否实用?是否节能减排还是造成了额外的成本上涨是我们关心的。

例如下图的仿生椅子,也许有人觉得很美,但是为了这个美,它的椅子功能硬生生被后方和脚上的“树枝“夺去关注点,无形中增加了不必要的加工成本和维护成本,降低了椅子的耐用性和安全性。

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以及这把让人联想到水母的凳子,确实很逼真,但是为了使它纤细、弯曲的腿能支撑上面的重量厂家不知道要对结构和材料下多大的工夫,或许直到椅子生产出来这个问题也没能合理地解决,至少肉眼上看是这样的。

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改变的唯一方法是回归仿生设计的初衷

仿生设计的初衷是通过借鉴、学习生物的特性,解决设计中遇到的结构、材料、性能和外观设计上的难题,促进设计的进步。这样的仿生设计才能为人类的生活进步带来推动作用,并为以后的设计提供良好的思路。

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  • 仿生设计不是简单地对生物进行模仿,还能象征技术的进步,最终实现功能、美感的结合;

下图的建筑中,仿树枝的外墙结构墙板不但使建筑与室外的自然环境相融合,还能作为玻璃幕墙的可靠结构支撑,实现功能和美感的结合。

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  • 功能设计是内涵,外观设计只求神似不求形似;

上文我们列举的那些功能仿生设计,无论是鲁班发明的锯子还是雷达,它们对历史的进步无不发挥着巨大的推动作用。从历史意义来说,功能仿生要高于外观仿生。

对于建筑设计而言,二者并非孤立,功能仿生的合理实现有时还能促进外观的进步。例如下图的公寓建筑设计,灵感来自于蚁穴,既解决了结构上的合理搭接问题,又能保证每个空间的采光和绿化,当这些功能实现后漂亮的外观也自然地呈现出来了。

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  • 仿生设计应该能增加设计的附加值,节约成本;

设计的附加值在于设计能为建筑增值,那些最优的方案设计不一定是最漂亮的方案,但是大部分这样的方案能优化建筑结构、节约开发建设成本,提高空间利用率,节约能源消耗,甚至建筑内部就能实现能源地可持续发展。

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上文列举的那些直白的外形模仿推动不了设计的进步,因为除了外观它们解决不了造价、空间、能耗方面的难题。

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这样的直白仿生建筑不但造价高昂,而且空间利用率很低

  • 仿生设计应该具有广泛性、实用性和自然性的特征;

在我国悠久的建筑文明中,广厦千万间,无不是天人合一的设计典范,既然古人的建筑设计能实现实用性、广泛性、自然性的完美结合,拥有更高技术水平的现代建筑设计更应该重视这些特性的呈现,这样设计出来的建筑才能成为历史进步的一部分。

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融入自然的福建土楼


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