都是建築仿生,別人神似,你卻造了一隻大螃蟹?深度分析仿生設計

近幾年,國內設計界興起一股變味的建築仿生設計,味道變得有多重呢?這兩年網友們評選出的國內十大最醜建築中,一半以上的名次被這些仿生建築所佔據。

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如果要分析原因,相信絕不大部分人都認為應該提高甲方的審美水平,而我認為,根本原因是大部分人並不瞭解仿生設計的真諦,有些設計甚至為了仿生而仿生,完全脫離了仿生設計的最核心訴求——即仿生技術應該推動設計朝更安全、環保、節能和自然美的方向發展。

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讓我們來認識真正意義的仿生技術

人類文明的發展史中,智慧和真理的產生往往來自於一些科學家、思想家等,而這些偉大人物的傑出成就也並不完全出於平白無故的深層腦洞,許多靈感來自於他們身處的環境。自然,是人類文明進步的重要導師,對自然的仿生設計便是其帶給人類的知識寶庫。

仿生設計是以仿生學為基礎,通過了解和學習自然界中動植物的外觀、結構及功能特性來解決工程、機械和設計上的難題。

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仿生一詞由美國著名醫生Jack E. Steele於1958年創造,仿生技術的支持者認為生命形式的技術是可以轉移到依靠製造業形成的物體上的,這些物體包括工業產品、醫療產品、建築產品、服裝以及各領域的材料學等。

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英國巴斯大學機械工程系仿生學教授Julian Vincent認為,“目前,就使用的機制而言,生物學和技術之間只有12%的重疊”。

例如在技術領域,科學家模擬動物回聲定位發明了聲納、雷達、醫學超聲等設備。

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雷達正是模仿了蝙蝠的超聲波定位原理

世界範圍內有許多仿生技術的忠實擁躉和經典案例,例如空中客車公司就非常擅長利用生物學模型、系統和元素來解決工程上的難題。

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空客的仿生運輸機

在空客2050年的飛機構想中,一種基於鳥類骨骼的機身結構正在研發中,有望將飛機重量和生產步驟減少50%。

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仿生技術對大部分的設計領域都有強大的影響力

仿生技術對設計的影響力巨大,包括工業設計、建築設計、服裝設計、包裝設計等。

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就絕對數量來說,工業設計領域受仿生技術的影響最大,它們主要體現在外觀設計上。

除了上文說的空客等航天工業設計之外,還有汽車、輪船、家電、傢俱、照明等領域。

被國際設計界公認為“21世紀的達·芬奇”的德國著名工業設計師Luigi Colani曾說,“自然界有幾萬年的演變過程,它是逐步按需求和必然存在條件的前提下進化過來的,所以它演變成現在這樣有它的道理,我們必須要遵循大自然的規律。

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Luigi Colani和他的仿生設計作品

仿生技術對工業設計的影響,我們再以汽車行業為例,著名的大眾甲殼蟲汽車之所以成為經典,因為它即吸收了甲殼蟲的造型元素,又增加了車廂內部的空間,還顯現了優美的黃金分割比例。

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工業設計中許多知名設計師也是仿生設計的擁護者,包括英國著名的豪華遊艇設計師Alex McDiarmid、法國國寶級工業設計師Philippe Starck,丹麥國寶級設計師Poul Henningsen等。

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圖為英國設計師Alex McDiarmid在2012中國龍年推出的以鬣蜥、蜥蜴和龍為靈感打造的Iwana遊艇設計。

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法國工業設計師Philippe Starck設計的 juicy salif榨汁機


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丹麥設計師Poul Henningsen設計的松果燈

就建築領域而言,仿生設計的影響力同樣巨大,而且歷史悠久。在舊石器時期,北京周口店龍骨山的山頂洞人模仿動物的生活巢穴,在土崖邊挖掘洞穴,裡面不但冬暖夏涼,還能遮風擋雨,抵禦猛獸襲擊等。

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山頂洞人

另一個更具體的例子來自我國的建築鼻祖——魯班,相傳有一天,魯班在山上不小心滑倒,手被一種鋒利的野草割傷,魯班仔細研究發現,柔軟的葉子之所以如此鋒利是因為葉子兩邊長著許多鋸齒狀紋路。他想,如果把木工工具做成鋸齒狀,不是同樣會很鋒利嗎?於是,依據這個原理,魯班發明了木工最常用的鋸子。

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《魯班造鋸》(劉旦宅繪.1960年)

仿生技術對建築設計領域的具體影響下文詳細分解。

仿生技術對服裝設計的影響包括功能性和外觀設計兩方面。

我們原始的祖先使用獸皮禦寒便是功能性仿生設計的古老案例。在現代社會中,模仿鯊魚皮膚製作的高科技泳衣也是典型的功能性仿生設計案例。

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穿獸皮的原始人


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著名的鯊魚皮泳衣

當然,功能性仿生設計還包括模擬變色龍隱身的軍事迷彩服。

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仿生技術對服裝設計的影響絕大部分還是外觀設計。

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仿生技術這樣促進建築行業的全方位發展

回到建築行業的話題,仿生技術對建築設計的促進作用不僅僅體現在外觀設計,更重要的是在更安全、可靠的建築結構設計和更耐久、節能、環保的建築材料的開發中,仿生技術的巨大推動作用功不可沒。

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  • 從古至今,建築結構設計的發展都離不開仿生技術

建築結構的設計中,生物界給予工程師以及建築師的靈感是至關重要的。以我們最熟悉的混凝土框架結構的高層建築為例,它們的結構設計靈感來自於地球上最常見的兩種生物。一種是紮根地下的樹木,另一種是包含人類在內的脊椎動物。

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樹木的根在地下扎得越深,它們向上生長越挺拔、結實,最終才能成為參天大樹。由此啟發,高層建築的建築師和工程師們明白:一座建築在地下部分的地基足夠深、足夠紮實,這座建築才能拔地而起成為摩天大廈。

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脊椎動物的骨架不僅支撐著整個動物身體,它們的核心脊骨內還保護著重要的神經系統。這也啟發了工程師們,因此有了核心筒+框架組合的建築結構。

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人體骨骼與肌肉的關係

以人體為例,由核心脊骨和各種部位的骨頭構成了人體的主要支撐系統,它們便是高層建築中核心筒+框架的參考來源,而內外的輕質牆體、幕牆結構則如同人體的肌肉和皮膚,讓整個大樓形成完整的功能。

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環球金融中心的結構與幕牆的關係

仿生技術給予工程師的靈感不僅於此,還包括被稱為大自然的建築師——蜜蜂、小鳥等動物的傑作。

蜂巢的六邊形可以說完美實現了結構的穩定性和空間的高效利用,鳥巢則具有遮風擋雨、冬暖夏涼的特性,它們二者的共同特徵是質輕、結實、耐用。

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靈感來自蜂巢的餐館建築

  • 仿生材料讓建築的功能和裝飾性得到全面發展

和工業設計一樣,建築設計中的很多材料的靈感也來源於生物界。它們分功能性材料和裝飾性材料。

功能性材料是通過借鑑和學習相關生物的特徵,開發出適用於建築防火、防水、保溫等功能的材料。例如,我們知道,自然界中幾乎沒有東西附著在荷花的表面,這一現象叫荷花效應,也叫作自清潔效應。由此人們開發出了類似的塗料,可以實現防汙、防水的功能。

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其他的功能性材料還包括與結構相關的輕質蜂窩鋁板、多孔磚等基礎材料;

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輕質蜂窩鋁板

裝飾性仿生材料的種類更廣,從蛇類、魚類緊緻、防水又結實的鱗片,到色彩斑斕鳥類羽毛,它們都是設計師和材料廠家的借鑑對象。

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參考蛇鱗設計的外牆磚


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參考鳥類羽毛設計的裝飾材料

既包含功能性又包含裝飾性的仿生建築材料也不少,例如模擬蜻蜓翅膀的充氣膜材料,它們質量輕、保溫、透光而且結實耐用。

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  • 仿生技術讓建築設計師腦洞大開

仿生技術對於很多人而言,最容易理解的當然是外觀的仿生設計,這也是許多設計師靈感的來源。那些經得起大自然考驗的生物造型最容易成為人們的學習對象。

現代社會中,隨著結構和材料學的發展,以往許多難於實現的設計不再是紙上談兵,世界範圍內出現許多經典的仿生建築造型,例如象徵竹子節節高升的臺灣101大廈、巨蛋形的北京國家大劇院、北京奧運會主體育場——鳥巢等;

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臺北101大廈


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國家大劇院


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北京奧運會主體育館-鳥巢

仿生設計能打開設計師的腦洞也能把它關閉

詳細地瞭解仿生設計後,我們回到開篇的難題,為什麼擁有璀璨建築文明的中國到了近代卻常常出現一些讓人驚掉下巴的直白仿生建築?我們需要探討深層次的原因才能尋找對策。

  • 那些直白“仿生”的建築表面看是業主的審美缺失,深層原因是設計沒能正確引導

要問哪些建築算“直白地仿生“? 不得不提網友們評選出來的十大最醜建築。

例如某地蟹文化館,直接建了一隻巨大的螃蟹;

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某地金鱉館,建了一隻庸俗不堪的金鱉;

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某地園博會的河豚塔,地上架起一隻覆蓋銅板的巨大河豚等等。

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為什麼會出現這樣“直白仿生“的建築?人們自然而然想到拍板做決定的甲方,他們的審美水平決定了方案的落地。而深層次原因則源自設計師腦洞的自我封閉,甲方讓你設計讓人聯想到蟹的文化館,你直接給他畫了一隻蟹,那不叫設計,那叫畫蟹!看到這個建築讓人聯想起蟹,那是在侮辱人的想象力。

甲方審美不夠,那也反映了精神文明落後於物質文明的現狀,一時半會兒難於改變,但是作為設計師有義務引導甲方,因為這樣直白地仿生建築除了粗鄙的仿生,無論是造價,還是結構、採光、節能、空間利用率都沒有任何優勢

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如果你把這些利害關係都清楚地告訴甲方,並給他提案更具有實際意義又能啟發聯想的方案,相信大部分的業主不會堅持那種赤裸裸的仿生設計。

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  • 比直白“仿生“更讓人擔心的是那些為仿生而仿生的設計

赤裸裸地直白仿生建築畢竟還算少數,但是當今社會出現不少為仿生而仿生的設計。美不美我們不做判斷,但是這樣設計是否實用?是否節能減排還是造成了額外的成本上漲是我們關心的。

例如下圖的仿生椅子,也許有人覺得很美,但是為了這個美,它的椅子功能硬生生被後方和腳上的“樹枝“奪去關注點,無形中增加了不必要的加工成本和維護成本,降低了椅子的耐用性和安全性。

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以及這把讓人聯想到水母的凳子,確實很逼真,但是為了使它纖細、彎曲的腿能支撐上面的重量廠家不知道要對結構和材料下多大的工夫,或許直到椅子生產出來這個問題也沒能合理地解決,至少肉眼上看是這樣的。

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改變的唯一方法是迴歸仿生設計的初衷

仿生設計的初衷是通過借鑑、學習生物的特性,解決設計中遇到的結構、材料、性能和外觀設計上的難題,促進設計的進步。這樣的仿生設計才能為人類的生活進步帶來推動作用,併為以後的設計提供良好的思路。

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  • 仿生設計不是簡單地對生物進行模仿,還能象徵技術的進步,最終實現功能、美感的結合;

下圖的建築中,仿樹枝的外牆結構牆板不但使建築與室外的自然環境相融合,還能作為玻璃幕牆的可靠結構支撐,實現功能和美感的結合。

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  • 功能設計是內涵,外觀設計只求神似不求形似;

上文我們列舉的那些功能仿生設計,無論是魯班發明的鋸子還是雷達,它們對歷史的進步無不發揮著巨大的推動作用。從歷史意義來說,功能仿生要高於外觀仿生。

對於建築設計而言,二者並非孤立,功能仿生的合理實現有時還能促進外觀的進步。例如下圖的公寓建築設計,靈感來自於蟻穴,既解決了結構上的合理搭接問題,又能保證每個空間的採光和綠化,當這些功能實現後漂亮的外觀也自然地呈現出來了。

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  • 仿生設計應該能增加設計的附加值,節約成本;

設計的附加值在於設計能為建築增值,那些最優的方案設計不一定是最漂亮的方案,但是大部分這樣的方案能優化建築結構、節約開發建設成本,提高空間利用率,節約能源消耗,甚至建築內部就能實現能源地可持續發展。

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上文列舉的那些直白的外形模仿推動不了設計的進步,因為除了外觀它們解決不了造價、空間、能耗方面的難題。

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這樣的直白仿生建築不但造價高昂,而且空間利用率很低

  • 仿生設計應該具有廣泛性、實用性和自然性的特徵;

在我國悠久的建築文明中,廣廈千萬間,無不是天人合一的設計典範,既然古人的建築設計能實現實用性、廣泛性、自然性的完美結合,擁有更高技術水平的現代建築設計更應該重視這些特性的呈現,這樣設計出來的建築才能成為歷史進步的一部分。

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融入自然的福建土樓


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