本站原创鸟儿是我们人类的朋友,它不但有鲜艳的羽毛,
婉转的歌声,还有被誉为“艺术品”的鸟巢,是名副其
实的天才建筑师,其实不只是鸟巢,动物的骨骼、外壳
等都是人类建筑构思时取之不尽的创作源泉,形成了
一门边缘科学——仿生建筑学.
有巢氏——最早的仿生学家
提起“有巢氏”,同学们可能比较陌生,但是“三皇
五帝”大家都知道,“三皇”指“巢皇”、“燧皇”和“羲
皇”,“有巢氏”正是“三皇”中的第一皇——“巢皇”！
“有巢氏”是传说发明巢居的人,上古时人类少而
凶猛禽兽多,人类从山洞来到地面上,经常遭受风吹
雨打和禽兽的攻击,每时每刻都存在着伤亡危险,在
极其恶劣的环境下,“有巢氏”出现了！他受鸟类在树
上筑巢的启发,最先发明了“巢居”,他指导人们用树
枝和藤条在高大的树干上建造房屋,房屋的四壁和屋
顶都用树枝叶遮挡得严严实实,既能够挡风避雨,又
可防止禽兽的攻击,人们从此不再过那种担惊受怕的
日子,意义实在太大了.
人们非常感激这位发明巢居的人,便推选他为部
落酋长,尊称他为“巢皇”.
“鸟巢”——仿生建筑的代表作
2008年北京奥运会主场馆之一“鸟巢”(如图1),
是现代仿生建筑在中国的成功代表作,“鸟巢”建筑的
多支架结构,具有很高的稳固性,“鸟巢”凌空的屋顶
气势不凡,支撑它的24根巨大钢柱脚更是壮观雄伟,
高低起伏的波动形基座缓和了建筑对地面的压力,而
且给了它戏剧化的弧形外观,体育场的各个结构之间
相互支撑,汇聚成网格状——就如同一个由树枝编织
成的鸟巢,建筑物的立面、楼梯、碗状看台和高高的屋
顶融合为一个整体,如同鸟儿会在它们用树枝编织的
鸟巢问加一些软充填物,为了使屋顶防水,体育场结
构间的空隙被透光的膜填充.
巨大的“鸟巢”空间效果新颖激进,简洁古朴,是
伟大的仿生建筑代表,可以说是对祖先“有巢氏”的最
好纪念！它见证的不仅仅是人类21世纪在仿生建筑领
域的不懈追求,也见证着中国这个东方文明古国不断
走向开放的历史进程.
埃菲尔铁塔的空心结构
历史上最著名的仿生建筑,当属法国的埃菲尔铁
塔！埃菲尔铁塔是巴黎人的骄傲,如果说,巴黎圣母院
是古代巴黎的象征,那么,埃菲尔铁塔就是现代巴黎
的标志.
埃菲尔铁塔是空心的,这是仿生学的一大功绩,
生物体往往在省料、结实方面比人类的创造物要高明
得多,一根芦苇一般高2m,而它的直径只有1cm,高
度和直径之比为200：1,为什么高而细的芦苇不容易倒
呢因为芦苇是中空的,锯开一根新鲜的动物骨骼研
究一下,你会看到,骨骼的外层是致密的骨密质,里层
是一些结构稀疏的像蜂窝一样的骨松质,再里面充满
了具有造血功能的骨髓,原来动物的骨骼也是中空
的！
空心结构不但可以承受更大的力,而且省料省
工,埃菲尔空心铁塔高300m,塔身重达9000t,只用了
27个半月就安装完毕,如果是实心铁塔,那么塔身质
量将大大增加,不但会加大成本,而且对于塔基的要
求也必将增高.安装时间自然就要延长.
空心结构在建筑上经常使用,如果我们能到工地
上看看,一定会看到空心水泥楼板和工字梁,工字梁
是管子的变形,它的中间层做得特别薄,可以节省材
料,减轻质量,但是必须指出,同样多的材料制成空心
管和实心管,空心管承受的力大,实心管承受的力小,
是个很复杂的理论力学问题,需要精确的计算和反复
的试验；空心管的厚度也很重要,绝非越薄越好.
乌龟壳和薄壳建筑
乌龟是人们常见的动物,属爬行类,它的样子很
笨,行动极其缓慢,但生命力极强,它有一副特殊的
“铁甲”——龟壳,当遇到危险时,可以把头和四肢缩
入龟壳内,龟壳的结构和形状特殊,十分坚固.
龟壳由拱起的背甲和扁平的腹甲构成,背甲呈拱
形,由角板和骨板组成,角板的连接缝和骨板的连接
缝交错排列,互相咬合得很紧,腹甲也由角板和骨板
组成,但结构比较简单一些,乌龟壳虽然很薄,可是一
个成年人站在上面也压不碎,即使用铁锤敲,也不容
易把它砸碎,乌龟壳不仅薄而牢.跨度也很大,包含许
多合理的力学原理,是设计薄壳结构建筑物的好样
板.
薄壳结构的建筑优点是什么呢首先因为它很
薄,相比较而言,同样跨度的其他结构的质量要比它
大得多,也就可以节约很多材料,其次薄壳结构是整
体连续的屋盖结构,比用小块材料砌成的拱券结构整
体性要强得多,防震性也大得多,更重要的是,它的跨
度大,中间没有柱子遮挡视线.
许多建筑工程中设计有各种类型的薄壳建筑物,
悉尼歌剧院(如图2)就是其中的代表,那优美的造型
既像一组海滩上的贝壳,又像两艘巨型白色帆船,漂
荡在蔚蓝色的海面上！
现代社会对于建筑提出了更高的要求,建筑仿生
领域发展十分迅速,现代仿生建筑学结合了生物学、
美学和自然界中的科学规律,利用新材料、新技术,把
人类的建筑结构、建筑功能和自然生态环境进行了有
机结合,建筑仿生学作为一门边缘科学,通过对自然
界各种生物体的功能、结构和形象的研究与运用,不
仅有助于建筑和城市规划等方面某些具体问题的有
效解决,对于协调建筑与自然界之间的相互关系也有
着重要的影响.
责任编辑程哲