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摘要人类文明在发展过程中，有意无意地从自然界生物身上学到很多生存本领，这些本领并非成为人类改造自然、征服自然的利器，相反是顺应自然，通过人类的智慧，受用于仿生科技，造福于人类。在诸多仿生学应用领域里，仿生建筑无疑是一朵奇葩，由于仿生学的引入，使建筑走进了一个新奇而又特别的领域。这里着重探讨仿生建筑的形态所具有的艺术特征，使人们可以认识到仿生建筑所带来的异彩纷呈的审美体验。
关键词仿生学；仿生建筑；建筑学；建筑艺术
Abstract During the process of human civilization, human beings have learned a lot of survival skills from living beings intentionally or unintentionally and have put them into bionical science to bring benefits to mankind through human wisdom. Of all practical fields of bionics, bionical architecture is definitely a wonderful and special one. Due to the introduction of bionics, architecture has come into a novel and special field. The article systematically generalizes the birth and development of bionics, and analyzes the artistic features of forms of bionical architecture, making people come to feel brilliant aesthetic experiences that bionical architecture can bring about.
Keywordsbionics；bionical architecture；architecture； art of architecture
中图分类号：TU-8文献标识码：A 文章编号：
自古以来，人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物自然技能，通过创造性的劳动来增加自己的本领。相传早在大禹时期，人们看到鱼儿利用鱼鳍和尾巴的摆动可以在水中自由地游动，从而模仿鱼的形体造船，以桨仿鳍，增加了行船的动力；以橹舵仿尾，掌握了使船转弯的技巧。这样即使在波涛滚滚的江河中，人们也能使船只如鱼儿般航行自如。近代又发展到船只上装帆，运用相同的原理，使船只在空气流动中得到桨舵在水中一样的作用。进一步提升了船只在水中的航行速度和更高的操控性(图1)。
又据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”，然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行姿态。从而设计和制造了一架扑翼机，成为世界上第一架人造飞行器（图2）。这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生学的先驅，也是仿生学的萌芽。
1．仿生学的诞生与应用
随着科学技术的不断发展，从20世纪50年代开始，科学家们就已经开始认识到生物系统是可以开辟新技术的重要科学领域。科学家利用化学、物理、医学等学科知识和技术对生物系统展开了深入的研究，极大地促进了生物学的发展，同时也使得生物学的研究成果向其他学科交叉渗透。生物学家和工程师们进行积极合作，把生物学的各种研究成果运用到各种行业的技术革新中去，而且首先在自动控制、航空、航海等领域取得了巨大的成就，如模仿海豚和蝙蝠的生理机能发明的声纳和雷达等。由于生物学和工程技术的完美结合所带来的技术革新，进一步印证了生物系统所蕴藏的巨大科技研究价值和潜力。
1960年9月，美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地召开了一个中心以题为“分析生物系统所得到的概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计上去吗？”的学术会议。与会各方根据以往的多项研究成果和生物系统对未来科技革新和发展的重要贡献的广阔前景，一致认为其可以作为一门独立的学科进行研究和发展。由一位专长于精神病学与神经学，又受过数学与电子学训练的美国军医J.E.斯蒂尔将这一学科命名为“Bionics”。“Bionics”一词源于希腊文“bion”，意为“生命方式”。并在会上将“Bionics”定义为：模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学。1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。全国科学技术名词审定委员会对仿生学的官方解释是涵盖生物电子学、生物传感器、生物仿真材料、生物物理学、生物电机和生物大分子的自装配等的一门交叉学科。主要是研究和建立一类人工系统，使之具有生命系统的某些特性。
生物界本身就包含着成千上万的生物种类，它们所具有各种优异的结构和功能可供各行业来研究。就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现代工程技术的发展，学科分支繁多，在仿生学中相应地开展对口的技术仿生研究。例如：航海部门对水生动物运动的流体力学的研究；航空部门对鸟类、昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航；工程建筑对生物力学的模拟；无线电技术部门对于人神经细胞、感觉器宫和神经网络的模拟；计算机技术对于脑的模拟以及人工智能的研究等，近些年又出现新的分支，如人体的仿生学、分子仿生学和宇宙仿生学等。
2．仿生学在建筑中的应用
1983 年德国人勒伯多(J·S·Lebedew) 的《建筑与仿生学》一书系统阐明了建筑仿生学的意义、建筑学应用仿生学的方法、建筑仿生学与生态学的关系,建筑仿生学与美学的关系等等。建筑仿生学认为,人类在建筑上所遇到的问题，自然界早已有了相应的解决方式。生物在长期的生存竞争中,为了适应自然界的
规律需要不断地完善自身性能与组织,建筑也应该适应自然界的这种规律,建筑适应人类社会发展与自然相协调是建筑仿生学研究的主要课题。仿生建筑实际上是在生物学与工程技术交叉发展的潜移默化中产生的，仿生概念在建筑上的实践应用也早在20世纪50年代就出现了。后来根据仿生建筑学多来的不断发展，主要出现了三种仿生建筑的类型：结构仿生、功能仿生、形态仿生。世界各地也出现了很多仿生学建筑的成功实例，这些实例有力地推动了仿生学在建筑学领域中的推广和应用，并不断地在形式和内容上大量的积累经验，一方面成就了现代建筑的一支独秀，还很好地在现代建筑设计的未来发展趋势上开辟了一条崭新的道路，也无疑是未来建筑的可持续发展走向。
1957 年意大利建筑师A.维泰洛齐和工程师P.L.奈尔维在设计罗马奥运会小体育宫时, 受葵花的启发创设了网格状的钢筋混凝土结构系统,塑成直径达60m 的半圆形穹顶。 屋顶采用薄壳结构,由1620个钢筋混凝土预制菱形构件拼合而成为一个穹形屋顶。屋顶下摆设计成波浪形,屋面图案呈网格状,巨大的穹顶由36 个Y形斜撑支撑。每个斜撑向上的两个分支撑着屋顶,向下的杆支撑在地面上,靠地上的一道钢筋混凝土圆环连接在一起,形成小体育宫的基本框架（图4）。体育宫优美的球顶天花著称于世，它是一个建筑设计、结构设计和施工技术巧妙结合的优秀艺术品，在世界现代建筑史上占有重要的地位。
形态仿生是基于自然美学的出发点,通过对生物体形态的模仿,使建筑形象生动、有趣,愉悦人的视觉感受，或者根据一些提取自生物的符号,来表达某种具体的象征意向。形态仿生除此之外实际上还伴随着某种程度的结构仿生成分在其中，因为有些自然生物体的体态特征与其自身身体结构的形成是统一的，甚至有时是决定性的。因此如罗马小体育宫即体现了结构仿生在建筑中的应用，同时从造型上也不约而同地产生了形态仿生的视觉效果。
4．仿生建筑的艺术性
大自然是人类生存的场所，也是人类生产资料以及发挥其创造性的重要来源。在古典建筑中，除了材料全部来源于自然以外，建筑中还会很大量来源于自然生物原型的装饰图案。如古埃及时期的纸莎草、文艺复兴时的花纹装饰等，无一不追求自然与建筑的和谐。但对于绝大多数的现代建筑来说，似乎很难让人们与大自然联系到一起，无论是现代建筑简洁、理性的结构还是建筑的钢筋铁骨、玻璃外表都给人以很强烈的人造意味。即便如此，建筑与自然形象的天然联系从现代建筑萌芽时期其实就没有中断过，只不过不同时期有着不同的表现形式。一个世纪之前对西方社会影响较大的工艺美术运动、新艺术运动等就是针对工业品与建筑设计展开的一次改革，都主张以回复自然形态为宗旨。以早期的有机建筑风格为代表，随着现代建筑的迅速发展以及建筑结构和技术的改进，尤其在能源问题出现以后，人们又重新开始研究自然形态与现代建筑形象之间相结合的问题。沙里宁设计的鸟形候机楼、鲸鱼形冰球场等都直接表现了来源于自然界的生动形象。这些建筑的形象，不管是逼真的模仿还是抽象地表现，都能让人们很容易地联想到自然界与之相对应的生物形象。
从上面的论述中已经发现仿生建筑带给我们的最直接的享受就是在感官上超乎寻常的刺激，这与现代建筑曾经带给我们的耳目一新显然是有很大区别的。工业品的仿生形态领域中，是功能、工艺与艺术的完美结合，它突破了传统工业品功能主导全部的原则，使得其艺术品位迎头赶上，已经成为现今商品开发的主要设计内容之一，并且不断地创新，迎合大众的审美心理及其猎奇心态。这样的效果与反应在仿生建筑的表现上可以说更加地突出。建筑在保证功能要求的情况下，仿生形式带来的体验远比一件工业品带来的感受更加地强烈。首先，仿生建筑巨大的体量满足了人们从感官到心理上前所未有的刺激。其次，人们在游历整个建筑的时候，体验着从里到外全方面的新奇感受，建筑的整个空间布局，都需要人们的亲身参与，这比工业品单方面的单向感官享受多了一个维度的表现能力。还有就是仿生建筑别致的造型显然是城市中的一件巨大的充满魅力的艺术品。这些都反应了仿生建筑独具特色的艺术性特点。
在2008年奥运会中大放异彩的中国国家体育场“鸟巢”是由2001年普利策奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型體育场设计，由艾未未担任设计顾问。体育场的形态如同孕育鸟类生命和栖身之所的“巢”，抽象解读中它更像一个摇篮，寄托着人类对未来的美好希望。设计者们对这个国家体育场没有做任何多余的处理，只是坦率地把结构暴露在外，因而自然形成了建筑神形兼具的独特外观。
“鸟巢”外形结构主要是由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。从比例上来说，“鸟巢”给了人们常识性认知自然生物的巨大心理落差，“鸟巢”的原型在日常生活中并不多见，尤其是在城市中，喧嚣的城市生活和林立的钢筋混凝土建筑已经将鸟类的生存空间侵占殆尽，大多数鸟类在城市中是难以安家的，所以它对于人们来说不算稀奇但也是难得一见的。人们印象中的鸟巢最大也不过篮球大小，所以当一个具有象征意义的外型酷似鸟巢的巨大建筑呈现在人们眼前的时候，会被这种突如其来的比例反差而震撼，带给人们强烈的感官刺激（图5）。
无论是运动员还是观众，置身其中无疑又是一次心灵的震撼和审美的享受，“鸟巢”独特的外形和结构构造，造就了它丰富多彩的内部空间环境，如同枝叶编制成的巢穴一样，在各种承重构件中活动、穿梭，错杂而又规律，再加上精心的装饰和配合这种灯光照明效果，更能给人以奇异瑰丽来形容的感受。这种由外而内，由内而外的艺术表现力，使人们获得了全方位的体验（图6）。
“鸟巢”充满了活力和自然张力的造型显然已经成为北京市乃至全中国的一张形象名片，它就是城市中的一件巨大的充满魅力的艺术品，为这个城市增添了一道绚丽的风景，每天都会吸引很多慕名而来的游客来这里拍照留念，一睹它的风采。
参考文献
[1]沈伟.蜻蜓翅膀结构仿生及新型伸臂空间网格结构体系研究[D].杭州：浙江大学，2006.
[2]车元元,沈粤,郭俊瑭.仿生手法赋予建筑生命的气息[J].建筑与环境，2007，（2）：141-143.
[3]王其钧.生态建筑与仿生建筑(下)[J].南方建筑，2008，（4）：16-21.
[4] 张耀胜.生态技术在高技术建筑中的运用[J].《安徽建筑工业学院学报：自然科学版》，2005，（1）：9-11.
[5]李光辉，杨子胜，吴金洪.建筑仿生设计浅谈[J].山西建筑，2008，34（3）：85-86.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词仿生学；仿生建筑；建筑学；建筑艺术
Abstract During the process of human civilization, human beings have learned a lot of survival skills from living beings intentionally or unintentionally and have put them into bionical science to bring benefits to mankind through human wisdom. Of all practical fields of bionics, bionical architecture is definitely a wonderful and special one. Due to the introduction of bionics, architecture has come into a novel and special field. The article systematically generalizes the birth and development of bionics, and analyzes the artistic features of forms of bionical architecture, making people come to feel brilliant aesthetic experiences that bionical architecture can bring about.
Keywordsbionics；bionical architecture；architecture； art of architecture
中图分类号：TU-8文献标识码：A 文章编号：
自古以来，人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物自然技能，通过创造性的劳动来增加自己的本领。相传早在大禹时期，人们看到鱼儿利用鱼鳍和尾巴的摆动可以在水中自由地游动，从而模仿鱼的形体造船，以桨仿鳍，增加了行船的动力；以橹舵仿尾，掌握了使船转弯的技巧。这样即使在波涛滚滚的江河中，人们也能使船只如鱼儿般航行自如。近代又发展到船只上装帆，运用相同的原理，使船只在空气流动中得到桨舵在水中一样的作用。进一步提升了船只在水中的航行速度和更高的操控性(图1)。
又据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”，然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。早在四百多年前，意大利人达·芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行姿态。从而设计和制造了一架扑翼机，成为世界上第一架人造飞行器（图2）。这些模仿生物构造和功能的发明与尝试，可以认为是人类仿生学的先驅，也是仿生学的萌芽。
1．仿生学的诞生与应用
随着科学技术的不断发展，从20世纪50年代开始，科学家们就已经开始认识到生物系统是可以开辟新技术的重要科学领域。科学家利用化学、物理、医学等学科知识和技术对生物系统展开了深入的研究，极大地促进了生物学的发展，同时也使得生物学的研究成果向其他学科交叉渗透。生物学家和工程师们进行积极合作，把生物学的各种研究成果运用到各种行业的技术革新中去，而且首先在自动控制、航空、航海等领域取得了巨大的成就，如模仿海豚和蝙蝠的生理机能发明的声纳和雷达等。由于生物学和工程技术的完美结合所带来的技术革新，进一步印证了生物系统所蕴藏的巨大科技研究价值和潜力。
1960年9月，美国空军航空局在俄亥俄州的空军基地召开了一个中心以题为“分析生物系统所得到的概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计上去吗？”的学术会议。与会各方根据以往的多项研究成果和生物系统对未来科技革新和发展的重要贡献的广阔前景，一致认为其可以作为一门独立的学科进行研究和发展。由一位专长于精神病学与神经学，又受过数学与电子学训练的美国军医J.E.斯蒂尔将这一学科命名为“Bionics”。“Bionics”一词源于希腊文“bion”，意为“生命方式”。并在会上将“Bionics”定义为：模仿生物系统的原理以建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学。1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。全国科学技术名词审定委员会对仿生学的官方解释是涵盖生物电子学、生物传感器、生物仿真材料、生物物理学、生物电机和生物大分子的自装配等的一门交叉学科。主要是研究和建立一类人工系统，使之具有生命系统的某些特性。
生物界本身就包含着成千上万的生物种类，它们所具有各种优异的结构和功能可供各行业来研究。就其研究范围可包括电子仿生、机械仿生、建筑仿生、化学仿生等。随着现代工程技术的发展，学科分支繁多，在仿生学中相应地开展对口的技术仿生研究。例如：航海部门对水生动物运动的流体力学的研究；航空部门对鸟类、昆虫飞行的模拟、动物的定位与导航；工程建筑对生物力学的模拟；无线电技术部门对于人神经细胞、感觉器宫和神经网络的模拟；计算机技术对于脑的模拟以及人工智能的研究等，近些年又出现新的分支，如人体的仿生学、分子仿生学和宇宙仿生学等。
2．仿生学在建筑中的应用
1983 年德国人勒伯多(J·S·Lebedew) 的《建筑与仿生学》一书系统阐明了建筑仿生学的意义、建筑学应用仿生学的方法、建筑仿生学与生态学的关系,建筑仿生学与美学的关系等等。建筑仿生学认为,人类在建筑上所遇到的问题，自然界早已有了相应的解决方式。生物在长期的生存竞争中,为了适应自然界的
规律需要不断地完善自身性能与组织,建筑也应该适应自然界的这种规律,建筑适应人类社会发展与自然相协调是建筑仿生学研究的主要课题。仿生建筑实际上是在生物学与工程技术交叉发展的潜移默化中产生的，仿生概念在建筑上的实践应用也早在20世纪50年代就出现了。后来根据仿生建筑学多来的不断发展，主要出现了三种仿生建筑的类型：结构仿生、功能仿生、形态仿生。世界各地也出现了很多仿生学建筑的成功实例，这些实例有力地推动了仿生学在建筑学领域中的推广和应用，并不断地在形式和内容上大量的积累经验，一方面成就了现代建筑的一支独秀，还很好地在现代建筑设计的未来发展趋势上开辟了一条崭新的道路，也无疑是未来建筑的可持续发展走向。
1957 年意大利建筑师A.维泰洛齐和工程师P.L.奈尔维在设计罗马奥运会小体育宫时, 受葵花的启发创设了网格状的钢筋混凝土结构系统,塑成直径达60m 的半圆形穹顶。 屋顶采用薄壳结构,由1620个钢筋混凝土预制菱形构件拼合而成为一个穹形屋顶。屋顶下摆设计成波浪形,屋面图案呈网格状,巨大的穹顶由36 个Y形斜撑支撑。每个斜撑向上的两个分支撑着屋顶,向下的杆支撑在地面上,靠地上的一道钢筋混凝土圆环连接在一起,形成小体育宫的基本框架（图4）。体育宫优美的球顶天花著称于世，它是一个建筑设计、结构设计和施工技术巧妙结合的优秀艺术品，在世界现代建筑史上占有重要的地位。
形态仿生是基于自然美学的出发点,通过对生物体形态的模仿,使建筑形象生动、有趣,愉悦人的视觉感受，或者根据一些提取自生物的符号,来表达某种具体的象征意向。形态仿生除此之外实际上还伴随着某种程度的结构仿生成分在其中，因为有些自然生物体的体态特征与其自身身体结构的形成是统一的，甚至有时是决定性的。因此如罗马小体育宫即体现了结构仿生在建筑中的应用，同时从造型上也不约而同地产生了形态仿生的视觉效果。
4．仿生建筑的艺术性
大自然是人类生存的场所，也是人类生产资料以及发挥其创造性的重要来源。在古典建筑中，除了材料全部来源于自然以外，建筑中还会很大量来源于自然生物原型的装饰图案。如古埃及时期的纸莎草、文艺复兴时的花纹装饰等，无一不追求自然与建筑的和谐。但对于绝大多数的现代建筑来说，似乎很难让人们与大自然联系到一起，无论是现代建筑简洁、理性的结构还是建筑的钢筋铁骨、玻璃外表都给人以很强烈的人造意味。即便如此，建筑与自然形象的天然联系从现代建筑萌芽时期其实就没有中断过，只不过不同时期有着不同的表现形式。一个世纪之前对西方社会影响较大的工艺美术运动、新艺术运动等就是针对工业品与建筑设计展开的一次改革，都主张以回复自然形态为宗旨。以早期的有机建筑风格为代表，随着现代建筑的迅速发展以及建筑结构和技术的改进，尤其在能源问题出现以后，人们又重新开始研究自然形态与现代建筑形象之间相结合的问题。沙里宁设计的鸟形候机楼、鲸鱼形冰球场等都直接表现了来源于自然界的生动形象。这些建筑的形象，不管是逼真的模仿还是抽象地表现，都能让人们很容易地联想到自然界与之相对应的生物形象。
从上面的论述中已经发现仿生建筑带给我们的最直接的享受就是在感官上超乎寻常的刺激，这与现代建筑曾经带给我们的耳目一新显然是有很大区别的。工业品的仿生形态领域中，是功能、工艺与艺术的完美结合，它突破了传统工业品功能主导全部的原则，使得其艺术品位迎头赶上，已经成为现今商品开发的主要设计内容之一，并且不断地创新，迎合大众的审美心理及其猎奇心态。这样的效果与反应在仿生建筑的表现上可以说更加地突出。建筑在保证功能要求的情况下，仿生形式带来的体验远比一件工业品带来的感受更加地强烈。首先，仿生建筑巨大的体量满足了人们从感官到心理上前所未有的刺激。其次，人们在游历整个建筑的时候，体验着从里到外全方面的新奇感受，建筑的整个空间布局，都需要人们的亲身参与，这比工业品单方面的单向感官享受多了一个维度的表现能力。还有就是仿生建筑别致的造型显然是城市中的一件巨大的充满魅力的艺术品。这些都反应了仿生建筑独具特色的艺术性特点。
在2008年奥运会中大放异彩的中国国家体育场“鸟巢”是由2001年普利策奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型體育场设计，由艾未未担任设计顾问。体育场的形态如同孕育鸟类生命和栖身之所的“巢”，抽象解读中它更像一个摇篮，寄托着人类对未来的美好希望。设计者们对这个国家体育场没有做任何多余的处理，只是坦率地把结构暴露在外，因而自然形成了建筑神形兼具的独特外观。
“鸟巢”外形结构主要是由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。从比例上来说，“鸟巢”给了人们常识性认知自然生物的巨大心理落差，“鸟巢”的原型在日常生活中并不多见，尤其是在城市中，喧嚣的城市生活和林立的钢筋混凝土建筑已经将鸟类的生存空间侵占殆尽，大多数鸟类在城市中是难以安家的，所以它对于人们来说不算稀奇但也是难得一见的。人们印象中的鸟巢最大也不过篮球大小，所以当一个具有象征意义的外型酷似鸟巢的巨大建筑呈现在人们眼前的时候，会被这种突如其来的比例反差而震撼，带给人们强烈的感官刺激（图5）。
无论是运动员还是观众，置身其中无疑又是一次心灵的震撼和审美的享受，“鸟巢”独特的外形和结构构造，造就了它丰富多彩的内部空间环境，如同枝叶编制成的巢穴一样，在各种承重构件中活动、穿梭，错杂而又规律，再加上精心的装饰和配合这种灯光照明效果，更能给人以奇异瑰丽来形容的感受。这种由外而内，由内而外的艺术表现力，使人们获得了全方位的体验（图6）。
“鸟巢”充满了活力和自然张力的造型显然已经成为北京市乃至全中国的一张形象名片，它就是城市中的一件巨大的充满魅力的艺术品，为这个城市增添了一道绚丽的风景，每天都会吸引很多慕名而来的游客来这里拍照留念，一睹它的风采。
参考文献
[1]沈伟.蜻蜓翅膀结构仿生及新型伸臂空间网格结构体系研究[D].杭州：浙江大学，2006.
[2]车元元,沈粤,郭俊瑭.仿生手法赋予建筑生命的气息[J].建筑与环境，2007，（2）：141-143.
[3]王其钧.生态建筑与仿生建筑(下)[J].南方建筑，2008，（4）：16-21.
[4] 张耀胜.生态技术在高技术建筑中的运用[J].《安徽建筑工业学院学报：自然科学版》，2005，（1）：9-11.
[5]李光辉，杨子胜，吴金洪.建筑仿生设计浅谈[J].山西建筑，2008，34（3）：85-86.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。