仿生设计原理在园林规划设计中的应用

在日益发展的人类社会中， 人类肆意利用各种 手段来满足自身的需求， 致使人类与自然的矛盾越 来越突出。 然而一直到大自然向人类反噬的今天， 人类才逐渐意识到生态破坏的严重性， 并开始寻找 新的途径来探索自然力的可持续发展与利用， 其中 模拟生物的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 在机械、 建筑及园林规划 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 等方 面得到了广泛重视和应用。 生物在千万年进化的过程中， 为了适应自然而 不断完善自身的组织结构与性能， 获得了高效低 耗、 自我更新、 结构完整的保障系统， 从而得以顽 强的生存与繁衍。 人类生活在自然界中， 与周围的 生物作 “邻居”， 生物各种各样的奇异本领， 吸引 着人们去想象和模仿。 研究仿生学就是为了从自然 界中吸取灵感进行创新， 以便与自然生态环境相协 调， 保持生态的平衡发展。 在大力提倡节约能源， 减少环境污染， 建设节约型社会的今天更具有十分 重要的意义[1]。 摹仿自然， 从自然中寻找设计理念或思路也是 园林规划设计仿生的重要课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ， 其内容包括建筑及 其环境两个方面： 首先是建筑仿生学， 它是从仿生 学的角度来研究建筑， 它研究生物界中各种生物体 的功能、 结构、 形象， 并将研究成果用于建筑创 作， 从而致力于解决建筑和城市规划方面的某些问 题。 其次是环境或景观仿生学， 它是城市建筑的缩 影， 是人和天、 地、 自然相联系的一个中介场所。 仿生学理念的引入， 有助于协调建筑和环境的关 系， 保持良好的生态平衡[2]。 1 仿生设计学的含义与发展 仿生学是研究生物系统的结构、 性质、 原理、 行为以及相互作用， 从而为工程技术提供新的设计 思想、 工作原理和系统构成的技术科学。 而仿生设 计学则是在仿生学和设计学基础上发展起来的一门 新兴边缘学科， 主要以自然界万物的生理、 结构、 形态为设计理论， 在设计过程中应用以突出其功能 性。 目前已涉及到数学、 生物学、 电子学、 物理学、 控制论、 信息论、 人机学、 心理学、 材料学、 机械 学、 动力学、 工程学、 经济学、 色彩学、 美学、 传播 学、 伦理学等相关学科。 仿生学正式诞生于 1960年 9月， 美国空军航 空局在俄亥俄州的空军基地戴通召开了第一次仿生 学会议。 会议的中心议题是 “ 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 生物系统所得到 的概念能否用到人工制造的信息加工系统的设计之 上”， 斯梯尔为新兴的科学命名为 “Bionics”， 希 腊文的意思代表着研究生命系统功能的科学， 1963 年我国将 “Bionics” 译为 “仿生学”。 在我国， 四千多年前就出现了仿生学的雏形， 如 “飞蓬转而知为车” 就是见到随风旋转的飞蓬草 而发明了轮子， 做成了有装轮子的车； 通过对水中 生活的鱼类的模仿， 古人伐木凿船， 用木材做成鱼 形的船体， 由此取得水上运输的自由， 等等。 在国外， 早在古希腊神话中就有人用羽毛和蜡 做成翅膀， 逃出迷宫。 有传说十七世纪初， 法国生 理学家马雷、 德国科学家亥姆霍兹等通过对鸟类飞 行器官的研究和模仿， 制造了能够载人飞行的滑翔 仿生设计原理在园林规划设计中的应用① 周 鹏② (海南大学园艺园林学院 海南儋州 571737) 摘 要 从仿生设计学的基本原理及发展历史入手， 探讨园林规划设计中仿生设计学应用的基本依据及基本 思路， 以期为人工改造自然或园林工作者提供参考依据。 关键词 仿生原理 ； 园林设计 ； 技术应用 分类号 TU986.2； Q811.9 ① 收稿日期： 2009-03-06。 责任编辑/王晓露， 乐长灯； 编辑部 E-mail： rdnk@chinajournal.net.cn或 rdnk@163.com。 ② 周鹏(1985～)， 男， 汉族， 海南儋州人， 海南大学园艺园林学院。 Vol．29, No．5 2009年5月 热 带 农 业 科 学 CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE 第29卷第5期 May． 2009 66- - 周 鹏 仿生设计原理在园林规划设计中的应用 机。 一战期间， 人们还从毒气战幸存的野猪身上获 得启示， 模仿野猪的鼻子设计出了防毒面具， 等等。 到了现代， 仿生技术取得了飞跃的发展， 并获 得广泛的应用， 一大批仿生设计作品如智能机器 人、 雷达、 声纳、 人工脏器、 自动控制器、 自动导 航器等等应运而生。 目前， 仿生设计学在对生物体 几何尺寸及其外形的模仿同时， 还通过研究生物系 统的结构、 功能、 能量转换、 信息传递等各种优异 特征， 并把它运用到技术系统中， 创造出新的工 艺、 自动化装置、 特种技术元件等技术系统。 此外， 仿生设计亦可对人类的生命和健康造成 巨大的影响。 例如人们可以通过仿生技术， 设计制 造出人造器官， 如血管、 肾、 骨膜、 关节、 食道、 气管、 尿道、 心脏、 肝脏、 血液、 子宫、 肺、 胰、 眼、 耳以及人工细胞。 专家预测， 在本世纪中后期， 除 脑以外人的所有器官都可以用人工器官代替[1～4]。 2 园林规划设计仿生的基本依据 2. 1 自然法则原理 自然法则系指宇宙中万物的内在规律， 宇宙中 任何生物皆有自身的角色或作用， 其生存与否完全 是一种优胜劣汰的自然选择。 生物通过自然选择达 到和谐共生、 自然平衡。 因此， 尊重自然， 尊重生 命， 保护环境具有重要意义。 “天人合一”、 “道法自然” 的思想对我国古 代城市或建筑选址有着很大的影响， 这种 “天人合 一” 的观念就是自然法则在规划中的最早体现。 在 西方城市规划发展中， 从19世纪霍华德的田园城 市思想到1969年L.麦克哈格 《设计结合自然》 论 著推出， 自然法则规划已经逐步形成了一套系统的 理论。 18世纪末， 工业革命给城市带来的人口拥挤、 交通阻塞、 环境污染等弊端日益突出， 人们要求与 大自然融和、 恢复良好生态环境的愿望日益强烈， 一些规划师开始思考如何保护大自然和充分利用土 地资源的问题， 到了20世纪中叶， 自然法则思想 已经逐步演化为一系列系统的科学， 包括城市生态 学、 景观建筑学、 人类居住科学、 人类环境生态学、 景观生态学等[5]。 2. 2 生物多样性原理 生物多样性系指生命有机体及其生态复合体的 多样性和变异性， 它包含遗传多样性、 物种多样性 和生态系统多样性三个层次。 生物多样性的直接价 值在于为人类提供生存所必需的食物、 药品、 工业 原材料以及能源等， 间接价值在于为人类维持良好 的生态平衡和稳定的生存环境。 在设计领域， 生态设计和仿生设计一直被认为 是两个既独立又内在联系的设计方法， 其中， 生态 设计是一种强调人与自然相协调的设计方法， 其应 用范围非常广泛， 包括建筑师对设计及材料选择的 考虑， 水利工程师对洪水控制途径的重新认识等。 仿生设计则主张从自然界中吸取灵感进行创新， 同 时也是为了与自然生态环境相协调， 保持生态平衡。 无论是生态设计还是仿生设计都意味着设计尊 重物种多样性， 尽量减少对资源的剥夺， 保持营养 和水循环， 维持植物生境和动物栖息地的质量， 以 改善人类及生态系统的健康。 2. 3 系统工程原理 系统工程系指组织管理系统的规划、 研究、 设 计、 制造、 试验和使用的科学方法， 其主要思想是 将系统都看成是一个相互联系的有机体， 其重要特 征是从系统的整体性、 结构性及有序性等来揭示事 物的发展规律。 模仿自然生态系统是一种高层次的模仿， 园林 规划设计中通过人工改造而形成的自给自足系统， 就属于这类层次的仿生。 中国环境科学院夏青教授 曾说过， 真正意义上的生态景观应该是从设计、 建 设一直到使用、 废弃的整个生命周期对环境都是无 害的， 这就要求我们从系统的整体性、 结构性及有 序性来模拟一个完整的生态环境， 贯彻节能技术和 循环生态的理念， 完善生态链的整体结构， 如太阳 能、 地热的利用、 雨水、 自来水的自然循环利用等 等； 通过人工净化和自然净化的结合， 雨水集蓄利 用、 渗透与园艺水景观等相结合的综合性设计， 从 而实现建筑、 园林、 景观和水系的协调统一， 实现 经济效益和环境效益的统一。 2. 4 和谐共生原理 和谐共生系指生物界的共生及和谐两个方面， 其中的共生就是两种生物， 一种由于不能独立生 存， 需要共同生活在一起， 或者一种生活在另一种 体内， 互相依赖， 利益共享。 1879年德国植物病 理学家安东·豆·培里把这种 “不同生物一起生活” 67- - 2009年5月 第29卷第5期热带农业科学 的现象称为 “共生”。 “多样共生” 既是生物之间 的一种互利关系， 也是人与人之间以及人与自然之 间相互依存， 和谐统一的共存关系。 “和谐” 则是 多种生物共同生存、 相互依赖、 和平相处的重要特 征。 园林规划设计中的和谐共生是人类追求自然、 接近自然、 与自然对话的特定方式， 也是中国 “天 人合一” 思想的重要体现。 3 仿生设计在园林中的应用 仿生设计在园林中的应用是以上述四种原理为 指导， 以高科技为手段， 将生物界某些外部形式、 内部结构与自然环境共生繁衍的特殊规律及生态美 学的法则应用到设计中， 在结构、 功能形态上体现 生物多样性的特征， 从而达到人与自然融为一体的 目的。 园林规划设计中的仿生学包括： 材料仿生、 机能仿生、 结构仿生、 形态仿生及空间仿生等。 3. 1 对材料的仿生 仿生材料是对生物组成、 形态及结构的研究而 创造出来的具有一定作用和功能的材料。 在园林规 划设计中， 对材料的仿生设计多指对材料进行加工 和拼接， 模拟生物的表皮图案、 色彩、 纹理， 形成 不同于原始材料的肌理、 形态。 例如， 运用卵石、 瓦片等组成的丰富多彩的 “花街铺地”， 景观中对 仿木、 仿竹、 仿石材料的运用， 都能使这些材料既 满足功能的要求， 又不破坏统一风格； 将碎瓷片嵌 入水泥中形成的各种彩色图案， 用人造沙砾制作岩 画、 模拟沙滩， 用人造贝壳制作花朵等， 既经久耐 用， 又朴实自然； 釉陶瓷片、 马赛克的应用为模拟 动植物或物质的形态、 进行肌理重构创造了条件， 较好地体现了天空湛蓝的色彩与光影变幻的效果； 依据蜂窝原理制造的蜂窝泡沫混凝土， 既隔热又保 温， 结构轻巧且美观； 依据蜥蜴皮肤对环境的反应 原理制造的建筑界面遮阳百叶作双层皮， 具有夏天 挡阳光， 冬天作为日光采集器， 加热空气预热空调 的作用[2,6]。 3. 2 对机能的仿生 从机能出发， 研究生物的形态和结构、 群落的 生理机能或自然力的作用规律， 可在理性认识的基 础上， 除去无关因素， 建立一个事物本质的模型。 对照原型进行定量分折， 运用现代的科技手段， 可 使功能在设计中得以恢复。 对功能的仿生要求对事 物的本质、 生命的过程有一个较深刻的认识， 要求 去伪存真， 用最简练的形式表达复杂的过程。 在景观设计中， 对机能的仿生主要有两大类 型。 一种类型是通过对能力的模拟消除自然界不利 的因素， 例如， 人工形成的礁石、 平缓的土堆能消 除常风或积水等不利因素。 另一种是模拟事物作用 规律的本质、 条件， 使用复杂的过程能在有限的景 观区域内的环境得以改善。 例如， 模拟植被形成群 落的条件、 模拟自然界水体自净的过程， 等等。 3. 3 对结构的仿生 生物的形态往往是由线条、 形体、 色彩、 声音、 运动等美学因素按照一定的美学法则构成的， 并由 此形成一种自然的整体美。 如由六边形组成的蜂巢 其几何体结构最为紧凑。 以这种方式构成的蜂巢的 底不是平的， 而是由无数菱形组成， 这使它能很好 地承受外部巨大的冲击。 另外， 像蜗牛、 甲壳虫的 孤线形外壳都有很好的力学结构和功能。 园林规划设计中颇具代表的巴黎东、 西郊森林 公园， 东郊维星斯公园和西郊布伦公园的巨大绿化 面积， 就象征着人的两肺， 环形绿化带与赛纳河就 象是人的呼吸管道， 这样就使新鲜空气可以输入城 市的各个区域。 市区内环形和放射的各种主干与次 要道路网就象是人的血管系统， 使血流能够循环畅 通。 这种模拟人体结构的思想， 很好地解决了困扰 巴黎的城市交通与环境美化问题。 3. 4 对形态的仿生 形态仿生设计是研究生物体和自然界物质的外 部形态及其象征寓意， 通过艺术处理手法将大自然 之美应用于设计之中的学科。 由于其取材于自然， 所以其灵感可以说是层出不穷， 有创意又容易受人 喜欢。 在园林设计中， 形态仿生又可分为具象仿生 和抽象仿生。 3. 4. 1 具象形态仿生 具象形态仿生是透过眼睛构造以生理的自然反 应， 直观地通过具象形态在外观上再现模仿的自然 对象， 传达出浓厚的情趣感和亲和力。 由于具象形 态容易表现情趣性、 亲和性、 自然性， 故多应用于 一些园林小品中以体现一种活动的氛围。 如居住小 区中用苗木修剪造型而成的鸟类、 动物形象， 用石 材等制作的人物塑像等就属于这类仿生。 具象仿生 侧重于模仿生物表层， 因而思想性和艺术性含量相 68- - 周 鹏 仿生设计原理在园林规划设计中的应用 对低一些。 3. 4. 2 抽象形态仿生 抽象形态仿生是以自然界动植物为原形， 经过 反复推敲概括， 剔除物象的具体细节， 提炼出事物 独特个性特征的表现方式。 如瑞士赫尔佐格设计的 北京奥运会主场馆 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ， 其外形设计的灵感就是来 源于鸟巢的启发。 抽象仿生集中于提炼物体的内在 本质属性， 是一种特殊的心理加工活动， 属于高层 次思维创造活动， 它侧重揭示物体的理念内涵。 在 现代仿生设计中， 高、 新、 精、 尖的工业产品， 更 适合用这类仿生。 3. 5 对空间布局的仿生 对空间布局的仿生常常融合了形状、 结构和功 能等多项仿生设计， 并通过艺术的提炼与升华， 使 这些设计在三维空间内得以重组。 对空间布局的仿 生常具有优美的构图， 强烈的逻辑、 完整的结构， 并常常能表达一个明确的主题[6]。 园林规划设计中 对空间的仿生应考虑如下因素： 3. 5. 1 建筑与环境的和谐共生 共生思想强调建筑与环境不应该是紧张的对立 关系， 而应该是一种良性互动、 和谐统一的关系。 它追求建筑与环境的协调， 目的就是为了强调人与 自然的对话。 在中国古代村落规划中， 已经注意强 调建筑的群体与自然的融合关系。 村落是自然环境 的核心， 同时自然环境又是村落时空的延续， 自然 形态与聚落形态、 建筑形态共同创造出一种协调的 宇宙形象。 3. 5. 2 景观小区与城市的和谐共生 景观小区是城市的组成部分， 其规划设计需要 因地制宜， 结合当地的历史人文环境和居民的生活 模式， 充分地尊重所在城市的历史风貌， 使景观小 区与城市风貌和传统的城市肌理相融合， 使整个小 区有机地融入到所在城市的大环境中[7]。 3. 5. 3 小区内部交通、 采光及植物的合理布局 住宅小区是城市的缩影， 是人和天、 地、 自然 相联系的一个中介场所， 为了使人们的居住空间变 得更加舒适、 美观、 合理和人情化， 在交通、 采光 及植物合理布局上， 需要将自然环境及生物群落的 功能、 结构及形象融合于园林规划设计之中[7]。 4 结论 (1)从第一个人造心律调节器开始， 就显示了 人类向大自然学习与模仿自然的雄心， 尤其是随着 科学技术的发展， 仿生学越来越受人类的重视， 虽 然目前还有许多生物的机能还无法一窥堂奥， 但是 仿生科技的确能够减少资源的浪费与污染， 使我们的 生活方式更能够与自然共存， 达到永续经营的目的。 (2)园林规划设计中的仿生学是一种全新的思 考方式， 它用生物系统的观点把园林规划设计视为 一个有生命的机体， 通过综合考虑影响园林规划设 计的各种因素， 使其各部分的组合如同生物体一样 成为一个有机整体， 使景观与环境的关系如同生物 体与环境的关系一样互相适应， 彼此共生， 从而更 好地满足人类的物质需求和精神需求。 (3)大自然的和谐与共生哲学呼吁人类社会与 大自然之间的高度和谐统一。 仿生学在园林规划设 计中的应用实现了这种和谐统一， 它将有助于园林 规划设计中人与自然矛盾的有效解决， 有助于协调 建筑、 景观和自然之间的相互关系， 将使人们的生 活空间变得更加舒适、 美观、 合理和人情化。 (4)透过仿生学的理念， 园林设计师要积极的 关注生命形式中各种精巧的结构和奇特的材料， 结 合市场的需求设计出人们需求的景观， 同时也要细 心的观察自然， 提炼自然的精妙， 提出更多的构 想， 为设计融入新意和艺术文化的灵魂， 从而创造 出更有价值的仿生成果， 为丰富人类物质文明和精 神文明做贡献。 参考文献 1 王立福， 单 欣， 李 尧.论仿生形态设计在景观设计 中的应用[J].山西建筑， 2008， 34(9)： 78～80 2 孙启微 ， 许先升.生命力的展现—浅谈仿生建筑设计 [J].科技创新导报， 2008(13)： 158～160 3 孙 毅.仿生学研究的若干新进展[J].科技情报开发 与经济， 2006， 16(11)： 143～144 4 李光辉， 扬子胜， 吴金洪.建筑仿生设计浅谈[J].山 西建筑， 2008， 34(3)： 58～69 5 何金廖 ， 宗跃光 ， 郭俊杰.自然主义之城市仿生设 计———以江苏扬中生态景观概念规划为例[J].规划师， 2008， 24(6)： 38～41 6 申益春.论仿生形态设计在景观设计中的运用[J].随 想杂谈， 2007， 23(6)： 95～97 7 沈丽虹.住宅小区规划设计中的仿生学理念探讨[J]. 太原理工大学学报， 2008， 39(5)： 226～229 69- -