当今时代，一系列环境问题爆发，人类逐渐意识到违背生态规律的发展是不可持续的，建筑师也开始向自然界取经，把建筑物看作自然界中活的有机体，通过赋予建筑物一些生物特征，使建筑与自然环境共生共存，达到可持续发展的目的。
文艺复兴时期，建筑师菲利普·布鲁内莱斯基研究了蛋壳的结构之后，模仿蛋壳轻薄但坚固的结构，设计了一种更为轻薄的穹顶，应用于他的佛罗伦萨大教堂。这是最早期仿生学与建筑设计结合的案例。
而现如今随着参数化技术的发展与普及，建筑师们可以一种更为精准、直观的方式将仿生学应用到建筑中。从建筑的形式，结构，材料等方面来讲，参数化设计都将仿生学深化到一个更为微小的尺度。
当参数化遇到仿生学，一场模拟自然的魔术就此展开！
01 Elytra Filament Pavilion
斯图加特大学
Elytra展厅
展厅Elytra占地约200平方米，装置位于伦敦V&A博物馆。设计团队着眼于自然，将甲虫前翅的轻质生物纤维结构转化为建筑结构，形成展厅单元轻盈而坚固的结构。
Elytra模数化的结构单元体全部交由斯图加特大学的自动化机器人制作，预制作出来的单元体在博物馆花园中组装，纤维雨棚结构中内嵌有实时传感器。
展厅内空间
历经4个月的工作，机器人完成了组成Elytra顶棚的40个重约45公斤、平均耗时3小时完成的六边形结构单元体，以及展厅的7个支撑柱体结构。以充脂玻璃和碳纤维为原料的单元体经过缠绕和硬化后，形成了相似却又略带不同的形态。这个轻质结构建筑的总重不过2.5吨，即每平方米仅9公斤。
雨棚内嵌的传感器收集大量的结构与动态数据，分析到访者的使用模式和行走路径，并根据结果扩大或调整Elytra的空间格局。而相关数据在展览期间也将实时呈现在网上，供人取阅，实现了展厅与人的交互。
自动化纺织装配技术
设计团队采用了先锋性的自动化纺织装配技术。这种创新型的缝纫技术利用碳纤维的材料特性，以编织的手法将其转化为更强韧的结构单元体。一个个如细胞般的单体被串联在一起，创造出这个造型独特的展厅。
展厅屋顶结构
实验建筑师Aches Menges 说：“制造技术的发展总是能催生新的设计，而 V&A博物馆中庭的这个展厅结构正是最好的例证。“
设计、工程和产品的完美结合为我们带来了这个具有独特空间特征和美学体验的展厅。研究团队以甲虫的前翅结构为起点，逐步推进，并最终创造出这个静立于John Madejski花园中庭，由玻璃和碳纤维打造的、层次丰富却又极致轻盈的建筑结构。
02 ICD/ITKE 2011设计展示馆
斯图加特大学
展馆全貌
这是2011年夏季ICD,ITKE以及斯图加特大学学生共同完成的一个研究教学临时木材展馆。通过计算机设计探讨海胆的骨架，并让其转化为实际的建造，这是一个创新，拓展了仿生学与建筑的结合度。展馆的复杂形态由不同几何形状的极薄（6.5毫米）胶合板组成。
海胆骨骼结构示意
在设计过程中设计团队对海胆的生物结构及其空间和材料进行了全面的研究测试。用模块化的系统达到高度适应性和性能。
各单元的连接的方式是设计研究的重要节点，通过分析海胆，团队发现海胆壳连接处多变的角度和方解石般的表面突起有利于承载力。而传统的木工链接节点能够与海胆的仿生结构框架吻合。
单元连接处细部
将这些板组合设计成亭子。其板块边缘让力汇聚到一个区域，使得弯矩传输力为零，就不会变形。传统的轻质结构只能形成固定的姿态，而这个结构允许广泛范围内的几何体形。
胶合板只有6.5毫米厚，却能组建相当规模的亭子，仅仅只需要固定在地面上就能抵抗风荷载。
通过计算机技术和参数化设计，人们使用代码控制机器，经济的生产了850多个不同的几何组件，以及上面超过10万的链接节点。
展厅内部空间
此外展亭中还运用到一些生物结构的基本应用法则：
异质性——单元大小不一，适应各种曲率和连续性。
异向性——丁香结构。单元各自伸展定位自己的机械应力。
层次——双层，第一层胶合板相互粘接形成基本单元。第二层用简单的木卡槽让单元连接在一起，便于组装拆卸。
03 仿生学研究教学临时纤维展馆
斯图加特大学
纤维展馆全貌
该项目是2012年冬季ICD,ITKE以及斯图加特大学学生连同机器人共同完成的一个研究教学临时展馆，灵感来自北美龙虾骨骼，使用了约60公里长的碳纤维和玻璃纤维复合材料。
展厅鸟瞰
这个由新型复合材料组成的结构体对节肢动物骨骼（美洲龙虾，角质层是柔软的表皮）进行了研究。在计算机中从初始就对仿生结构的纤维材料向异性进行研究，以求新构造的可能性。
展厅全部由树脂和纤维构成
展厅仅仅由一层复合材料板材构成，这层板厚度仅为4毫米，跨度却达8米。其中混合环氧树脂和玻璃纤维占70%，碳纤维占30%。
纤维表面使得展厅表面通透
混合环氧树脂和玻璃纤维是面板主要材料，碳纤维因为强度较高，在这里用作核心骨骼起到传递荷载和支撑的功能。机器人协作将这些纤维缠绕固定。
04 斯图加特大学2015 ICD/ITKE 研究亭
斯图加特大学
展厅外观
斯图加特Achim Menges教授在新作 ICD/ITKE亭中展示了一种全新的建筑，其灵感来自于生活在水下，并居住在水泡中的水蜘蛛的建巢方式。
整个亭子是在一层柔软的薄膜，内部用机器人织上可以增强结构的碳纤维，形成了轻型纤维复合材料外壳构筑物，这种建造方式使用到最少的材料实现了结构稳定性。
水蜘蛛筑巢示意图
整个设计理念基于仿生学在纤维增强结构中的应用研究，这种应用不要求复杂的模板，也能适应不同结构的不同要求。
研究团队研究了水蜘蛛的水下生活模式，它们在水下建造出钢筋般的坚固水泡并生活在其中，作为水泡支撑结构的蜘蛛丝能让水泡在遭遇水流变化时承受机械盈利，保证水泡内的安全和稳定。
实际建造时，亭子的轻薄薄膜先在机械产生的空气压力下成型，然后机械臂进入在薄膜内部植入碳纤维束，碳纤维变硬后就成为了牢固的结构。整个外壳的形状和碳纤维的位置方向都参考仿生学并经过了计算机的计算。最终成就了一个高性能节省材料的综合建筑皮肤。
机械臂将碳纤维植入膜内
整个展厅占地40平方米，体积130立方米，跨度7.5米，最高处4.5米，总重量却仅有260公斤，也就是每平方6.5千克。这个先进的计算机设计，仿真以及制造技术的作品展示了跨学科研究和教学的创新潜力。这是一个不仅在材料上特别的构架，也是一个创新的建筑展示。
05 BiotopeSHJWORKS
Biotope
这些动物有着薄薄的膜，圆柱体、类似花瓶的结构，中间是空心的。——维基百科对阿氏偕老同穴（Euplectella Aspergillum, 一种海洋生物）的描述。
“Biotope”是SHJWORKS在哥本哈根的新项目。在希腊语中，bios的意思是“生命”，topos的意思是“地点”。本次的项目就与这两个词有关。与其说这是个项目，不如说这是一场实验——将带有植物和昆虫的微观世界放置于城市的恶劣环境中，观察会发生什么。
薄膜内包裹着一个微观的生态系统
项目的装置由一个碗状的混凝土容器和聚碳酸酯外壳制成，里面放置了土壤，植物，昆虫，蜜蜂，以及胶合板做的蜂窝。这个装置长7米，宽4米，高3米。
项目的实验地点位于交通繁忙的十字路口中间的一块小三角形绿地。附近有火车站，绿地旁有一条三车道公路和一条小路。每天都有很多人步行、骑车或是开车经过这个地方。“碗”的边缘可以当做长凳。壳体内的微观世界每天都在变化，引发路人的视觉兴趣。
装置边缘可当作长凳
混凝土“碗”收集雨水，蒸发的雨水通过壳体上的小孔进入土壤。外壳和混凝土碗通过这种方式成为一个自给自足的温室。装置的土壤里播种了60种不同植物的种子，它们发芽长大后，大部分都能吸引昆虫。壳内还有一个蜂窝，蜜蜂可以直接进出。
项目是临时的，为期三年。这三年里，设计团队不会对聚碳酸酯外壳进行任何维护或者干扰性的操作。人们也不能进入这个微观世界。实验内容就是看壳内部的植物和昆虫等生物随着时间推移会发生什么变化。
装置内有蜂窝，蜜蜂可以自由进出
装置雕塑般的有机形态是专门为这个地方设计的，通过参数化设计手段模仿原始生物或细菌的简单形态。这次设计壳体的有机形状时，SHJWORKS还添加了陶瓷元素和一些直观元素。首先在陶瓷上绘制草图，这样能产生更复杂的形状，在此之上接着直接绘制结构图。然后在扫描陶瓷模型上选定的点，之后在电脑上用向量线重新建模。
设计仿生形态，旨在探索一种可能性，即人类是否能感受到与这种形态之间的相关性。如果可以感受到，那么就要看看是否有机形态可以作为人类和地点的媒介。在我们居住生活的地方，我们是否可以和物体或结构之间建立起同理心，是否能对周围的物体产生更强烈的关心？
06 T IJ观鸟屋
RAU Architecten + RO&AD Architecten
从河滩对岸望向观测站
2018年11月哈灵水道开闸，水闸的开放旨在提高水质并增强生物多样性，同时促使鱼类从荷兰的北海迁移至马斯和莱茵河的三角洲地带。该举措将创建一个耐盐及喜盐的新环境，周边自然保护区的生物多样性也将逐渐增加，在未来几年形成一个更加强健的生态系统。
为了鼓励人们亲自体验并探索这些变化，哈灵水道地区新建了一系列鸟类观测站。
观测台融入保护区景观当中
T IJ是一个蛋形的鸟类观测屋，位于哈灵水道附近的Scheelhoek自然保护区，属于大规模景观规划的一部分，人们可以从停车场区域一路穿越Scheelhoek自然保护区，最终到达“鸟蛋”。游客们在行走的过程中可以看到崖沙燕的鸟类群落以及一些涉禽。
为了避免对鸟类形成干扰，游览路线的最后一段被设计为隧道的形式，由再利用的系船柱和曾用于制砖业的红铁木板建造而成。隧道的内表面被沙子覆盖，能够为燕鸥或涉禽提供栖息环境，外表面则为崖沙燕提供了筑巢的凹洞。
游览路线尽端的隧道
隧道外表面给鸟类提供筑巢的凹洞
观鸟屋是根据白嘴端凤头燕鸥的鸟蛋形状而建造在沙巢上的，就像天然的鸟巢一样。“鸟蛋”的温床由垂直排列的栗木条、芦苇以及小沙丘构成，“鸟蛋”本身则通过参数化设计实现了形状、结构完整性、木材尺寸以及开口尺寸之间的良好比例。
鸟蛋结构示意
T IJ的木结构由402个单元在现场组装而成，并且可以完整地被拆解，这种可重复利用的模块化属性以及它所使用的环保材料使其几乎具备了完全的循环性和可持续性。
在反映事物短暂性的同时，我们还必须意识到“鸟蛋”同样也是一个暂时性的存在，并且将在未来的某一刻被拆解。到那个时候，它或许会被回收和重新利用，但不会对自然或人类产生有害的影响。以这种方式，‘T IJ创建了一个新的（生态）系统，使人与自然的关系能够变得更加亲近，从而成为彼此世界里的一部分。
07 La Fabrique du vivant
ecoLogicStudio
H.O.R.T.U.S. XL Astaxanthin.g
ecoLogicStudio的创始人Claudia Pasquero和Marco Poletto近期与UCL建筑学院的城市形态实验室、因斯布鲁克大学的人造景观实验室以及南丹麦大学的CREATE Group / WASP Hub进行合作，共同参与了巴黎蓬皮杜艺术中心举办的“La Fabrique du vivant”（有生命的织物）展，展览旨在对生命体和人工生命进行追溯。
XenoDerma
展览中建筑师Claudia Pasquero和Marco Poletto领导的多学科团队共同创作了名为“非-人类花园”的3D打印雕塑作品，探讨了人类生命与非人类生命的关系。
这项作品分为两部分，其一是由蓝藻细菌群落构成的“H.O.R.T.U.S. XL Astaxanthin.g”，其二是基于亚洲狼蛛的生活习性而构建的“XenoDerma”。艺术家在研究内共生生物模型时开发出了不同的基础空间结构，能够对它们的非人类行为形成干预。
这两件作品均可以看作是比例为1:1的生物建筑原型，或者说是一种可以适应城市生活的“亲生物建筑表皮”。
3D打印的六边形图块构成雕塑
H.O.R.T.U.S. XL Astaxanthin.g以珊瑚的形态为灵感，利用数字算法对生物基质的生长进行了模拟。该作品由3D打印机以400微米的图层单位生产出来，并通过46毫米的三角形单元结构进行支撑，形成一系列边长为18.5厘米的六边形图块。
养殖在生物像素上的藻类
光合蓝藻细菌通过生物凝胶培养基接种在三角形的单元（或者说生物像素）上，共同构成一个智能的生物系统。它们的代谢由光合作用驱动，能够将光照转化为氧气和生物质能。每个生物像素的密度值均通过数字计算，为的是对光合生物进行最优化的排列，使其沿着构造表面不断生长。
XenoDerma将蜘蛛网的形态与人造的空间支架结合起来，通过算法和3D打印制作而成。蜘蛛的意志并不完全存在于身体内：它们所编织的网络本身就构成了一种空间性的思维，并成为了其认知系统的组成部分。
XenoDerma
在XenoDerma中，设计师通过3D打印的支架结构和它所包含的几何特征对蜘蛛的行为及其织网的技能进行了重新设定，为作品赋予了一种带有生产性质的不确定性，使其在生物、技术和数字领域的交织中呈现出一种柔和而奇异的美感。
资料引述
[1]https://www.gooood.cn/《神奇的生命：浅谈仿生建筑》
[2]https://www.gooood.cn/《Elytra展厅，英国 / University of Stuttgart》
[3]https://www.gooood.cn/《ICD/ITKE 2011设计展示馆 / 斯图加特大学》
[4]https://www.gooood.cn/《仿生学研究教学临时纤维展馆，德国 / 斯图加特大学》
[5]https://www.gooood.cn/《斯图加特大学2015 ICD/ITKE 研究亭》
[6]https://www.gooood.cn/《Biotope装置，哥本哈根 / SHJWORKS》
[7]https://www.gooood.cn/《T IJ观鸟屋，荷兰 / RAU Architecten + RO&AD Architecten》
[8]https://www.gooood.cn/《“非-人类花园”生物数字雕塑 / ecoLogicStudio》
[9]李佛源. 基于参数化视角下的仿生建筑形态设计策略研究[D].北京工业大学,2020.DOI:10.26935/d.cnki.gbjgu.2020.000171.
内容转载自“匠山行记”
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