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建筑设计运用的仿生学原理要点

建筑设计运用的仿生学原理

自古以来，建筑师们就从大自然撷取设计灵感。古埃及柱的设计

就是以棕榈树和荷花为蓝本，建筑师们借助这些自然形成的物体的形

状和比例，力争使设计达到完美的境界。

现在，一些建筑师相信这种仿生学能发挥更大的作用，不仅仅只

是局限于使建筑物更好看，而且可以通过复制大自然中发现的各种功

能系统来给新设计的建筑提供绿色空调，提供能量，甚至淡化海水。

他们坚持认为，用仿生学原理设计建筑，将不只是一个噱头，而将具

有实实在在的经济意义。

不用电的空调系统到目前为止，借助仿生特性的建筑物，更多地

由生物的美学功能来驱动，并一直局限于相对简单、被动的系统。以

巴黎的阿拉伯世界研究所为例，这个矩形建筑看起来极具抽象风格，

但这个建筑阳面的玻璃外墙却被金属屏所覆盖，这些屏又由单个可移

动的孔径所组成，这些孔径像眼睛的虹膜一样可以张合，控制阳光的

进入量。这种设计既能在温度升高时保证内部的凉爽，又能在晴天为

房间注入充足的光线。

同样，现在有一些建筑物，其通风系统则是基于对白蚁蚁穴的发

现。Eastgate中心是津巴布韦首都哈拉雷的一个商业中心和办公区，

它的空调系统有很多的排气口和烟道，帮助热空气从建筑物中排出。

当热空气上升，流出建筑物顶部的排气口时，较凉的空气则被带到地

面，这就是蚁穴的“烟囱效应”。

英国雷丁大学仿生学中心主任，杰罗尼米迪斯博士正在进一步利

用这样的概念，来制作一种自适应材料，这种材料能够对空气湿度具

有柔性响应——这个灵感来自于松果体的开关方式。他使用一种类似

于纤维素的纤维复合材料，制作了一个能随着室内外的空气湿度改变

形状的排气口。当暖湿空气堆积在室内时，排气口打开，将暖湿空气

排出室外。当室内空气干燥时，排气口则保持关闭，将室外的潮湿空

气拒之门外。杰罗尼米迪斯博士说：“在原理上，它完全可以作出自

然反应，根本不需要任何其他的外力。”

巧用仿生原理淡化海水近年来，建筑师们对能耗和可持续性发展

越来越感兴趣。生物学也许能给这一系列问题提供解决之道。

格雷姆肖建筑师事务所的建筑设计师鲍灵先生希望将这种自然设

计带到全新的水平。在进行圣塔卡他林那地峡——大加那利岛拉斯帕

尔马海岸的一条狭长陆地的重建设计时，该事务所提出在3公里的步

行道上设计一个剧院和一个植物园，但不用兴建一条新的排水沟，因

为建筑师们将使这些建筑能以更自然的方式调节室温和排水。鲍灵先

生称，他们计划推出一个设计方案，能够使整个岛屿实现水源和能源

的自给自足，而无需依赖矿物燃料。

这意味着要找到一个把海水变成清洁饮用水而不花费太多能源的

办法。他的事务所从雾姥（fog－basking）甲虫和骆驼鼻腔的功能得

到灵感，开始设计一种新型的海水淡化厂。在纳米比亚发现的雾姥甲

虫用一个非常简单巧妙的办法来实现这样的功能。它们白天躲在地下，

当它们晚上出来时，其黑色的背部与周遭的夜间空气相比相对较凉，

从大西洋来的湿热海风吹过时，空气中的水分就凝结在甲虫的背部

（类似于放在桌子上的冰啤酒瓶表面会凝结出空气中的水分）。甲虫

只需倾斜自己的身体，就可以将水滴进自己的嘴巴。骆驼也使用

相似的伎俩，防止呼气时失去水分。当骆驼吸气时，鼻腔中贮藏

的湿气蒸发，在此过程中鼻腔冷却。当骆驼呼气时，空气中的湿气就

凝结在鼻腔上。

受此启发，鲍灵先生和他的同事利用这一原理完成了剧院的结构

设计。在面向大海和海风来袭的方向安装了一些高大的、竖立的蒸发

“散热板”。泵取海洋表层的温热海水，下渗到这些单元中。当海风

吹过这些散热板时，一些海水蒸发留下了盐。然后，清洁、湿润的空

气继续流动直到碰到竖立的冷凝水管。这些冷凝水管中的冷水则泵取

自海面1000米以下的深海。当湿热的空气碰到这些水管时，水就冷凝

滴落下来，从而可以收集起来。

这个系统足够为7万平方米的建筑供水。利用传统的骤沸蒸馏法

淡化出1立方米的水需要耗电5到12度，但利用仿生法则只需1．6

度。而且，因为水泵的大部分电力可以由风车来供应，海风既给设备

提供气流，又可驱动风车，所以设备的总能耗还可以进一步降低。在

此过程中，同一系统也可帮助邻近的建筑物降温。

热带雨林建在垃圾场上鲍灵先生和他的同事们认为，更进一步采

用仿生原理，在降低运行成本和资源使用的同时，还可以创造新的收

入来源。