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當(dāng)今時(shí)代，一系列環(huán)境問題爆發(fā)，人類逐漸意識到違背生態(tài)規(guī)律的發(fā)展是不可持續(xù)的，建筑師也開始向自然界取經(jīng)，把建筑物看作自然界中活的有機(jī)體，通過賦予建筑物一些生物特征，使建筑與自然環(huán)境共生共存，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的。

文藝復(fù)興時(shí)期，建筑師菲利普·布魯內(nèi)萊斯基研究了蛋殼的結(jié)構(gòu)之后，模仿蛋殼輕薄但堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種更為輕薄的穹頂，應(yīng)用于他的佛羅倫薩大教堂。這是最早期仿生學(xué)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合的案例。

而現(xiàn)如今隨著參數(shù)化技術(shù)的發(fā)展與普及，建筑師們可以一種更為精準(zhǔn)、直觀的方式將仿生學(xué)應(yīng)用到建筑中。從建筑的形式，結(jié)構(gòu)，材料等方面來講，參數(shù)化設(shè)計(jì)都將仿生學(xué)深化到一個(gè)更為微小的尺度。

當(dāng)參數(shù)化遇到仿生學(xué)，一場模擬自然的魔術(shù)就此展開！

01?Elytra Filament Pavilion

斯圖加特大學(xué)

Elytra展廳

展廳Elytra占地約200平方米，裝置位于倫敦V&A博物館。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)著眼于自然，將甲蟲前翅的輕質(zhì)生物纖維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為建筑結(jié)構(gòu)，形成展廳單元輕盈而堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。

Elytra模數(shù)化的結(jié)構(gòu)單元體全部交由斯圖加特大學(xué)的自動(dòng)化機(jī)器人制作，預(yù)制作出來的單元體在博物館花園中組裝，纖維雨棚結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌有實(shí)時(shí)傳感器。

展廳內(nèi)空間

歷經(jīng)4個(gè)月的工作，機(jī)器人完成了組成Elytra頂棚的40個(gè)重約45公斤、平均耗時(shí)3小時(shí)完成的六邊形結(jié)構(gòu)單元體，以及展廳的7個(gè)支撐柱體結(jié)構(gòu)。以充脂玻璃和碳纖維為原料的單元體經(jīng)過纏繞和硬化后，形成了相似卻又略帶不同的形態(tài)。這個(gè)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑的總重不過2.5噸，即每平方米僅9公斤。

雨棚內(nèi)嵌的傳感器收集大量的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，分析到訪者的使用模式和行走路徑，并根據(jù)結(jié)果擴(kuò)大或調(diào)整Elytra的空間格局。而相關(guān)數(shù)據(jù)在展覽期間也將實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在網(wǎng)上，供人取閱，實(shí)現(xiàn)了展廳與人的交互。

自動(dòng)化紡織裝配技術(shù)

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用了先鋒性的自動(dòng)化紡織裝配技術(shù)。這種創(chuàng)新型的縫紉技術(shù)利用碳纖維的材料特性，以編織的手法將其轉(zhuǎn)化為更強(qiáng)韌的結(jié)構(gòu)單元體。一個(gè)個(gè)如細(xì)胞般的單體被串聯(lián)在一起，創(chuàng)造出這個(gè)造型獨(dú)特的展廳。

展廳屋頂結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)建筑師Aches Menges 說：“制造技術(shù)的發(fā)展總是能催生新的設(shè)計(jì)，而 V&A博物館中庭的這個(gè)展廳結(jié)構(gòu)正是最好的例證。“

設(shè)計(jì)、工程和產(chǎn)品的完美結(jié)合為我們帶來了這個(gè)具有獨(dú)特空間特征和美學(xué)體驗(yàn)的展廳。研究團(tuán)隊(duì)以甲蟲的前翅結(jié)構(gòu)為起點(diǎn)，逐步推進(jìn)，并最終創(chuàng)造出這個(gè)靜立于John Madejski花園中庭，由玻璃和碳纖維打造的、層次豐富卻又極致輕盈的建筑結(jié)構(gòu)。

02?ICD/ITKE 2011設(shè)計(jì)展示館

斯圖加特大學(xué)

展館全貌

這是2011年夏季ICD,ITKE以及斯圖加特大學(xué)學(xué)生共同完成的一個(gè)研究教學(xué)臨時(shí)木材展館。通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)探討海膽的骨架，并讓其轉(zhuǎn)化為實(shí)際的建造，這是一個(gè)創(chuàng)新，拓展了仿生學(xué)與建筑的結(jié)合度。展館的復(fù)雜形態(tài)由不同幾何形狀的極薄（6.5毫米）膠合板組成。

海膽骨骼結(jié)構(gòu)示意

在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對海膽的生物結(jié)構(gòu)及其空間和材料進(jìn)行了全面的研究測試。用模塊化的系統(tǒng)達(dá)到高度適應(yīng)性和性能。

各單元的連接的方式是設(shè)計(jì)研究的重要節(jié)點(diǎn)，通過分析海膽，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)海膽殼連接處多變的角度和方解石般的表面突起有利于承載力。而傳統(tǒng)的木工鏈接節(jié)點(diǎn)能夠與海膽的仿生結(jié)構(gòu)框架吻合。

單元連接處細(xì)部

將這些板組合設(shè)計(jì)成亭子。其板塊邊緣讓力匯聚到一個(gè)區(qū)域，使得彎矩傳輸力為零，就不會(huì)變形。傳統(tǒng)的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)只能形成固定的姿態(tài)，而這個(gè)結(jié)構(gòu)允許廣泛范圍內(nèi)的幾何體形。

膠合板只有6.5毫米厚，卻能組建相當(dāng)規(guī)模的亭子，僅僅只需要固定在地面上就能抵抗風(fēng)荷載。

通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和參數(shù)化設(shè)計(jì)，人們使用代碼控制機(jī)器，經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)了850多個(gè)不同的幾何組件，以及上面超過10萬的鏈接節(jié)點(diǎn)。

展廳內(nèi)部空間

此外展亭中還運(yùn)用到一些生物結(jié)構(gòu)的基本應(yīng)用法則：

異質(zhì)性——單元大小不一，適應(yīng)各種曲率和連續(xù)性。

異向性——丁香結(jié)構(gòu)。單元各自伸展定位自己的機(jī)械應(yīng)力。

層次——雙層，第一層膠合板相互粘接形成基本單元。第二層用簡單的木卡槽讓單元連接在一起，便于組裝拆卸。

03?仿生學(xué)研究教學(xué)臨時(shí)纖維展館

斯圖加特大學(xué)?

纖維展館全貌

該項(xiàng)目是2012年冬季ICD,ITKE以及斯圖加特大學(xué)學(xué)生連同機(jī)器人共同完成的一個(gè)研究教學(xué)臨時(shí)展館，靈感來自北美龍蝦骨骼，使用了約60公里長的碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料。

展廳鳥瞰

這個(gè)由新型復(fù)合材料組成的結(jié)構(gòu)體對節(jié)肢動(dòng)物骨骼（美洲龍蝦，角質(zhì)層是柔軟的表皮）進(jìn)行了研究。在計(jì)算機(jī)中從初始就對仿生結(jié)構(gòu)的纖維材料向異性進(jìn)行研究，以求新構(gòu)造的可能性。

展廳全部由樹脂和纖維構(gòu)成

展廳僅僅由一層復(fù)合材料板材構(gòu)成，這層板厚度僅為4毫米，跨度卻達(dá)8米。其中混合環(huán)氧樹脂和玻璃纖維占70%，碳纖維占30%。

纖維表面使得展廳表面通透

混合環(huán)氧樹脂和玻璃纖維是面板主要材料，碳纖維因?yàn)閺?qiáng)度較高，在這里用作核心骨骼起到傳遞荷載和支撐的功能。機(jī)器人協(xié)作將這些纖維纏繞固定。

04?斯圖加特大學(xué)2015 ICD/ITKE 研究亭

斯圖加特大學(xué)

展廳外觀

斯圖加特Achim Menges教授在新作 ICD/ITKE亭中展示了一種全新的建筑，其靈感來自于生活在水下，并居住在水泡中的水蜘蛛的建巢方式。

整個(gè)亭子是在一層柔軟的薄膜，內(nèi)部用機(jī)器人織上可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的碳纖維，形成了輕型纖維復(fù)合材料外殼構(gòu)筑物，這種建造方式使用到最少的材料實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

水蜘蛛筑巢示意圖

整個(gè)設(shè)計(jì)理念基于仿生學(xué)在纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究，這種應(yīng)用不要求復(fù)雜的模板，也能適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的不同要求。

研究團(tuán)隊(duì)研究了水蜘蛛的水下生活模式，它們在水下建造出鋼筋般的堅(jiān)固水泡并生活在其中，作為水泡支撐結(jié)構(gòu)的蜘蛛絲能讓水泡在遭遇水流變化時(shí)承受機(jī)械盈利，保證水泡內(nèi)的安全和穩(wěn)定。

實(shí)際建造時(shí)，亭子的輕薄薄膜先在機(jī)械產(chǎn)生的空氣壓力下成型，然后機(jī)械臂進(jìn)入在薄膜內(nèi)部植入碳纖維束，碳纖維變硬后就成為了牢固的結(jié)構(gòu)。整個(gè)外殼的形狀和碳纖維的位置方向都參考仿生學(xué)并經(jīng)過了計(jì)算機(jī)的計(jì)算。最終成就了一個(gè)高性能節(jié)省材料的綜合建筑皮膚。

機(jī)械臂將碳纖維植入膜內(nèi)

整個(gè)展廳占地40平方米，體積130立方米，跨度7.5米，最高處4.5米，總重量卻僅有260公斤，也就是每平方6.5千克。這個(gè)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，仿真以及制造技術(shù)的作品展示了跨學(xué)科研究和教學(xué)的創(chuàng)新潛力。這是一個(gè)不僅在材料上特別的構(gòu)架，也是一個(gè)創(chuàng)新的建筑展示。

05?BiotopeSHJWORKS?

Biotope

這些動(dòng)物有著薄薄的膜，圓柱體、類似花瓶的結(jié)構(gòu)，中間是空心的。——維基百科對阿氏偕老同穴（Euplectella Aspergillum, 一種海洋生物）的描述。

“Biotope”是SHJWORKS在哥本哈根的新項(xiàng)目。在希臘語中，bios的意思是“生命”，topos的意思是“地點(diǎn)”。本次的項(xiàng)目就與這兩個(gè)詞有關(guān)。與其說這是個(gè)項(xiàng)目，不如說這是一場實(shí)驗(yàn)——將帶有植物和昆蟲的微觀世界放置于城市的惡劣環(huán)境中，觀察會(huì)發(fā)生什么。

薄膜內(nèi)包裹著一個(gè)微觀的生態(tài)系統(tǒng)

項(xiàng)目的裝置由一個(gè)碗狀的混凝土容器和聚碳酸酯外殼制成，里面放置了土壤，植物，昆蟲，蜜蜂，以及膠合板做的蜂窩。這個(gè)裝置長7米，寬4米，高3米。

項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于交通繁忙的十字路口中間的一塊小三角形綠地。附近有火車站，綠地旁有一條三車道公路和一條小路。每天都有很多人步行、騎車或是開車經(jīng)過這個(gè)地方。“碗”的邊緣可以當(dāng)做長凳。殼體內(nèi)的微觀世界每天都在變化，引發(fā)路人的視覺興趣。

裝置邊緣可當(dāng)作長凳

混凝土“碗”收集雨水，蒸發(fā)的雨水通過殼體上的小孔進(jìn)入土壤。外殼和混凝土碗通過這種方式成為一個(gè)自給自足的溫室。裝置的土壤里播種了60種不同植物的種子，它們發(fā)芽長大后，大部分都能吸引昆蟲。殼內(nèi)還有一個(gè)蜂窩，蜜蜂可以直接進(jìn)出。

項(xiàng)目是臨時(shí)的，為期三年。這三年里，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不會(huì)對聚碳酸酯外殼進(jìn)行任何維護(hù)或者干擾性的操作。人們也不能進(jìn)入這個(gè)微觀世界。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就是看殼內(nèi)部的植物和昆蟲等生物隨著時(shí)間推移會(huì)發(fā)生什么變化。

裝置內(nèi)有蜂窩，蜜蜂可以自由進(jìn)出

裝置雕塑般的有機(jī)形態(tài)是專門為這個(gè)地方設(shè)計(jì)的，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)手段模仿原始生物或細(xì)菌的簡單形態(tài)。這次設(shè)計(jì)殼體的有機(jī)形狀時(shí)，SHJWORKS還添加了陶瓷元素和一些直觀元素。首先在陶瓷上繪制草圖，這樣能產(chǎn)生更復(fù)雜的形狀，在此之上接著直接繪制結(jié)構(gòu)圖。然后在掃描陶瓷模型上選定的點(diǎn)，之后在電腦上用向量線重新建模。

設(shè)計(jì)仿生形態(tài)，旨在探索一種可能性，即人類是否能感受到與這種形態(tài)之間的相關(guān)性。如果可以感受到，那么就要看看是否有機(jī)形態(tài)可以作為人類和地點(diǎn)的媒介。在我們居住生活的地方，我們是否可以和物體或結(jié)構(gòu)之間建立起同理心，是否能對周圍的物體產(chǎn)生更強(qiáng)烈的關(guān)心？

06?T IJ觀鳥屋

RAU Architecten + RO&AD Architecten

從河灘對岸望向觀測站

2018年11月哈靈水道開閘，水閘的開放旨在提高水質(zhì)并增強(qiáng)生物多樣性，同時(shí)促使魚類從荷蘭的北海遷移至馬斯和萊茵河的三角洲地帶。該舉措將創(chuàng)建一個(gè)耐鹽及喜鹽的新環(huán)境，周邊自然保護(hù)區(qū)的生物多樣性也將逐漸增加，在未來幾年形成一個(gè)更加強(qiáng)健的生態(tài)系統(tǒng)。

為了鼓勵(lì)人們親自體驗(yàn)并探索這些變化，哈靈水道地區(qū)新建了一系列鳥類觀測站。

觀測臺融入保護(hù)區(qū)景觀當(dāng)中

T IJ是一個(gè)蛋形的鳥類觀測屋，位于哈靈水道附近的Scheelhoek自然保護(hù)區(qū)，屬于大規(guī)模景觀規(guī)劃的一部分，人們可以從停車場區(qū)域一路穿越Scheelhoek自然保護(hù)區(qū)，最終到達(dá)“鳥蛋”。游客們在行走的過程中可以看到崖沙燕的鳥類群落以及一些涉禽。

?為了避免對鳥類形成干擾，游覽路線的最后一段被設(shè)計(jì)為隧道的形式，由再利用的系船柱和曾用于制磚業(yè)的紅鐵木板建造而成。隧道的內(nèi)表面被沙子覆蓋，能夠?yàn)檠帔t或涉禽提供棲息環(huán)境，外表面則為崖沙燕提供了筑巢的凹洞。

游覽路線盡端的隧道隧道外表面給鳥類提供筑巢的凹洞

觀鳥屋是根據(jù)白嘴端鳳頭燕鷗的鳥蛋形狀而建造在沙巢上的，就像天然的鳥巢一樣。“鳥蛋”的溫床由垂直排列的栗木條、蘆葦以及小沙丘構(gòu)成，“鳥蛋”本身則通過參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了形狀、結(jié)構(gòu)完整性、木材尺寸以及開口尺寸之間的良好比例。

鳥蛋結(jié)構(gòu)示意

T IJ的木結(jié)構(gòu)由402個(gè)單元在現(xiàn)場組裝而成，并且可以完整地被拆解，這種可重復(fù)利用的模塊化屬性以及它所使用的環(huán)保材料使其幾乎具備了完全的循環(huán)性和可持續(xù)性。

在反映事物短暫性的同時(shí)，我們還必須意識到“鳥蛋”同樣也是一個(gè)暫時(shí)性的存在，并且將在未來的某一刻被拆解。到那個(gè)時(shí)候，它或許會(huì)被回收和重新利用，但不會(huì)對自然或人類產(chǎn)生有害的影響。以這種方式，‘T IJ創(chuàng)建了一個(gè)新的（生態(tài)）系統(tǒng)，使人與自然的關(guān)系能夠變得更加親近，從而成為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的創(chuàng)始人Claudia Pasquero和Marco Poletto近期與UCL建筑學(xué)院的城市形態(tài)實(shí)驗(yàn)室、因斯布魯克大學(xué)的人造景觀實(shí)驗(yàn)室以及南丹麥大學(xué)的CREATE Group / WASP Hub進(jìn)行合作，共同參與了巴黎蓬皮杜藝術(shù)中心舉辦的“La Fabrique du vivant”（有生命的織物）展，展覽旨在對生命體和人工生命進(jìn)行追溯。

XenoDerma

展覽中建筑師Claudia Pasquero和Marco Poletto領(lǐng)導(dǎo)的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)共同創(chuàng)作了名為“非-人類花園”的3D打印雕塑作品，探討了人類生命與非人類生命的關(guān)系。

這項(xiàng)作品分為兩部分，其一是由藍(lán)藻細(xì)菌群落構(gòu)成的“H.O.R.T.U.S. XL Astaxanthin.g”，其二是基于亞洲狼蛛的生活習(xí)性而構(gòu)建的“XenoDerma”。藝術(shù)家在研究內(nèi)共生生物模型時(shí)開發(fā)出了不同的基礎(chǔ)空間結(jié)構(gòu)，能夠?qū)λ鼈兊姆侨祟愋袨樾纬筛深A(yù)。

這兩件作品均可以看作是比例為1:1的生物建筑原型，或者說是一種可以適應(yīng)城市生活的“親生物建筑表皮”。

3D打印的六邊形圖塊構(gòu)成雕塑

H.O.R.T.U.S. XL Astaxanthin.g以珊瑚的形態(tài)為靈感，利用數(shù)字算法對生物基質(zhì)的生長進(jìn)行了模擬。該作品由3D打印機(jī)以400微米的圖層單位生產(chǎn)出來，并通過46毫米的三角形單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，形成一系列邊長為18.5厘米的六邊形圖塊。

養(yǎng)殖在生物像素上的藻類

光合藍(lán)藻細(xì)菌通過生物凝膠培養(yǎng)基接種在三角形的單元（或者說生物像素）上，共同構(gòu)成一個(gè)智能的生物系統(tǒng)。它們的代謝由光合作用驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)⒐庹辙D(zhuǎn)化為氧氣和生物質(zhì)能。每個(gè)生物像素的密度值均通過數(shù)字計(jì)算，為的是對光合生物進(jìn)行最優(yōu)化的排列，使其沿著構(gòu)造表面不斷生長。

XenoDerma將蜘蛛網(wǎng)的形態(tài)與人造的空間支架結(jié)合起來，通過算法和3D打印制作而成。蜘蛛的意志并不完全存在于身體內(nèi)：它們所編織的網(wǎng)絡(luò)本身就構(gòu)成了一種空間性的思維，并成為了其認(rèn)知系統(tǒng)的組成部分。

XenoDerma

在XenoDerma中，設(shè)計(jì)師通過3D打印的支架結(jié)構(gòu)和它所包含的幾何特征對蜘蛛的行為及其織網(wǎng)的技能進(jìn)行了重新設(shè)定，為作品賦予了一種帶有生產(chǎn)性質(zhì)的不確定性，使其在生物、技術(shù)和數(shù)字領(lǐng)域的交織中呈現(xiàn)出一種柔和而奇異的美感。