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1、自然仿生法与建筑概念设计的融合探究 概念设计于20世纪60年代起源于意大利，又称观念设计。经过近半个世纪的发展，概念设计的理论得到了极大丰富，目前概念设计在机械、电子、艺术、商业、军事、土木工程等领域均有一定的应用。在土木建筑领域，概念设计是拿到设计任务后的最初设计阶段，也是整个工程设计最重要和最困难的部分，是工程设计的灵魂和核心。做好概念设计，不仅有助于在后续的设计中全局把握整个设计工程，解决当下设计人员只注重于自己的设计部分，缺乏对项目整体把握的问题，而且能够优化设计方案，高效地利用财力、物力，避免浪费。概念设计能够帮助设计师进行方案的创新设计，同时概念设计也体现了设计者对总体目标的洞察力
2、，对设计任务的驾驭能力以及工程思维和综合处理能力。自然仿生法是概念设计的一种重要方法，将其引入建筑概念设计具有极其重要的意义。 1 概念设计由于概念设计是一个新兴的设计概念，而且在多种领域均有应用，不仅如此，即使在同一领域的不同方面的应用也各有侧重，所以关于概念设计的定义不胜枚举。但是概念设计的提出者Pahl和Beitz,在Engineering Design一书中的定义被广泛引用。其定义为在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理和组合，确定基本求解途径，得出求解方案。1.1 概念设计的内涵概念设计是一个复杂而困难的事情，在做概念设计时，不仅需要熟悉相关政策法规，更需要扎实
3、的知识积累和丰富的实践经验。概念设计包括概念生成;和概念选择;两个阶段，概念生成是根据需求和约束条件，运用语言文字、图像视频等手段表达概念设计构思的过程，概念选择的核心是对设计方案多方位比选。概念设计具有创新性、多样性、层次性、约束性、残缺性和复杂性，创新是概念设计最核心的部分。创新可分为原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，原始创新是较高层次的创新，引进消化吸收再创新是大多数创新的一般途径。一个好的创新设计能够提高设计方案的竞争力，让作品在众多方案中脱颖而出，这对竞标相当重要。1.2 概念设计的一般方法演绎法：演绎法是从一般性的前提出发，通过推导即演绎;,得出具体陈述或个别结论的过程。在使
4、用演绎法时先分析设计对象的一般特征和要求，结合特定条件对方案进行不断地修正，最后得到设计方案。演绎法是一种比较成熟的概念设计方法，有利于产生方案的多样性，但不易得到创新性较强的方案。头脑风暴法：头脑风暴法是奥斯本创造的一种方法，有利于充分发挥群体协作的优越性。头脑风暴法需要团队集合到一起，通过像圆桌会议的形式进行设计方案的讨论，在此过程中，需要坚持保留判断和数量积累的两个原则，以期获得更多可比的优秀idea,也不遗漏有潜力的方案。交叉移植法：交叉移植不仅是把不同学科、不同原理交叉，也要善于把不同方案交叉组合，不同方案取长补短，能够加快问题的解决速度和做出优质方案。以上三种方法是能够应用于所有概
5、念设计的一般性方法，对概念设计的操作过程具有很好的指导效果，但并不能拿来做具体的概念设计，现就概念设计在建筑设计过程中的应用提出一个很实用的方法-自然仿生法，而自然仿生法的使用则需要以上三种方法作为支撑。自然仿生法具体可分为自然功法和自然形生法。2 自然仿生法2.1 自然功法从某种角度讲，自然界的各种现象的出现是无序的，但又存在某种普遍规律，这些规律由相应的原理控制。自然功法就是一种通过对生物某种功能的研究，依据其功能原理，结合人的技术改造，创造出具有与其相似功能的产品的方法。自然功法在建筑上的应用虽然目前较少，但随着人们对建筑物的要求不仅仅是满足于安全性和功能性，而越来越注重建筑物的舒适性的
6、时候，自然功法便是解决这个问题的一个有效途径。在建筑设计的概念设计阶段，自然功法在拿到设计任务后就应该开始准备了，自然功法的设计过程可分为四个阶段，分别为学习招标文件和其他资料阶段、搜集具有与建筑所需相似功能的相关生物资料阶段、分析资料并做出设计阶段、方案比选阶段。前三阶段是概念生成阶段，后一阶段是概念选择阶段。第一阶段，学习招标文件和其他资料阶段。学习招标文件和所能搜集到的一切与项目相关的信息，了解甲方对该工程建设目的、期望和接受范围。该阶段是承接一项设计任务首先要做的事，也是引领整个设计过程的阶段，必须认真踏实，尽量减少认识上的错误和偏差。第二阶段，搜集具有与建筑所需相似功能的相关生物资料
7、阶段，简单的说就是通过抽象化，拟定功能结构部分。搜集资料前必须做建设工程的需求分析，特别是未来的使用者对建筑的使用体验需求分析。接下来根据分析资料，确定搜集生物资料的范围。所搜集的资料必须有效，即每项生物资料必须有项目不同的功能需求说明、相关生物资料的具体内容和原理分析、技术支持三大部分。第三阶段，分析资料并做出设计阶段。该阶段需要分析生物特定功能所具备的原理在建筑中应用的效果和可行性，在分析资料的基础上利用相关原理，结合人为技术改造，进行方案的概念设计，在此处可考虑采用交叉移植法进行组织设计。第四阶段，方案比选阶段。方案比选包括需求比选和性价比比选，需求比选是要比较不同方案能够达到业主需求的
8、程度及其附加，性价比比选即安全、适用、经济、美观、环保和耐久方面的比较。以上每阶段不是相互独立的，应该是一个循环系统，哪一步发现问题，都要及时返回上一步进行方案修正。2.2 自然形生法自然形生法可分为形态仿生和超形态仿生，此处的生;表示产生、创造出;之意。自然形生法不同于自然功法，区别有两点：其一，自然功法仿;的对象是自然界的一切生物，后者则是针对自然界的一切可能的生物体和非生物体；其二，前者只是功能仿生，对产品的结构和形态等无要求，更多时候是非常不同的，而自然形生法主要是形态上的仿;.但两者又有共同点，比如两种方法都是对自然界已存在的事物进行仿制;,都需要进行人工技术改造。现就形态仿生和超形
9、态仿生法做进一步的说明。2.2.1 形态仿生法。形态仿生就是尽可能地保留所仿事物的形态信息，以期达到与其相似的功能特性、美学特性以及自然和谐性。如仿鱼鳍的船桨、仿鸟类的飞机都可作为形态仿生设计的范例，它们因为具有某种形态才具备了一定的功能特性，这就是形态仿生法的实质。以国家游泳中心为例，水立方;的概念灵感来源于一个方盒子，装了很多水泡泡;的形象。一个英文词Water Cube（水立方）既表达了方形，又与水有关。该方案新颖独特的概念设计推出之后，立即引起了人们的注意。水立方;整体建筑由3000多个气枕组成，气枕大小不一、形状各异，覆盖面积达到10万平方米，堪称世界之最。成功的概念设计不仅使该方案
10、能够在众多设计方案中脱颖而出，而且毫无悬念的成为了北京奥运会标志建筑物之一。国际奥委会主席罗格评价：水立方的赛后运营是国际奥林匹克史当中场馆赛后利用的一个典范。;水立方的结构设计基于气泡理论;,爱尔兰教授Weaire和Phelan给出的多面体中十二面体单元和十四面体单元体积相等，但建筑结构并没有这种要求，而是追求结构简单化，故经过优化，选用的是四面体的两个六边形长边的四个顶点相连，构成一个正方形。上述设计很好地说明了怎么用形态仿生法去做概念设计，形态仿生法和其他两个方法一样，都只是提供一种设计思路，至于具体的建筑结构设计仍然必须以结构、材料等方面的基本理论进行设计。2.2.2 超形态仿生法。所
11、谓超形态仿生，就是参考事物的形体特征，加上人的艺术加工，设计出的极具美学价值的仿生产品。超形态仿生与形态仿生的不同之处就是超形态仿生更加强调对事物的艺术加工后产生的美学效果，没有尽可能地保留所仿事物的形态信息的要求。以印象海南岛剧场为例：海胆：（1）海胆是海洋中一种古老的生物，已经繁衍了近亿年的时间，它见证了海洋的历史；（2）海胆的圆形轮廓与本工程圆形看台的结构相适应；（3）海胆球状的壳体正符合圆形剧场所需的穹顶结构。由于海胆是造型非常简单的球体，为了体现出海胆的优美造型，设计中通过前拱与后拱之间的弦桁架杆张成三次双曲抛物面，在外形上进行了较大的艺术加工，最终达到了很好的美学效果。超形态仿生可
12、以推广到微观与宏观方面的表达，即把微观世界的物质形态进行人的艺术加工后，在宏观世界表达出来，或者在数量级上远比人类大的事物，在人类使用范围内表达出来，以获得一种奇特的审美感受。当然，自然界也一直在做着这种事情，比如一个生物细胞和一个大生物体或一个生态系统的相似性、一片树叶的脉络和整棵树杆的相似呈现、一个原子系统和一个星系的相似等。3 结语概念设计是在新时代下应运而生的一种设计方法，特别是近年以来，随着人们生活水平的提高，人们对产品的体验要求越来越高，传统的以结构为纲的设计思路已经越来越不适应社会的发展了，因此把基于自然仿生法的概念设计引入建筑设计很有发展前景。参考文献1 彭圣芳。概念设计探议J.美与时代，2005,（12）。2 朱慈勉，尹小明。概念设计的意义和应用分析J.建筑技术，2005,（8）。3 项海帆。桥梁概念设计M.北京：人民交通出版社，2010.4 郑方，张欣。水立方-国家游泳中心J.建筑学报，2008,（6）。5 傅学怡，顾磊，杨先桥，余卫江，陈贤川。国家游泳中心结构设计与研究J.空间结构，2005,11（3）。6 肖自强，马升东，李亮。印象海南岛剧场大跨度钢结构仿生综述A.2008全国钢结构学术年会论文集C.2008.
