给建筑于生命（仿生建筑）

在北美洲的落矶山脉，一群海狸正在工作。海狸被称为自然界的建筑大师，它们用牙齿砍伐树木，衔来树枝建筑小屋。就像最专业的建筑师一样，它们专心致志，一丝不苟。每只海狸都在主动做自己该做的事情，虽然没人指示它们应该怎么做，但是，一切井然有序。而在北京夏日的树阴下，一群蜜蜂也在建造自己的家园，它们忙忙碌碌，不知疲倦。这些生物肯定没有想到，在营造自己家园的同时，它们的自身也成为人类建筑模仿的对象。


　　采访：（董聪） 建筑和生物之间实际上有很多相像的地方，比如说建筑生物通常情况下都有左右对称性，建筑生物还有一个相像性就是建筑通常有一个正面一个反面，正面引导观众进入，背面可以处理一些垃圾废物之类的，这就像动物。


　　如果我们细心观察就会发现，很多动物的巢穴本身就是经典的建筑，蜂窝就是其中杰出的代表作品。早在十八世纪初，法国学者马拉尔琪就曾经对蜂窝进行过仔细的观察测量，发现每只蜜蜂的居住空间都是相同的六角柱状体，其底部三个菱形面的锐角和钝角分别是70度32分和109度28分。


　　这是养殖蜜蜂的蜂箱里面的蜂窝，它的结构就是标准的六角柱状体，大家看，一个一个的都很标准。说起这个六角柱状体学问可大了，在一千六百年前，有位叫巴普的数学家就发现，蜂窝的这种结构是一种最经济的形体。也就是说，在条件相同的情况下，这种六角柱状体可用最少的材料建造出最大的使用面积。


　　接下去发生了一件有趣的事：一位数学家精确计算出了最经济形体的角度数据，这个数据与之前马拉尔其测算出的蜂窝角度只差2分，但同时也推翻了蜂窝的结构就是最经济形体的论断。不过很多人认为，对于蜜蜂这么小的建筑师来说，这么小的误差已经算不得什么。谁知过了几年，又有科学家对此提出异议，认为蜜蜂不会有误差，蜂窝的结构就是最经济形体。双方为这二分的差距争论不休。如果不是后来发生的一件事，蜜蜂的“冤案”还无法“昭雪”。


　　一艘英国军舰在不应该的情况下沉没，调查随即展开。最后发现是设计时计算有误，问题就出在使用了印刷有误的对数表。那位数学家听后大吃一惊，他发现自己计算时所使用的也是这种错误的对数表，于是用正确的对数表重新计算，结果发现蜜蜂没有错误，它建造的房子就是所谓的最经济形体。


　　在建房时，蜜蜂使用自己的触角作为计量器具，用两颚作为剪刀。虽然没有精密的仪器，不用对数表，却能完成非常精致的建筑。成千上万间蜂房紧密排列，不但形状、角度都一样，连体积也完全相同。不过，最让人类惊讶的还是它用最少的建筑材料建造出了最大的使用空间。


　　蜂窝的结构早已被仿制出来，广泛应用在飞机和火箭上。同时由于用材的经济性，类似的设计还被应用于城市建筑，成为建筑仿生的一个重要案例。


　　采访：（董聪）（仿生建筑）目前没有定义，不过业界基本上采用两种定义。一种是模仿生物某些形态和功能的建筑，称为仿生建筑。另外一种比较狭隘，模仿生物的某些结构形态、结构和功能的建筑称为仿生建筑。


　　事实上，在建筑仿生这个概念出现之前，甚至在远古时代，人类在无意识的状态下向大自然学习的影子就已经出现。举一个简单的例子，当我们想要跨越河流甚至海峡的时候，各式各样的桥梁出现在我们面前，为我们提供方便。伴随着科技的发展，桥的形式也日新月异，拱桥、斜拉桥、悬索桥。但是，世界上第一座桥梁是怎么诞生的？也许独木桥就是桥梁最初的形态。


　　采访：（陈志华） 古代想过河怎么过呢？有一个树倒在河上，过去了，发展到独木桥，发展到拱，发展到拉索桥，斜拉桥等等，这样一个简单的从自然提取形式发展过来的，这离不开自然模仿的存在。


　　没有第一根意外倒在河流上的木头也许就没有现在随处可见的桥梁。但是，自然给予人类的灵感远远不止于桥梁。法国卢浮宫，人类艺术的宝藏，栖息着包括达·芬奇的名画《蒙娜丽莎》在内的众多艺术精品。同时，这座以拱形结构为主的建筑本身也是精美绝伦的艺术品，被无数后世建筑学家所敬仰。奇妙的是，后来的建筑仿生学却在这种拱形结构和恐龙之间找到了奇妙的联系。


　　采访：（董聪）脊椎动物都有一个比较合理的骨架结构，因为重量比较大的，像我们所说的恐龙有庞大的身躯，四到八米高，二三十吨重，要承担这样的身躯的话，一定要有一个比较合理的骨架系统。


　　曾生活在中生代的巨大爬行动物恐龙，拥有数十米的身体长度的和巨大的体重。这样一个庞然大物要走动觅食，生存下去，四肢必须承受相当大的负荷。如果恐龙不具备合理的力学结构，偌大的身躯肯定会被压塌。建筑学家发现，恐龙巨大的身躯和头尾的重力中心最后都落在腰部，身体的重量通过身体重心传递到粗壮的四肢上，整个身体的上部犹如一座拱桥。从力学角度来看，它的确是一种承受巨大负荷的理想结构造型