【摘要】社会和科技的发展正在改变我们的未来。建筑技术未来发展趋势是多学科、多技术相互渗透，多个系统相互交叉融合。虚拟现实、人工智能、生物电子工程、仿生学、生态学等新技术，使建筑有新的功能。
在这些技术研究中，仿生学告诉我们如何从自然界中学习许多东西。它常常是特别有效率的控制系统，主旨是能源和材料的守恒。本文讨论运用仿生学模拟自然界的研究方法对建筑技术设计的影响，以及仿生学在建筑技术中的应用实践。
【关键词】仿生学建筑技术智能化应用
1建筑仿生学
1.1建筑仿生学的定义
仿生学可以这样定义：研究生物系统的结构、性质、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想，工作原理和系统构成的技术科学。简言之，仿生学就是模仿生物的科学。
建筑仿生学，顾名思义，它与生态理念有着紧密的联系。它是仿生学的一个分支，它从仿生学的角度出发来研究建筑，模拟其活动、感知、调整、控制过程然后开发相应的建筑技术，从而致力于解决建筑和城市规划方面的某些问题，协调建筑和环境的关系，创造出与自然融为一体的生态建筑，以保持生态平衡。
1.2建筑仿生设计理念
在建筑设计中整体的仿生设计理念具备2个特点：（1）一个建筑系统只是生态系统中物质和能量流动的中间环节，是一个相对短暂的阶段；（2）建筑物作为一个独立的开放系统，自身和周围的生态系统建立了物质和能量输入、输出的交流路径，正是在此路径上的交流转换对生态环境造成了不同的影响。
2仿生学对建筑设计的影响
2.1仿生学与智能建筑技术
建筑技术的智能化设计过程中，当我们描述建筑外观或运行方式时，常常使用生物学类比或暗喻。例如，有时把加热制冷系统的泵和管路称为“心脏、动脉和静脉”；机械通风是“肺”；建筑外表面是“皮肤”；而建筑管理系统（BMS）是“大脑”等。这些仅仅是表达一种概念，可能是对概念粗略的简化。
然而，一些智能建筑系统是敏感而具有自学性的，展示出一定程度的仿生学系统特征。例如，BMS系统中关于锅炉和冷却器的优化启动算法，所依据的是气候传感器和系统热惯性特征的运行经验，其目的在于节能。它的起源也许是受到仿生学的启发，至少它的运作与生物的学习过程相似。此外在处理困难问题的过程中，建筑技术人员常常从大自然中寻求思路。
2.2仿生学给予建筑技术的启示
德国著名仿生学家Werner Nachtigall在其著作“Pattern of Nature”中提出了“适合功能之造型的仿生学设计原则”，其中包括：整体化而不是附加构造，整体的最优化而不是零件的最大化，多功能而不是单一功能，对环境的微调，节能，直接和间接的太阳能利用，整体的循环代替不必要的垃圾堆积，网络化关联而不是线状联系等。
仿生学的设计原则给予建筑技术一些有益的启示：
（1）适应性——应用于建筑智能化技术是指使建筑与周围环境进行物质与能量循环，建筑可对周围刺激做出反应，例如温度调节等，能协调多变的环境；在合适的地点产生有效的热量和能源。
（2）多功能性——以建筑物的表皮为例，在仿生学研究中，建筑不仅仅是静止的“保温箱”，除了被动的保温，以防止热量散失，它还应主动地利用太阳能。仿生学的多功能原则为满足这些多重需要提供了思路。
（3）局部控制的重要性——自然界系统的控制常常是局部水平上的，传感器和执行器紧密联系，整个控制过程是生物群落的自然发生属性。在自然系统中，局部的不可复制的影响具有重要性；因此需要良好的反馈控制，或许这样的系统更抗损坏、更廉价、更快速。
3仿生学在建筑技术中的应用
3.1可控式遮阳技术
建筑的环境、功能和使用者在居住期间发生变化，建筑应能尽可能长时间地使用它本身的资源以达到可持续发展。在建筑随时间变化的适应性方面，仿生学能提供一些帮助，以下以建筑外表面的可控遮阳技术为例阐述。
可控式遮阳如今应用广泛，这种遮阳方式往往和建筑外立面设计相结合，成为建筑智能化技术系统不可或缺的一部分。伦敦的森林场有一个有ARUP联合公司设计的办公建筑，其外表面遮阳设计中运用了仿生学原理，对环境的变化进行回应。建筑外表面的内层有50%的隔热墙，其余是高性能光洁的双面釉。为遮挡不需要的阳光和防止风雨，玻璃窗之外和空腔内安装了可控遮阳百叶。这些百叶当太阳直射外表面时放低，由本地控制回路的光电传感器触发，整个建筑外表面大约有100个传感器。这是直接模仿人的皮肤遇到局部刺激时的反应行为模式，如同抹防晒霜防止太阳辐射一样，给皮肤增加保护层。
3.2仿生学建筑结构技术
仿生学为建筑结构和机制可控性提供可能，建筑结构可以基于仿生学研究，从静止转为动态，因此形成了可主动控制、柔性适应的智能建筑结构。智能建筑结构技术是将具有仿生命功能的感知材料（传感器）、驱动材料（作动器）、修复材料（修复器）融合于基体材料（如钢筋混凝土）中，使制成的建筑构件（结构）具有人们期望的智能功能。这种结构应具有神经和触觉能感知结构整体形变与动态响应、局部的应力应变和受损情况；应具有肌肉和骨骼能自动改变或调节结构的形状、位置、强度、刚度、阻尼或振动频率；应具有大脑和思想，能实时监测结构健康状态，处理突发事故，并自动调节和控制，使系统始终处于最佳工作状态；还应具有生存和康复能力，在危险发生时能自我保护，从而赋予建筑结构自诊断、自控制、自修复、自适应等生命特征以保证安全、减轻质量、降低能耗、提高性能。
仿生学为建筑结构带来智能性和技术美，突破了传统意义上结构坚固、不可移动性。圣地亚哥·卡拉特拉瓦的建筑正是运用用仿生学，将自然界的有机生物体成为他的创作源泉。其作品通过部分结构构件的可活动性，达到建筑形态的动态效果，发掘建筑潜在的机械潜质。
密尔沃基美术馆最具标志性的是两个伸向天际的翅膀，由72根钢羽毛组成，它们其实也是户外的百叶构件。随着一天时间的流转，翅膀也会每天三次跟着阳光调整自己的角度。卡拉特拉瓦运用仿生运动学来探索建筑结构的美，通过结构中可移动伸展、上升或旋转、传导的构件来满足功能需求的同时，含蓄地体现美源于自然，源于运动。
4结语
仿生学处在多个不同学科的交汇处，要求生物学专家与技术专家之间相互理解、沟通，从而提出问题并带来解决的机会。利用仿生学研究进展促进建筑技术的发展，是一种独特的思考方式，是建筑工业的极佳机遇。
建筑仿生学用生物系统的观点把建筑视为一个有生命的机体，通过综合考虑影响建筑设计的各种因素，使其各部分的组合如同生物体一样成为一个有机整体，使建筑与环境的关系如同生物体与环境的关系一样互相适应，彼此共生，使建筑主动符合自然法则，促进建筑技术尤其是智能化建筑技术的快速发展。
【参考文献】
[1] 温媛媛.建筑节能中的仿生学研究[J].建筑节能.2009，（10）：57-60.
[2] 戴瑞克·克莱门-克劳姆.智能建筑设计、管理和运行[M].中国城市出版社.2006.
[3] 路甬祥.仿生学的意义与发展[J].科学中国人.2004，（4）：22-23.
[4] 李保峰.仿生学的启示[J].建筑学报.2002，（9）：24-26.
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