生态建筑的构件和结构功能动态仿生

建筑物和动物的区别之一，就是前者是固定的，而后者是可移动的，但正是这种移动性的思想促成了动态仿生功能的产生，而更多可移动构件的使用可增加对环境的可操控性。

尼古拉斯·格雷姆肖设计的滑铁卢国际火车站获得巨大成功，提升了设计师的建筑成就，使火车站顺应了时代的发展。该火车站是英吉利海峡到法国的中转站，每年客运量达1500万人次。格雷姆肖将五个运行高速欧洲之星火车的轨道置于同一个长长的曲拱之下，并重新布置了设于月台下的传统车站中央广场，将原来的一切紧凑地安排于较小的地块内。西侧的钢架突出屋顶光洁的曲面，上方架设鳞状搭接的玻璃板，每一块玻璃一边都通过可调节的支架悬挂在钢结构上，另一边自由移动，玻璃下边缘由一个可折叠的垫圈垂直封口，附加的风挡刮水器则形成水平封条，这一构件的视觉及工作原理与穿山甲及披甲蜥蜴等动物鳞片结构类似（见图6-22）。车站内由钢架和玻璃构成的可活动构件形成固定的风雨棚，热应力、风载、雪载等带来的移动出现一系列调节反应，灵活搭接的玻璃在三个向度上都能活动，虽然同生物的活动相比如此微小，实际效果却是显著的（见图6-23）。

图6-22　滑铁卢国际火车站外景［70］

图6-23　滑铁卢国际火车站内景［67］

在废弃黏土坑原址上建成的伊甸植物园。格雷姆肖采用轻型穹顶用以模仿放射虫的硅酸网眼状骨骼，这是一种排列得令人眼花缭乱的多面体结构，在无重力的水下环境中，精巧的结构足以保护生物内部的软体部分。设计师在植物园采用的外包穹顶面层由扁豆状的聚四氟乙烯气泡组成，该薄膜的重量仅为同等强度玻璃板的百分之一，植物园的穹顶重量因此变得极轻，甚至比其中的空气还要轻，有效地抵抗了重力作用，成为在陆地上真正能模拟放射虫硅酸网眼状骨骼的结构，并且该穹顶的薄膜吸收自然光的性能比玻璃强，非常利于内部植物的生长（见图6-24）。

图6-24　伊甸植物园俯视及内景［70］

费斯托公司的临时展厅是一栋充气建筑，设计所采用的受力方式使建筑不可避免地与自然形态非常相像。充气结构与动物局部形似，由20个充气房梁组成。这些房梁由Y字形独立式充气柱子支撑。充气悬浮壁呈受压状态以抵抗建筑自重，被称为“流体肌肉”的细长的充气制动器既垂直又以一定角度同柱子相交，产生反方向的张力保证结构的牢固（见图6-25）。(www.xing528.com)

图6-25　费斯托公司充气建筑［67］

朱丽亚·马克斯和大卫·巴费尔德设计的未来之桥长200m，不是一个有支架的传统拱桥，它像动物骨骼断面一样，是一个单纯的悬臂结构，由23个Y字形的脊骨单元构件组成，其中最大的约15m宽，其大小和高度都由该点的弯矩确定（见图6-26）。这些四面体的传动装置实际上是以某种鱼的脊椎为原型，它们承受建筑的压力荷载，而钢缆“腱”则承受相应的拉力。每一个脊骨都是一个铰接杠杆，顺次悬于上一个杠杆之下，这座桥就是这样一端牢固安置在岩石上，另一端自由伸展开未加固定，这座脊骨般的桥形成了可活动的人行通道。对于人的荷载、风压或热膨胀等，这一活动的桥都会进行相应的动态调节。

图6-26　马克斯·巴费尔德事务所设计的未来之桥［67］

诺曼·福斯特及其合伙人设计的英国伦敦瑞士再保险总部大楼，180m高的建筑呈雪茄状，外墙上的斜格矩阵使得建筑师得以插入螺旋上升的采光井，借助于建筑的气动外壳，采光井实现了自然通风作用（见图6-27）。这一通风设计被理解成在模仿海绵纲海生动物的消化方式（包括进食和排泄）。海绵纲动物是通过基膜从水里吸入养分并通过上面的气孔或其他排水孔排泄（见图6-28）。

图6-27　瑞士再保险总部大楼剖面、外观及节点［67］

图6-28　海绵纲动物［67］