仿生学在现代建筑学的应用
仿生学建筑
仿生建筑不仅能让人类回归自然,享受舒适生活,还能够避免不必要的浪费,将是21世纪和以后更长一段时间内的发展主流。

仿生建筑会促进建筑多元化和人类总体文明的发展,是解决世界能源危机的最佳途径之一。

本文对建筑仿生学在世界范围内的应用进行了探讨。

(一)龟壳和薄壳建筑
乌龟是人们常见的动物，属爬行类。

它的样子很笨，行动极其缓慢，似乎没有什么值得研究和模仿的了，事实不然。

乌龟在地球上出现的时间比鸟类和兽类都早得多，乌龟的生命力很强。

它有一付特殊的"铁甲"，当遇到危险时，可以把头和四肢纳入"铁甲"内。

"铁甲"的结构特殊，十分坚硬。

龟壳分背甲和胺甲两部分。

背甲呈拱形，由角板和骨板组成。

角板的主要成分为角质，排列整齐，共有三行大的六角形角板，还有排列在边缘的一些小角板。

骨板位于角板的下面，是由一部分椎骨、肋骨和真皮愈合而成。

主要成分为钙质。

甲板的连接缝和骨板的连接缝交错排列，互相咬合得很紧。

腹甲也由角板和骨板组成，但结构比较简单一些。

龟壳虽然只有2毫米的厚度，可是一个成年人站在上面也压不碎，即使用铁锤猛敲，也不容易把它砸碎。

龟壳不仅薄而牢，它的跨度又很大，包含许多合理的力学原理，是设计薄壳结构建筑物的好样板。

这类建筑物有许多优点:所用材料少，比较节约;跨度大，中间无柱子遮挡人的视线;坚固，适用等。

在我国建筑工程中已设计了各种类型的薄壳建筑物，如剧院、车站、会堂…，著名的如北京火车站，上海工业展览馆等。

悉尼歌剧院--仿生学建筑的杰作
(二)蜂巢式建筑
马克思曾说过:"蜜蜂建筑蜂房的本领使人间的许多建筑师感到惭愧…。

"蜜蜂栖息繁殖的场所叫做蜂巢，蜂巢是由许多六角形的小巢构成，这种小巢就是蜂房。

小巢排列非常整齐，有人曾进行过仔细的测量，发现这种六角形的巢，每个角都是规则的锐角，体积几乎都是0.25立方厘米。

按照工程建筑原理来看，蜂巢的设计非常合理，如占面积最小，结构精巧、牢固，所用材料最经济等。

这是蜜蜂在自然条件长期影响下，逐渐形成的筑巢的特殊本领。

蜂巢的结构很早就引起人们的注意并加以研究。

已模仿它建成各种精巧牢固的设备或建筑物。

目前还被广泛用于飞机、火箭等有关的设计上去。

蜂巢式建筑
三蛋壳和防震屏
地层是地壳活动时常出现的现象，一场大地震不仅使地壳变形，还能使许多大的建筑物倒塌，遇到这种情况，人的生命安全常会受到很大的威胁。

因此在多震的地区工程师在设计房屋时，必须考虑房屋因地震倒塌而伤人的问题。

在生物界值得工程师模仿的防震房种类很多，其中最引人注意的就是鸡蛋这一类的卵。

鸡蛋呈椭圆形，外面有一层薄薄的含钙质的蛋壳，在蛋壳里面还有一层带有弹性的壳膜。

这两种结构相互作用，形成了一种拱形预应力的结构。

所以蛋壳鸡蛋的纵剖面虽然薄，却有相当的负荷能力，用力压挤也不轻易破碎。

在蛋壳里的蛋黄，由于两端有系带和壳膜相连，不管鸡蛋如何转动，它始终保持一定的位置不变。

最近有人模仿鸡蛋设计了一种特殊的防震房屋，它的外壳用钢铁造成，相当于蛋白那一层;用耐高温玻璃、石棉等制造。

人则位于相当蛋黄的部分。

这种房屋能抗强烈的地震，如果被震翻了也能自动复原。

屋内贮有氧气、水和食物，在与外界完全隔绝的情况下，七个人也能在里面生活一个星期。

还有人按鸡蛋的形状，建造了"气泡屋"作为校舍用，防止地震爆发。

鸡蛋式房屋
世界七大奇特建筑之鸡蛋卡在石缝里
(四)鳃和水下建筑
水是一种液体，氧溶解在水里而且含量比较低。

人类为了开发水下资源，对鱼类的呼吸器官--鳃的结构和机能做了详细研究。

鳃图38)的形态虽各有不同，一般都由鳃瓣构成，鳃瓣又由许多鳃丝组成。

鳃丝壁很薄，和水直接接触，里面含有丰富的毛细血管，可以把溶解在水里的氧吸进体内，同时排出二氧化碳，供鱼体维持基本的生理活动。

已有人模仿鱼鳃，用硅橡胶制成厚l.27微米的薄膜，把这种薄膜两层迭在一起，它能让溶解于水中的氧气通过，而不让任何液体透过，同时又能把二氧化碳排出。

用这种薄膜-做成容器的壁，。

把一只老鼠放在这个容器里，然后将其浸入水中，结果老鼠仍能在其中正常生活。

在这个容器里生活的老鼠吸取的氧气是通过膜从水里吸收来的，而呼出来的二氧化碳也是通过膜排进水里的。

模仿鱼鳃，人们即将设计出一种水下建筑物，它的窗户不是用玻璃做的，而是用硅橡胶这类材料制成的。

这样就解决了人们由于不能直接利用水里的氧而难题。

五叶脉板和叶桥
在绿色植物中，大都生有茂盛的绿叶。

叶的功用多得很，这里只谈叶子的构造。

多数叶片很薄，有的面积比较大，可长到象蒲扇那样大。

叶片在狂风暴雨的侵袭下，不易折断，也不易破碎。

原来这和叶的结构有关。

不论哪种核物，薄薄的叶上都分布着许多叶脉，主叶脉上又分出许多小叶脉，形成了一个网状结构有人模仿叶子的结构，精确地按照叶脉构配置方法为一座大厅建造了一块厚只3厘米，跨度达100米的钢筋混凝土楼板。

高粱叶、玉米叶和水稻叶等都是长形的，它们的长度常常是宽度的几倍，甚至几十倍。

如果把它们圈成筒形，能使其强度大大增加，抵抗得住很强的外力作用，不容易折断。

现在建筑的各种横跨江河的大型桥梁，不论怎样改进，都需要有桥墩支持。

象南京长江大桥正桥桥身长1577米，在江中需要九个桥墩来支持。

这不仅造价高，施工困难，还对江上的船只航行有妨碍。

如果模仿筒形的叶片设计桥梁，既轻巧，又牢固，造型新颖。

目前，有的国家已设计出跨度1200米长的筒形叶桥，横跨海峡，中间一个桥墩也没有。

仿生学-展望
中科院院长路甬祥院士在作香山科学会议220次会议的主题评述报告时说:"经过数十亿年的进化和自然选择，自然界的生物为人类的创新提供了天然的宝库～"随着科技发展，仿生学将显现出它强大的生命力，并在人类进步中扮演越来越重要的角色。

学习生物之长将是人类永久的课题。