浅论园林设计中的仿生设计

来源：SCI期刊网分类：农业论文时间：2022-03-18 09:27 热度：

摘要：摘要分析园林设计中的仿生设计现象，探讨其本原，提出园林设计应源于自然。关键词园林设计 ; 仿生设计 ; 本原师法自然一直是中国古典园林创作的思维方式。中国古代造园以自然山

　　摘要分析园林设计中的仿生设计现象，探讨其本原，提出园林设计应源于自然。

　　关键词园林设计 ; 仿生设计 ; 本原

浅论园林设计中的仿生设计

　　“师法自然” 一直是中国古典园林创作的思维方式。中国古代造园以自然山水为创作的摹本，造园者通过对自然的感受，取自然美之精华于园林中，成就了无数美景名园。因此，深入大自然，观察大自然，熟悉大自然，是园林创作设计的基本源泉，当今科学技术的发展更证明了这一点。经研究发现，由选择进化磨合积累的功能，最符合大自然的和谐原则与优化原则[1]。人们向大自然学习，由此诞生了仿生设计学，园林设计师们从仿生设计学中汲取灵感，充实和丰富着园林设计的设计语言。

　　1 仿生设计学

　　自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明乃至人类获得生存方式的源泉，生物所具有的功能迄今为止比任何人工制造的机械都要优越得多。仿生学正是通过科学技术手段实现，并有效地应用生物系统的某些特征。仿生设计学则是在仿生学基础上发展而来的，它通过研究自然界生物系统的优异功能、形态、色彩、声音等特征，有选择的在设计过程中应用这些特征原理。

　　2 园林设计中仿生设计现象的简要分析

　　自然界中无数的有机生命，在其进化过程中逐渐形成了符合形式美法则的结构、形态、色彩与图案，在它们生长与活动过程中的某些瞬间呈现出了令人叹为观止的优美造型，对这些进行研究，并将成果运用于园林设计创作而成的作品，满足人类向往自然的渴望和对美的追求; 并且，来源于自然的设计具有真实的亲和力，能够满足现代人追求轻松、幽默、愉悦的心理与精神需求; 另外，来源于自然的设计充满着生命的活力，能够激发人们积极向上的生活态度，唤起人们热爱生活、珍惜生命的情感。

　　人们通常从以下几个方面来探讨仿生设计学的运用： (1)按生物所属种类划分，有 5 种仿生方法：动物仿生、植物仿生、昆虫仿生、人类仿生和微生物仿生。 (2)按生物系统特征划分，有 3 种仿生方法，它们是形态仿生、装饰仿生和结构仿生。 (3) 按模仿的逼真程度可分为具象仿生和抽象仿生。 (4)按模仿的完整性可分为整体和局部仿生。 (5)按模仿生物的态势可划分为动态仿生和静态仿生[2]。归纳园林设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面：

　　2. 1 形态仿生

　　形态从其再现事物的逼真程度和特征来看，可分为具象形态和抽象形态。

　　2. 1. 1 具象形态的仿生

　　具象形态是透过眼睛构造以生理的自然反应，诚实地把外界之形映入眼睛膜刺激神经后感觉到存在的形态。由于具象形态具有很好的情趣性、可爱性、有机性、亲和性、自然性，比较逼真的再现事物的形态因此人们普遍乐于接受[3]。园林设计中的具象形态仿生历史最悠久也最常见，它用一种直白的方式蕴含自然哲理，表达出对自然的向往。苏州狮子林的假山，就是借助仿生的形态模拟与佛教故事有关的人体、狮形、兽像等，喻佛理于其中，以达到渲染佛教气氛之目的。中国古典园林建筑的装饰及造型要素，如莲花柱础、卷草、悬鱼等生物形态，也体现了质朴的仿生理念。西方古典建筑中也大量使用仿生形态作为拟化的对象。爱奥尼柱头用向下涡卷装饰摹仿女性优美的身体曲线; 科林斯柱头用毛茛叶作装饰，形似盛满花草的花篮(图 1)[4] ;巴洛可与洛可可风格的园林建筑中，仿生纹样更是到了无以复加的程度。但总的说来，具象形态仿生停留在模仿生物表层，思想性和艺术性的含量相对不高。

　　2. 1. 2 抽象形态仿生

　　抽象形态是用简单的形体反映事物独特的本质特征。此形态作用于人时，会产生 “心理” 形态，这种 “心理” 形态必需生活经验的积累，经过联想和想象把形态浮现在脑海中[5]。因此，它充分释放了人的无限想象力，因不同年龄层次、不同性别的人，生活背景、生活经验不同，脑海中所产生的 “形” 也不尽相同，产生形态生命活力的感受自然丰富多彩。抽象形态仿生集中于提炼对象的内在本质属性，是一种特殊的心理加工活动，属于高层次思维创造活动，它侧重揭示物体的理念内涵。 “加州剧本” 是野口勇在加州设计的一个位于高大玻璃办公塔楼底部的庭院，平坦的近方形的基地上，布置了一个名为 “利马豆的精神” 的雕塑和一个名为 “能量喷泉” 的圆锥形喷水，象征公司创始人的奋斗精神，一个覆盖着沙子、砾石和仙人掌植物的隆起的 “沙漠地”，松树环绕的 “森林道”，一条在铺装地面时隐时现的小溪和作为水的源头和结束的三角锥和三角墙的雕塑[5]，整个设计充满了隐喻的色彩(图 2)[6]。

　　2. 2 材料仿生

　　材料的仿生，就是对生物组成、形态、结构的研究和分析，研制出具有相当功能并卓有成效的人工材料。仿生材料主要有以下几种类型：

　　2. 2. 1 功能仿生材料

　　功能仿生材料的目的是使人造的材料具有或能够部分实现高级动物丰富的功能，如思维、感知等，也就是说能够研制出智能化材料。例如，人们从生物体系统中得到启示，希望在混凝土结构中得到与生物体中相类似的修复再生机能，当混凝土出现裂缝或损伤时，能够触发一种自动的修复反应，自动愈合，现已开发出集中裂缝仿生自修复技术，这种技术用于园林建筑工程，使建筑工程质量得到很大的提高。

　　2. 2. 2 结构仿生材料

　　结构仿生材料是通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或其中一部分的材料，通过结构相似实现功能相近。人们从蜂巢上获得启示，为了减轻钢筋砼的自重，创造发明了蜂窝泡沫砖，如加气砖，还有泡沫塑料、泡沫橡胶、泡沫玻璃等等，这些内有气泡的蜂窝状材料，既隔热又保温，结构轻巧美观，在园林建筑的设计中已得到广泛的应用 (图 3)[7]。还有的科学家设想，通过生物工程研究，把大海里的珊瑚虫繁衍成的礁岛，改造成一种能按人的要求而生成的高楼、大坝、码头等建筑物，或在陆地先造出房屋的金属网状结构，然后放到海里，让软体动物填满网格，等到大量软体动物死去后尸体硬化，由珊瑚和贝壳等复合材料构成的房屋结构也就完成了。用这种方法建造海洋工程及沿海房屋，具有施工方便、就地取材、造价低等优点，如果这个构想真的能够实现，必将给园林设计也带来革新。

　　2. 2. 3 色彩和质感、图案仿生材料

　　色彩和质感、图案仿生材料就是模拟生物的色彩和质感、图案研制出千姿百态、五彩缤纷的材料。在园林设计史上，这种仿生形式是最简单的一种，起源很早，应用也很广泛。例如，在园林中对仿木、仿竹、仿石材料的运用，能给人朴实、自然的感觉，可缓解人们因工作而引起的疲劳与压力，还能达到很好的视觉效果。现代科技的发展，使仿生材料模拟的手段更为多样，如将碎瓷片嵌入水泥中能形成各种彩色图案，用人造沙砾制作岩画、模拟沙滩，用人造贝壳制作花朵等等[8]。

　　2. 2. 4 化学成分仿生材料

　　化学成分仿生材料通过研究和模仿生物体的化学成分及其形成的机理，并以新的方式来生产出新型材料。在化学成分上，人们发现，生物汲取自然界的物质元素构成它们自身，不像人类研制材料那样大动干戈，仅用十几种元素就组成形态万千、性能优异的材料。例如，园林设计中常用的材料贝壳，抗张强度高达 100 MPa，远大于水泥，其实它的成分很简单， 95% 是石灰石， 5% 是蛋白质，两者粘结成坚不可摧的整体，不需要高温烧结。这给我们以很大的启示，促使我们从自然中获取灵感，寻找化学组成简单、工艺简化并节省能量、减少环境污染的新型材料。

　　2. 3 结构仿生

　　结构仿生不仅仅是力学结构，还包括组织原则，通过研究生物整体或部分的构造组织方式发现其中与某事物部分 “潜在相似”，进而对其模仿，以创造新的人工结构解决新的问题。结构仿生已经成为建筑仿生学中一个成熟的分支学科，也是运用最为广泛的。结构工程师从蜘蛛织网的过程中得到启发，发明了索网结构，第 20 届奥运会主场馆：慕尼黑奥林匹克体育场所采用的结构正是索网结构 (图 4)[9]。加拿大多伦多的 BCE 文化广场大厦，创造性地模仿了树干分叉的生长肌理，设计了两边的支柱与顶棚的弧形肋架，取得了非凡的艺术效果[10]。现代园林建筑中常用的拉膜结构，其灵感便是来自于昆虫轻盈的翅膀通过张拉产生力学美这一自然现象。

　　2. 4 功能仿

　　生园林设计中各部分的功能往往是错综复杂的，如何有机组织各种功能成为一种综合的整体，自然界中的生物为我们提供了成功的范例，它不仅仅是单一功能元素的相互叠加，还是多功能发展过程的整合，因此产生了一个较高发展阶段的新特性。因此，功能仿生是一种更高层次的仿生。

　　在景观设计中，对功能的仿生主要有两大类型，一类是通过对某一功能的模拟以消除自然界不利的因素。例如，对自然形成的礁石、平缓的沙滩都能大大消耗巨浪对驳岸冲刷时的能量。如果不认清这种本质，采用挡土墙来防止海水侵蚀，只能遭到失败。三亚市三亚湾改造工程中，将原有的沙坝推去，取而代之的是绿化和挡土墙，台风过后，挡土墙的泥被刮到水里，导致沙滩泥化越来越严重，海岸线逐年向内推进。

　　另一类是模拟事物作用规律的本质、条件，即模拟各种功能在发展过程中的整合，使有限的景观区域内得以恢复自然的面貌。清华城市规划设计院朱育帆早年的作品 “城市的有机增长”，其灵感就是来自于植物的某个结构，曾获得国际大学生风景园林设计竞赛一等奖。

　　2. 5 空间布局仿生

　　对空间布局的仿生常融合了形态、材料、结构和功能等多项仿生设计，并通过艺术的提炼与升华，使这些设计在三维空间内得以重组。对空间布局的仿生常具有优美的构图、强烈的逻辑、完整的结构，并能够表达一个明确的主题。它是运用于景观设计中最复杂、层次最高的一种仿生手段。

　　安徽黟县东北部的宏村，始建于宋代，整个村落呈 “牛” 型结构布局，村西北一小溪绕屋过户，九曲十弯，聚于村中部的一口斗月形池塘，似牛肠和牛胃，水渠最后注入村南的湖泊(牛肚)。这种别出心裁的村落水系设计，不仅为村民生产和生活用水提供了方便，更创造了一种 “浣汲何妨汐路远，家家门前有清泉” 的美好环境(图 5)[11]。

　　再如，成都的活水公园其外形为仿鱼形设计，取 “鱼水难分” 之意(图 6)[12]。活水公园模拟和再现了自然环境中污水净化的全过程，采用现代科技手段建有厌氧池、兼氧池、植物塘床系统、养鱼塘和戏水池等，各部分以艺术的构图组成一条漂亮的 “鱼”。当人们在赏 “鱼” 的同时，也在不经意间 “阅读” 了大自然关于清水再生的 “自述”。从而引起人们对关注和保护人类生存的水环境的共鸣。这一设计对人们的环境生态观念的影响是深远而成功的。

　　再如，北京林业大学研究生韩炳越等获得第 39 届 IFLA 国际风景园林学生设计竞赛大奖的作品 “寻找远去的西湖” 也成功运用了空间布局上的仿生设计(图 7)[13]。这项设计以杭州西湖龙泓涧为选址，以禅文化和茶文化以及当地民居文化为本，对水的净化和利用进行了生态的设计，成功地以大地艺术的景观形式展示了不同的生态处理手法，如格栅、沉淀、曝气、人工湿地生物塘，其中人工湿地生物塘仿照牛的消化系统中胃的反刍功能对食物消化吸收的机理，设置不同排列组合形式的水生植物种植群岛。清水、禅冥、茶香等各种因素通过设计以新的方式和面貌得以再体现，激励人们采取措施保护我们的自然，也启发人们追寻和谐的最佳境界，深入思考生态环境破坏所带来的后果[14]。

　　3 园林设计中仿生设计的本原

　　3. 1 深层生态学理论

　　近现代西方在环境中生态概念的引入，是基于对工业生产造成环境恶化的反思和心理上对中世纪乡村景观需求的背景下引发的。 1969 年，伊恩·麦克哈格出版了《设计结合自然》一书，提出了把自然环境与人作为一个整体来研究和生态决定景观的观点。 70 年代后期，生态环境危机进一步加剧，发展为全球性危机，随着生态环境运动的蓬勃发展，出现了非人类中心的深层生态学，更多的景观设计师在设计中越来越注重遵循生态的原则，遵循生命的规律。

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　　深层生态学是相对于传统的浅层生态学而言的。浅层生态学虽然也强调要利用自然规律，要保护生物资源和生态的多样性，但始终坚持以人类利益为中心的价值观，因此，只是环境的改良主义。而深层生态学强调人只是自然的一部分，自然界有它自身的规律和存在的价值，不能把人类的价值观强加于自然[8]。二者最大的区别是浅层生态学只把自然看作是一种对人类有用的资源，人类能够也应该开发和利用自然。深层生态学则将生态系统看作一个有生命的整体，生态系统中所有的存在都被赋予了生命的意味，甚至人格的涵义，人类应该尊重自然的价值和权利，将人的生命与自然的生命平等看待。

　　正是基于深层生态学理论，园林设计中的仿生设计注重维持人与自然的平等关系，强调园林景观不仅为人类服务，作为人与自然沟通的纽带，还应该以建立自然系统良性循环为重，为人与自然和谐做出贡献。

　　3. 2 高科技、高情感

　　在园林设计中，结构仿生、功能仿生、材料仿生以及空间布局仿生设计的实现，都离不开现代高科技的支持。将从生物体身上得到的启发以人工的手段表达出来，如果没有尖端的科学技术成果，如果没有荧光粉、半导体材料这些高科技产品，仿照萤火虫 100% 光能转化效率的原理不可能造就发光效率比普通光源提高十几倍的冷光源; 如果没有精细的粘结手段，仿照蜻蜓复眼结构而制成的复眼照相机中的复眼透镜也无法降生于世。

　　高情感强调的是以人为本，在设计中体现对人的关怀。仿生设计从自然中来，人与自然的联系是天然的、不可割裂的。因此，园林设计中的仿生设计必须以人为本，做为人与自然沟通的纽带，仿生设计从自然获得灵感，为人们解决生产生活中的难题。格式塔完形理论为仿生设计运用中的高情感因素做出了很好的诠释。格式塔心理学派产生于 20 世纪初的德国，格式塔(Gestalt)是 “完形” 的意思，格式塔理论指出不仅要从自然生态的角度研究并提高物质环境水平，还要对人的心理、行为进行深入的探讨，了解人对环境的感知过程，提高环境的精神内涵。在园林设计中运用仿生设计，不仅对可见形式进行模拟，在更高层次上是对不可见形式的一种再创造。这虽然是近代提出的理念，但在中国古人的造园活动中早已被实践。中国古园林非常讲究 “造境”，景是实的即可见形式，境是虚的即不可见形式，境由景的存在而产生，境被人感知，真山真水因此影响到人的思想情感，心境与自然统一一体，从而达到 “天人合一” 的境界。如苏州拙政园中 “与谁同坐轩”，其实是一个扇形亭，两边开扇形空窗，后面有扇形漏窗，亭前一泓清水，夜晚独坐，凉风穿堂而过，明月倒映于水中，心境也随之淡然，融入到 “与谁同坐，清风、明月、我” 的浮想当中(图 8)[15]。

　　3. 3 多学科的交融

　　园林设计本身就是一门综合性的学科，设计师需要了解美学、工程力学、材料学、物理学、植物学、心理学、人体工程学等相关学科的基本知识。在园林设计中运用仿生设计，是依据自然界中的生物规律，进行园林创作，或者使园林具有类似生物的特征。这就要求设计师还必须具备一定的数学、生物学、控制论、机械学、动力学、结构学、经济学等等相关学科知识，尤其是生态学、生物进化学等学科的研究成果，能为仿生设计在园林设计中的运用直接提供新的手段和新的灵感。因此，园林设计中仿生设计的运用是建立在多学科基础上的，并且伴随着其它学科的发展而不断完善。

　　4 结语

　　人是自然的一部分，园林也不例外。园林是人与自然展开对话、互相融合的重要纽带，是实现人与自然环境的平衡与和谐的重要媒介。仿生设计为园林设计提供一种新手段，一种新方法，一种新思维，设计师通过借助仿生设计的各种手法，来表达自己对园林设计的理解，为人们解决人与自然和谐共处这一重要话题提供了有价值的思考。正如德国著名设计大师路易吉·科拉尼所说： “设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中”。只要园林设计师细心观察自然、发现自然，永远不会有江郎才尽的那一天。——论文作者：陈文庆②

　　参考文献

　　1 丁晓斐. 浅谈仿生建筑创作方法. 华中建筑， 2007(1)： 155～159

　　2 蔡克中，张志华. 工业设计仿生学的应用研究. 装饰， 2004(2)： 73

　　3 张乃沃. 师造化得心源——关于仿生家具设计中形态仿生的探讨. 家具与室内装饰， 2007(6)： 68～69

　　4 爱奥尼柱头与科林斯柱头.璐璐的游乐园网易博客 . http://saulis.blog.sohu.com/47343284.html [Cited 2008-12-10]

　　5 王向荣，林箐. 西方现代景观设计的理论与实践. 北京：中国建筑工业出版社， 2002. 181

　　6 加州剧本 . 景观中国网站 . http://www.landscape. cn/Index.html.[Cited 2007-9-27]

　　7 蜂窝泡沫砖的截面.浙江春晖集团有限公司上海分公司网站. http://www.chunhuixps.com/product.asp.[Cited 2008-12-10]

　　8 申益春. 论仿生形态设计在景观设计中的应用. 北京: 规划师， 2007(6)： 95～97

　　9 慕尼黑奥林匹克体育场.中国城市论坛奥运大讲坛. http: //www.ccgov.net.cn/aydjt/html/ayztc/ayztc23-17. htm. [Cited 2008-12-10]

　　10 娄钢，胡海燕. 景观仿生建筑设计形态浅析. 陕西林业科技， 2005(4)： 53～56

　　11 牛型村落——宏村.牛人驴友之家网站. http://www. niulv.com/.[Cited 2008-12-10]