高效率的建筑在路上

【摘 要】人类是地球上最智慧的生物，世界各地的建筑师和科学家正在试图利用仿生学，建造更节能更舒适的房屋。也许有一天，我们可以在没有空调的条件下冬暖夏凉，在没有灯的情况下照明良好，在不关窗户时隔绝噪声，到那时建造这样的房屋都不再是幻想。高效率建筑在路上。

【关键词】建筑；仿生学；高效率

0 引言

人类大概是迄今为止地球上最智慧的生物，然而人类的住房却远远不是最智慧的。世界各地的建筑师和科学家们正在向大自然学习，试图建造出更舒适、更节能、更智能的房屋。

人类无法在野外生活，所以需要避难所，因此我们修建了房屋。它们是我们文化的一个组成部分，但是它们并不是进化的产物，因为房子不会自己长出来，一旦弃而不用，它们就会坍塌。它们很少由太阳提供能量，因此人类的建筑并不完美。

我们可以说，植物就是大自然中的不动产。就像人类一样，它们会选择合适的地点。它们不得不通过最佳生存策略找到最适合它们居住的地方。大自然就像一部活档案，记录下了大量的策略和解决方案。而这些策略和解决方案一代代的被传承和完善。我们可以充分利用这些档案，但首先我们必须理解和读懂它们。我们可以观察大自然中的巧妙方法和自然循环，然后对它们加以利用。

1 新型空调的灵感

人类的房子其实就是用来遮风避雨的地方，传统的建筑方法都会在一定程度上考虑周围的环境。但在现代建筑中，空调的使用已经变得越来越普及，这将消耗大量的化石燃料，并增加大气中CO2的排放量。一些植物也许能够教会我们如何利用太阳，让我们的房子变得凉爽。

在炎热的正午，沙漠居民都会寻找躲避太阳的阴凉，但是沙漠植物不得不接受太阳的炙烤。没有持续的水进行冷却，灌木三棱角黄岐的叶子可能会在撒哈拉沙漠烈日的炙烤下灼伤。但是在沙漠地区，水是非常缺乏的。尽管如此，在正午太阳的照射下，这种植物能够在正午沙漠的土壤中吸收大量的水汽。这一原理是否能够加以利用，开发新的空调技术？仿生学家们希望能够创立一种全新的装置，就像三棱角黄岐一样，不需要任何的机械部件，就能够对气温进行调节。一旦成功了，这将是开发新型空调关键性的一步。

植物循环系统的主要动力，就是蒸腾拉力。白天在太阳的照射下，水从叶子表面蒸发，吸力形成并一直作用到植物的根部，结果植物根部的水被吸了上去。这个蒸发的过程就会在叶子的表面产生冷却效果。这一原理可以用于沙漠取水或者用于建筑物的冷却。到目前为止，这不过是人们的梦想而已。如果受植物启发而设计的新型水泵得到广泛应用，那么未来的空调，将会以太阳能为动力。一种沙漠植物为人们开发新的空调技术提供了灵感。

2 新型墙面的探索

住宅更像一个有机体，但是在现代社会，建筑物更多的是从经济和文化视角来定位。对此，仿生学家们颇有微词。他们认为：这些建筑物也许看起来还不错，颇有美感，但是它们不能够充分利用周围的空气流和能量源。

现代建筑师已经越来越欢迎绿色环保策略。那些看起来非常现代的建筑，也可以像生物一样有自己的生命并满足自己的需求。它们能够自己收集能源，净化自己的水，并处理自身产生的垃圾。但是要实现这样的目标，我们的许多设计必须要做出改变，而仿生学将能帮我们的大忙。在某种意义上，自然界几乎所有的生物都有第二层皮肤，这层皮肤就是它们的栖身地。这层皮肤也有它独特的收集能量和通风的方式，具有很强的适应性。

建筑物的正墙面最多可能导致建筑物内50%的能量散失，因此这是仿生学建筑设计首先必须考虑的问题。当外墙已经拥有了良好的隔热性能时，建筑物内的热量就不会散失，但建筑物内的气味也无法散发出去。窗户的作用就是为了便于室内通风换气。如果将窗户打开让新鲜空气进入室内，那么在冬天人们通过努力在室内产生的热量也将散失，而这些热量通常都是化石燃料产生的。这样当人们在给建筑物通风换气时，就会将大量的热量释放到周围环境中。因此，理想的墙面结构，就是能够将污浊的空气排放出去，却能够将建筑物内的热量保留。

当然，对于这个问题，大自然也提供了几乎唾手可得的解决方案。一种苍蝇的虫卵便很好的解决了这个问题。空气通过两个微小的气孔通过两个方向进入，暖空气吹出来让这些虫卵皮肤上的小血管变热，而冷空气吹进来吸收热辐射，并进入提前预热的虫卵中。CO2从这些气孔溢出，离开卵壳，这一过程中产生的热量都储存在这些微小结构中，因此溢出的CO2不会带走任何的能量。在相反的过程中，当O2进入卵壳供虫卵呼气的时候，之前储存的能量将从卵壳的外部进入卵壳的内部。卵壳外部和内部的气孔承担了完全不同的任务。这种苍蝇卵壳墙面，现在唯一的缺陷就是缺乏成功的实践案例。

3 流动建筑的大胆设想

高层建筑所面临的问题之一就是必须使用大量的材料将基础固定。830米高的哈利法塔是世界第一高楼，为了抵御强风，人们用了11万多吨混凝土浇筑了某些地方的深达70多米的基础。在植物王国中就不会出现这样的情况。在多风的地区，也许我们的建筑是随着风在摇晃，而不是能够抵抗巨大的风力，但大自然中的草类却拥有良好的柔韧性。仿生学家们认为流线墙面可以对不同的风做出反应，为此他们开发了一个系统，这个系统能够在不同的高度对建筑物的几何特征进行调整，这样建筑便可对不同的风力做出不同的反应。符合模拟的外墙能够让建筑符合空气动力学原理。在安全性能不打任何折扣的前提下，更具有流线型的塔状结构可以使沉重而高耗能的地基变轻许多。在这个模拟建筑物的内部，各楼层也没有传统摩天大楼晃得厉害。这是因为这个建筑被分成了好几个部分。在各个部分之间，是起缓冲作用的部分。它们能够降低建筑物的晃动程度。这个建筑的设计灵感来自竹子。不管竹子在生长过程中呈现如何不对称的状态，这种不平衡都将在生长中得到抵消。这个模拟的摩天大楼就像野草一样，能够针对不同的风向进行自我调整。不过迄今为止，这种设计仍然只存在于图纸上和模型中。目前我们缺乏的是狂热的建造者和勇敢的投资者。

4 会变形的建筑材料

要将这样的设想变成现实，除了投资者，我们必须具有相关性能的材料。在代尔夫特大学，建筑师夏洛特・乐利维尔德已经开发出了一种当电流通过时就会变形的建筑材料，在电流停止后，这种材料又会恢复它本来的形状。这样我们的建筑墙面将能够对空气流通或者遮阳罩的不同情况做出反应。它将能够根据用户的需要或者环境状况做出相应的调整。不难想象，在不久的将来，墙面的组成部件将具有一定的思维能力，它们将根据需要滤过光线和空气。可持续发展和可适应性墙面技术目前仍处于起步阶段，不过它们已经激发起了年轻的建筑师和工程师丰富的想象。这些墙面已经不是传统意义上的墙面，它们更像是窗帘或者覆盖物。

5 结语

生物体不得不想办法满足自身的需求，它们制造材料，构建家园，照顾后代，为自己和后代创造有利的生存条件，它们不得不打造自己的栖息地，在长达38亿年的漫长进化过程中，它们一定找到了非常完美的解决方案，也许我们现在遇到的正是和它们已经找到了解决方案的相同的难题，这些知识也许能够帮助人们应对未来建筑所面临的挑战。当我们想象着那些成本适中节能高效的建筑的时候，当我们想象着那些也能够不断学习、不断优化和自我修复的建筑的时候，也许我们的想象并不是不着边际的空中楼阁，因为我们能在大自然中找到他们的踪影。