具有生命特征的建筑

许　杰

上海交通大学生命科学技术学院

副研究员

1　工作原理与性能

1.1　具有生命特征的建筑

崇尚自然，喜爱自然自古亘有。先民们早就注意到“天时、地利、人和”的协调统一。让建筑拥有生命，一直在“生长”，就像一个有机生命体一样，这种哲学早存于我们中国人的思想里，也就是中国几千年来提倡的建筑与环境“天人合一”观念。人们处理建筑与自然环境的关系不是持着与大自然对立的态度，用建筑去控制自然环境；相反，乃是持着亲和的态度，从而形成了建筑和谐于自然的环境态度，这正是中华民族在建筑与大自然关系的处理上所体现的独特的环境意识。但遗憾的是，目前大量的建造都忽略了这一点，我们的建筑浪潮，正以极大的消耗和浪费资源为代价进行着。

中国的传统建筑与西方不同，房屋、殿宇等建筑却是以木材为建筑材料，因此被誉为“木头史书”，而木头是生命体和非生命体的双重特性，如何整合和进一步发展木头生命形态（植物）在建筑的应用，使其具有与大自然和谐（自然、节能环保）、自我修复和更新（防止老化）和自我保护（地震和风灾会造成建筑物大幅度震动）是植物学家、系统生物学和建筑学交叉科学发展的方向，建筑与有机生命体一样，从建设决策—设计—建造—使用—拆除，表现出类似于生命体的产生、生长、成熟和衰亡的过程，通过对建筑实例的分析，揭示了建筑的自调节、可生长和自循环等类生命体特征以及以此为基点的建筑创作策略。这一目标的实现，需要通过创作观念的调整，并采取相应的创作手段，使建筑本身表现出类似生命体的基本特征。建筑物的生命存在于项目设计、施工和运营维护的整个阶段，科学、环保的设计和施工方法可以缓解建筑带来的负面影响，甚至能够了解建筑物在整个生命周期的能耗信息，让建筑物生命更加绿色和持久。

图1　古代建筑与环境相结合的“天人合一”代表天坛^[1]

图2　现代建筑与环境相结合的建筑^[2]

1.2　生命特征的建筑性能描述

（1）自调节特征：同所有生命体一样，建筑应当具备自我调节和组织的能力，以利于自身整体功能的完善。这种自调节一方面是指建筑具有调节自身采光、通风、温度与湿度等方面的能力，为可再生性能源的利用提供机会；另一方面建筑又应具有自我净化能力，尽量减少自身污染物的排放，包括污水、废气、噪声等。

（2）可生长特征：新陈代谢是所有生命体的共同特征，它同样也贯穿于建筑的整个生命周期的始终。这意味着建筑不再是建成之后就固定下来，而是继续生长、变化着的。

（3）自循环特征：自循环是生命体的又一显著特征。建筑体系的自我循环，不仅保证了自身系统内物质能源的充分利用，也对整个环境系统健康持续发展具有重要意义。“建筑本是木石构成的有机体，新陈代谢是其发展的客观规律，建筑学理应把建设的物质对象看作是一个循环的体系，按其使用情况分为新建、改建、维护、重建等”。可以说，自循环模式是人类及其建筑存在体系在动态变化中保持和谐、稳定的重要手段。

2　应用领域与前景

由于地震和风灾会造成建筑物大幅度震动，导致崩塌摧毁，因此生命建筑有极好的自我保护功能，科学家们为它们设置了一种计算机程序，这个程序模仿一个真实的神经细胞，它能在突发的建筑事故中，具有判断能力，并由神经网络作相应处理；同时，生命建筑还设置了自动适应系统，以便在必要时自动接换各自的传感器，达到防御灾害的目的。如当地震造成建筑物大幅振动时，生命建筑中的驱动器和控制系统会迅速改变设在建筑物内的阻尼物（如流体箱）的质量，从而改变阻尼物的振动频率，以此来抵消建筑物的振动；可以研究在地震发生时如何让生命建筑之间能自动伸出自己的驱动阻尼器，并连在一起，就像人在摇晃的船甲板上手拉手一样不易跌倒；同时，于生命建筑的自我康复，它的执行元件是充有异丁烯酸中酯黏结剂和硝酸钙抗蚀剂的水管。当生命建筑有裂缝时水管断裂，管内物质流出，形成自愈的混凝土结构。

生命建筑有能获得“感觉”的“神经”。这种“建筑神经”，不仅能“感觉”到整座建筑或桥梁内部的受力变化，甚至能感应检测到承受外力时，觉察所受的震动和桥的变形。如果桥梁产生裂缝，“神经”信号就会终止，从而便于预防，并能及时查出建筑的隐患所在。也可以感受建筑物变形和振动的情况，在建筑物的合成梁中埋植记忆合金（SMA）纤维，由电热控制的SMA纤维能像人的肌肉纤维一样产生形状和张力变化，从而根据建筑物受到的振动改变梁的刚性和自动振动频率，减少振幅，使框架结构的寿命大大延长。

【注释】

[1]http://www.nipic.com/show/7719681.html.

[2]http://www.yuanliner.com/2011/1130/70911.html.