科普-中华学生百科全书-第663章
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牛角对它说：
“朋友，请退出去，你越往里钻，路越狭了。”
老鼠生气地说：
“哼！我是百折不回的英雄，只有前进，决不后退！”
“可是你的路走错了啊！”
“谢谢你，”老鼠还是坚持自己的意见，“我一生从来就是钻洞过日子
的，怎么会错呢？”
不久，这位“英雄”便这样活活闷死在牛角尖里了。
百折不挠的精神令人赞赏，但若你钻的是牛角尖，还是及早回来的好，
因为你钻得越深，便离希望出口越远。
建筑科学
建筑仿生学原理
鸟巢与建筑
鸟是春天的使者、人类的朋友，它不但有鲜艳的羽毛，婉转的歌声，还
有被誉为“天然艺术品”的巢。在法国民间流传着这样一句谚语：“人类除
了鸟巢之外什么都能制造出来。”可见，这个天然艺术品不但漂亮，而且巧
夺天工，是一种不朽的大自然杰作，是人类建筑构思时取之不尽的创作源泉。
那么，什么鸟的巢最精美呢？
鸟巢精美之最要首推织布鸟编织的瓶状巢了。它撕取长条的树皮纤维，
像织布工人那样用它那灵巧的嘴和脚，穿针引线，并不时地打结打扣而成坚
固的编巢。编巢时，一般先由雄织布鸟编织巢的主体，并以此作为向雌鸟求
爱的资本，经炫耀求偶成亲后，由雌织布鸟编织巢的细部。织布鸟的瓶状巢
像一个曲颈瓶，悬挂在树梢，出入口在旁边。织布鸟就住在随风飘荡、逍遥
自在的“家”里生儿育女。编巢时有时遇到大风，织布鸟还会衔一些泥团来
“镇风”呢！
什么鸟的巢又最大呢？
鸟巢容积之最要首推秃鹫。美洲有一对秃鹫共同生活了 36 年，在一场大
风暴中，筑巢的大树被掀倒，人们才有幸见到了它们的“家”，经测量得知：
鸟巢直径 2．74 米，深 6．1 米，整个鸟巢共重两吨哩！
什么鸟的巢最科学？
鸟巢科学之最要首推澳大利亚、新几内亚和东南亚一带的营冢鸟了，它
们的巢能产生恒定的温度 34℃～35℃，是雌鸟孵化蛋的理想产房。
营冢鸟用粗壮的两腿挖掘一个大深坑，在坑内填上落叶，又填上泥土和
砂，有的竟高达 5 米，土丘周边长 50 米，为了造巢得花上几个月的时间哩！
过了一段时间，树叶腐烂，温度开始升高。那时雄营冢鸟经常来测量巢内温
度，它挖开表层，把翅翼下部无羽的部分贴近腐土堆，或者把头部和上半身
都钻进洞穴内，啄出土堆深处的砂子测量温度。当巢内温度达到 35℃左右，
它们挖一个深洞，雌鸟就在深洞里产下第一枚蛋，雄鸟使蛋大头朝上，以便
雏鸟容易出壳，并用砂子盖好第一枚蛋。经过 2～4 天，雌鸟又产下第二枚蛋。
这样一直下 16～33 枚蛋。然后雄鸟连续 10 个月精心守护着这个特别的产房。
当温度超过 35℃时，雄鸟就挖通风洞降低温度，但到了晚上又匆匆把通风洞
堵塞以防止热量散失；当温度低于 35℃时，就向土冢琢敷砂土。
鸟巢有如下几大特点：
鸟巢结构巧妙。鸟巢结构巧妙的可多啦。缝叶莺生活在我国最南部的山
林中，它选取芭蕉、葡萄藤的大型叶片，将叶片卷拢，雌鸟用嘴在叶缘相距
1～2 厘米处，钻上一个个小孔，然后用树枝纤维、蜘蛛丝和细茎等，从一个
小孔穿出，又从另一个小孔穿入，并随时在孔外打结以防松扣。缝叶莺这样
嘴、脚并用缝成了窝，又用绒毛、棕毛等柔软的东西垫底，舒适的鸟巢就这
样建成了。
“衔泥两椽间”的燕子，在田间地头湿地处啄出湿泥丸，双双衔回椽间，
逐一堆积，又配置干草、草根、羽毛等，经一周左右而成“泥碗”巢。有一
种燕子叫金腰燕，它能筑成长颈瓶那样的泥巢。还有一种燕子叫楼燕，它口
腔里能分泌出很粘稠的唾液，与泥丸、草棍掺合，筑成表面透明的巢。楼燕
的近亲金丝燕，它纯粹用自己的唾液筑巢，那就是高档宴席上的“燕窝”。
鸟巢用材巧妙。鸟巢用材之巧妙也不胜枚举：燕子用泥做巢；麻雀以干
草做巢；鹰用粗大的树枝做巢；黄莺用树皮、麻以及草做巢；寿带鸟以树皮
和草外面缠蜘蛛丝做巢。
红尾伯劳为了得到细如毛发的树皮纤维筑巢，要花很长时间侦察森林中
理想的树，然后一条条撕下成一束运回，尤其是楮树，由于树皮质地细致而
纤维长，嫩枝又多而易于剥皮，是红尾伯劳筑巢的理想材料。
鸟类筑巢，一般就地取材，有时还采用人类使用的材料，在郑光美所著
《鸟之巢》中，记载着1957 年作者在吉林省桦皮厂火车站附近大树上发现的
4 个喜鹊巢，其外壁几乎全是用粗铁丝编成的。
鸟巢选址巧妙。猫头鹰和野鸽在岩石缝内筑巢；翠鸟以吃小鱼为生，在
岸边土崖啄穴为巢：啄木鸟以树洞为巢；老鹰、白鹳以大树顶为巢；苇莺在
苇茎之间用长的草叶在高出水面 1～1．5 米处做巢；骨顶鸡在芦苇与蒲草丛中
筑巢，将草茎弯折搭编而成饼状巢，巢随水浮沉。
鸟巢一般筑在地面或草丛中，往往极为隐蔽。柳莺的巢选择地表有枯枝
落叶的地方，或选在山间小溪旁，以苔藓、树皮伪装。据国外资料，鹪鹩的
雄鸟建造很多的巢，而与雌鸟成婚后一个也没有用上，用的是雌鸟的巢，这
也可能是为了安全的疑兵之计吧！
乌巢的选址，巢口是有讲究的。郑光美先生对吉林省 21 个喜鹊巢做了观
察，发现绝大多数朝向西南，与当地背风向一致。日本某地喜鹊巢的巢口，
多数朝北或东南，很少朝西，这不但有风向问题，还有日照问题。
鸟是天才的建筑师。织布乌会编织树皮成巢，缝叶莺会缝叶成巢，燕子
会用泥丸垒成巢，营冢鸟能造出恒温的巢，骨顶鸟会造浮巢……鸟为人们展
现了无与伦比的建筑艺术品。在科学发展一日千里的今天，建筑的造型、设
计、计算、用材、施工、选址等都有待于创新与发展，鸟巢不正是我们模仿、
借鉴、学习的好榜样吗？
中国古代书载“有巢氏”，说明人类最早也曾像鸟那样巢居树上，后来
由树上下来定居，在地面上造起了房子。而建筑的发展，跨度越来越大，高
度越来越高，说不定人类又会像鸟儿一样，重新居住在人工造成的“大树”
上呢！
鸟巢真是一个大自然的谜，而这个谜正有待于科学家去揭开。大自然存
在着多少个谜呀！它正如希腊神话中的大神使者赫尔墨斯，变化无穷。美国
学者瓦尔特·麦勒斯说：“自然正如生命一样创造了各种形式。她美妙地把
样式和协调赋予她亲手创造的各种元素，赋予她使之生气盎然的各种力量
中。因此世世代代的人类总是喜欢把她看做是神性的艺术创造，是一位不可
捉摸的、变化多端的赫尔墨斯。”
建筑，正面临着困境，时代的要求是大跨度、大高度，安全、经济、美
观而适用，欧美等各地的学者正转向对大自然结构形态的研究。德国斯图加
特大学著名工程师、学者 F·奥托出版了《自然—知识—建筑》、《自然建
筑》、《建筑师的自我修养》三本专著。德国学者收集贝壳、海螺、蛛网、
龟背、骨骼、头颅、叶脉、树枝以及昆虫标本等，并考察山川地形、原始建
筑、山洞蚁穴、细胞构造后，提出的专题报告有最小网格、生物学与房屋、
自然界和技术领域中的网格、自然和技术领域中的薄膜与薄壳、形态与力的
性质的基础、藻类植物结构等。
一门仿生建筑学正在兴起。近几年来，德国学者 K·鲍契进行了大量皂
膜系统试验，为薄膜结构提供了合理外形的根据。美国女建筑师 A·卡苏巴
仿造野居山穴，采用 PVC 塑料薄膜，它的造形形态万千而又新颖、离奇、别
开生面。美国学者 W·斯法特里研究自然的优化并应用于分析建筑的连续力
学之中。美国学者 M·哥尔斯密斯综合分析了 166 个已经建成的大跨度钢结
构（其中最大跨度为 230 米），从自然的优化中得出，不同的跨度应采用不
同的空间结构，为合理采用建筑结构的形式闯出了一条新路。
青竹受力的启示
文人墨客喜欢竹子的虚心，科学家喜欢竹子的“腹中空”。竹子的节节
上升而成材，成功的秘诀正是竹子的“腹中空”。
力学的奠基人——意大利科学家伽利略曾经对中空的固体做过研究，他
在《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》说道：
“我想再谈几句关于空中或中空的固体的抗力方面的意见，人类的技艺
（技术）和大自然都在尽情地利用这种空心的固体。这种物质可以不增加重
量而大大增加它的强度，这一点不难在鸟的骨头上和芦苇上看到，它们的重
量很小，但是有极大的抗弯力和抗断力，麦秆所支持的麦穗重量，要超过整
株麦茎的重量，假如与麦秆同样重量的物质却生成实心的而不是空心的，它
的抗弯和抗断力就要大大减低。”
“实际上也曾经发现并且用实验证实了，空心的棒以及木头和金属的管
子，要比同样长短同样重量的实心物体更加牢固，当然，实心的要比空心的
细一些。人类的技艺就把这个观察到的结果应用到制造各种东西上，把某些
东西制成空心的，使它们又坚固又轻巧。”
一般竹子的横向截面，直径为 6 厘米，壁厚为 0．5 厘米，假如把竹子做
成实心的，则其抗弯能力是原来的 1／10，由于竹子是细长的承受自身重量的
受压杆件，假如把竹子做成实心后，在自身重量的压力下它会摇摆不定而失
去平衡。由于竹子品种的不同，生长的高度也不一样。毛竹可以参天，但把
毛竹做成实心的，经科学计算，只能长到高梁杆那样高。
根据力学原理，一根杆件在其横向截面，应尽可能把材料向周边分布，
正由于这样才形成了中空，而且，越是优质材料越是向边缘布置。竹子就是
这样，竹子的表面呈现出青色的叫竹青，往往是竹编的好材料。
竹子的“腹中空”，增大了抗弯和抗断能力，而且降低了自身重量。任
何植物，除了抗风以外，主要是抗衡自身重量。德国有一句谚语：“大自然
很关心，不让树木长到天顶。”树木之所以长不到天顶，是受风力和自重的
制约，竹子之所以有现在的高度，功劳完全归于“腹中空”。仔细观察自然
界，像竹子那样“腹中空”的植物还真不少哩，如麦子、高梁、玉米、芦苇
等。
文学家歌颂竹子的气节，从力学的角度来说，竹子的竹节是抵抗横向剪
切的关键，是竹子强度有机的部分。农业上小麦减产主要原因之一是“倒伏”，
那是小麦返青拔节时，由于雨水过多，生长迅速而拔节快，形成节与节之间
间距大，减低了麦秆的抗剪能力，头重脚轻杆软倒伏于地的缘故。
一个建筑，都是由很多杆件组合而成的，有的杆件承受压力，有的杆件
承受拉力，有的杆件承受弯曲，有的杆件承受剪切，有的杆件承受扭转，有
的杆件承受以上几种情况的组合受力。对于长而细的承受压力的杆件，它的
破坏并不是由于强度不够而折断，而是由于不能保持原来的直线而偏移，虽
然没有折断，但偏移而离开了原来直线位置，同样会导致整个建筑的破坏，
这种现象在科学上称为“压杆失稳”。
压杆失稳在建筑上产生�
