Бионическая архитектура

Бионическая архитектура — это современное движение, изучающее физиологические, поведенческие и структурные адаптации биологических организмов как источник вдохновения для проектирования и строительства выразительных зданий. ^[1] Эти структуры спроектированы так, чтобы быть самодостаточными и иметь возможность структурно изменяться в ответ на колебания внутренних и внешних сил, таких как изменения погоды и температуры. ^[2]

Хотя этот стиль архитектуры существует с начала 18 века, движение начало развиваться только в начале 21 века, после растущей обеспокоенности общества по поводу изменения климата и глобального потепления . ^[3] Эти влияния привели к тому, что бионическая архитектура стала использоваться для отвлечения общества от антропоцентрической среды путем создания ландшафтов, которые обеспечивают гармоничные отношения между природой и обществом. ^[3] Это достигается за счет глубокого понимания сложных взаимодействий между формой, материалом и структурой. ^[4] чтобы гарантировать, что конструкция здания поддерживает более устойчивую окружающую среду. ^[5] В результате архитекторы будут полагаться на использование высокотехнологичных искусственных материалов и технологий для экономии энергии и материалов. ^[6] снизить расход строительства ^[7] и повысить практичность и надежность своих строительных конструкций. ^[5]

История и теоретическая основа

Слово «бионическая архитектура» происходит от греческого слова «биос» (жизнь). ^[4] а также английское слово «техника» (учиться). ^[8] Первоначально этот термин использовался для описания научного направления «переноса технологий в формы жизни». ^[1] Термин «бионический» впервые был использован в 1958 году полковником армии США Джеком Стилом и советским ученым Отто Шмиттом во время астрономического проекта, посвященного исследованиям в области робототехники. ^[1] В своем проекте оба исследователя изначально признали концепцию бионики «наукой о системах, основанных на живых существах». ^[9] Затем эта идея была развита в 1997 году Джанин Беньюс , которая ввела термин « биомимикрия », который относится к «сознательному подражанию гению природы». ^{[ нужна ссылка ]}

В 1974 году Виктор Глушков опубликовал книгу «Энциклопедия кибернетики», в которой исследование бионики было применено к архитектурному мышлению, и заявил, что: « В последние годы возникло еще одно новое научное направление, в котором бионика сотрудничает с архитектурой и строительной техникой, именно архитектурная бионика, используя в качестве образцов модели природы, такие как стебли растений, живые нервы листьев, яичная скорлупа, инженеры создают прочные и красивые архитектурные сооружения: дома, мосты, кинотеатры и т. д.». ^{[ нужна ссылка ]} Позднее И.С. Лебедев опубликовал книгу «Архитектура и бионика». ^[1] в 1983 году и сосредоточился на классической теории архитектуры. ^[10] Он исследовал возможность изучения поведения различных биологических форм жизни и интеграции этих наблюдений в строительство и проектирование. ^[8] Он также предположил, что бионическая архитектура решит многие проблемы, связанные с проектированием и строительством, поскольку она обеспечит «идеальную защиту» за счет имитации тех же механизмов выживания, которые используются организмами. ^[1] К концу 1980-х годов архитектурная бионика наконец превратилась в новую отрасль архитектурной науки и практики. ^[10] Это затем повлияло на создание Центральной научно-исследовательской и опытно-конструкторской лаборатории архитектурной бионики, которая стала главным научным центром в области бионической архитектуры в СССР и ряде социалистических стран. ^[10]

Цель

Искусственная среда является причиной большей части отходов, производства материалов, использования энергии и выбросов ископаемого топлива. ^[11] Таким образом, существует ответственность за разработку более эффективного и экологически чистого строительного проекта, который по-прежнему позволяет осуществлять повседневную деятельность в обществе. ^{[ нужна ссылка ]} Это достигается за счет использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия , энергия ветра , гидроэнергия , а также природных источников, таких как древесина, почва и минералы. ^[11]

В своей книге «Биомимикрия: инновации, вдохновленные природой » (1997) Джанин Беньюс сформулировала ряд вопросов, которые можно использовать для установления уровня биомимикрии в архитектурном проекте. Чтобы гарантировать, что архитектурный проект соответствует принципам бионики, необходимо ответить «да» на следующие вопросы: ^{[ нужна ссылка ]}

Относится ли его прецедент к природе?
Он на солнечной энергии?
Является ли оно самодостаточным?
Соответствует ли форма функционированию?
Насколько это устойчиво?
Это красиво?

Стили бионической архитектуры

Классификации бионической архитектуры: ^[12]

Структура арочной формы: вдохновлена позвоночником животного, что создает более жесткое и жесткое здание.
Тонкая структура панциря: вдохновлена различными ракообразными и черепами из-за ее способности распределять внутреннюю силу по площади поверхности. Здания, построенные в этом стиле, податливы и гибки.
Структура Puffing: вдохновлена растительными и животными клетками. В основном его используют в эстетических целях.
Спиральная структура: вдохновлена листьями подорожника и их способностью регулировать солнечный свет. Здания с такой конструкцией имеют наиболее обильный солнечный свет.

Историческая эволюция

Период до 18 века

Археологические данные показывают, что первые формы бионической архитектуры восходят к Древней Греции и были в первую очередь сосредоточены на анатомических наблюдениях. Это связано с тем, что греки были очарованы особенностями человеческого тела, что повлияло на симметричный дизайн их архитектуры. ^{[ нужна ссылка ]} Бионическую архитектуру также можно наблюдать через использование растительных элементов в лепнине. ^[3] Говорят, что эта идея возникла у одного из учеников Поликлета , который наблюдал листья аканта, украшенные коринфской могилой. ^[3] Это послужило вдохновением для дизайна капители коринфской колонны, окруженной акантовой листвой. ^[3]

18 ^{й –} Период XIX века

После начала промышленной революции многие теоретики стали интересоваться основными последствиями современных технологических достижений и, таким образом, заново исследовали идею «природоцентрической архитектуры». ^{[ нужна ссылка ]} Большинство бионических архитектур, построенных в эту эпоху, можно увидеть отходя от обычных железных конструкций и вместо этого исследуя более футуристические стили. ^{[ нужна ссылка ]} Например, Антонио Гауди дизайн интерьера храма Святого Семейства черпал вдохновение из различных форм и узоров растений, а его колонны отражали структуру человеческих костей. ^{[ нужна ссылка ]} Такое влияние было основано на осознании Гауди возможности подражания природе для повышения функциональности своих зданий. ^[8] Джозефа Пакстона В Хрустальном дворце также используются решетчатые решетки, чтобы имитировать структуру человеческой кости и, таким образом, создать более жесткую структуру. ^{[ нужна ссылка ]} Хрустальный дворец также имитировал ткани вен водяных лилий и бедренную кость человека. Это уменьшило поверхностное натяжение здания, тем самым позволив ему выдерживать больший вес без использования чрезмерного количества материалов. ^{[ нужна ссылка ]}

период 20-21 века

«Проект Эдем» с куполами, работающими на солнечных батареях.

Из-за растущей обеспокоенности по поводу глобального потепления и изменения климата, а также роста технологических усовершенствований, архитектурная бионика стала в первую очередь сосредоточена на более эффективных способах достижения современной устойчивости. ^{[ нужна ссылка ]} Примером современного архитектурного бионического движения является здание 30 St Mary Axe (2003), вдохновленное «Губкой корзины цветов Венеры», морским существом с решетчатым экзоскелетом и круглой формой, рассеивающим силу водных потоков. ^{[ нужна ссылка ]} Конструкция здания представляет собой стальную решетчатую конструкцию с алюминиевым покрытием. ^{[ нужна ссылка ]} Это позволяет осуществлять пассивное охлаждение, обогрев, вентиляцию и освещение. ^{[ нужна ссылка ]} Николаса Гримшоу Проект «Проект Эдем» (2001) представляет собой набор природных биомов с несколькими геодезическими куполами, вдохновленными соединенными вместе пузырьками. ^{[ нужна ссылка ]} Они изготовлены из трех слоев этилен-тетрафторэтилена ( ETFE ), формы пластика, которая обеспечивает более легкий стальной каркас и позволяет большему количеству солнечного света проникать в здание для выработки солнечной энергии. ^{[ нужна ссылка ]} Его подушки также сконструированы таким образом, чтобы их можно было легко отсоединить от стальной рамы, если в будущем будет обнаружен более эффективный материал. ^{[ нужна ссылка ]}

Оценка

Преимущества

Основное преимущество бионической архитектуры заключается в том, что она позволяет создать более устойчивую среду обитания за счет использования возобновляемых материалов. ^[11] Это позволяет увеличить денежную экономию за счет повышения энергоэффективности. ^[11] Например:

Дом BIQ (Био-Интеллектуальный Коэффициент) в Германии был спроектирован Splitterwerk Architects и SSC Strategic Science Consultants. ^[13] Он полностью питается водорослями . ^[13] Он оснащен теплообменником, который культивирует микроводоросли внутри своих стеклянных панелей, чтобы использовать их в качестве ресурса для обеспечения здания энергией и теплом. ^[13] Это производит электричество с нулевым выбросом углерода, что в два раза эффективнее, чем фотоэлектрическая энергия . ^[13]
Проект « Лес Сахары» в Тунисе — это тепличный проект, вдохновленный намибийским жуком, плавающим в тумане, который может регулировать температуру своего тела и добывать собственную пресную воду в засушливом климате. ^{[ нужна ссылка ]} Как и в случае с жуком, это здание оснащено системой испарения, охлаждения и увлажнения соленой воды, которая подходит для круглогодичного выращивания. ^{[ нужна ссылка ]} Испаренный воздух конденсируется в пресную воду, позволяя теплице оставаться обогреваемой в ночное время. ^{[ нужна ссылка ]}. Соль, извлеченная в процессе выпаривания, также может быть кристаллизована в карбонат кальция и хлорид натрия , которые можно спрессовать в строительные блоки, тем самым сводя к минимуму отходы. ^{[ нужна ссылка ]}

Недостатки

Бионическую архитектуру подвергали резкой критике за то, что ее сложно поддерживать из-за ее чрезмерной технической направленности. ^[14] Например:

Центр Восточных ворот в Хараре, Зимбабве, при своем создании должен был следовать строгому набору правил. Его инженеры заявили, что наружные стены не должны находиться под прямыми солнечными лучами, соотношение окон к стене должно составлять примерно 25%, а окна должны быть герметично закрыты с вентиляцией, чтобы бороться с шумовым загрязнением и непредсказуемой погодой. ^{[ нужна ссылка ]}

Будущее использование

С развитием технологий весь потенциал бионической архитектуры все еще исследуется. Однако из-за быстро растущего спроса на более эффективный, экологически устойчивый подход к проектированию, который не ставит под угрозу потребности общества, было выдвинуто множество идей:

Океанский скребок 2050

По сути, это предполагает создание плавучих зданий, вдохновленных плавучестью айсбергов и формами различных организмов. ^[11] В частности, его внутренняя структура будет основана на форме ульев и микропалов-радиолярий для размещения различных жилых и офисных помещений. ^[11] Предлагаемый проект позволяет зданию быть самодостаточным и устойчивым, поскольку оно будет направлено на выработку энергии из различных источников, таких как ветер, биомасса, солнечная энергия, гидроэнергия и геотермальная энергия . ^[11] Более того, поскольку океанский скребок предназначен для строительства на воде, его проектировщики изучают идею добычи и производства электроэнергии из новых источников, таких как подводные вулканы и энергия землетрясений. ^[11]

Концепция суперцентра «Улей»

Эта идея исследует возможность создания территории, требующей меньше времени на путешествие между местами, тем самым уменьшая количество выбросов ископаемого топлива и CO ₂ загрязнения . ^[15] Поскольку этот дизайн предназначен для сайтов, которые «уже являются крупным центром активности», ^[15] это будет особенно полезно для средних школ, колледжей и продуктовых магазинов. ^[15] Архитектурный проект также очень компактен и направлен на увеличение количества зеленых зон, тем самым позволяя в полной мере использовать пространство. ^[15]

Единицы жилья для капсул

Эта идея направлена на создание набора взаимосвязанных жилых единиц, которые «могут быть объединены в сеть, чтобы совместно использовать и извлекать выгоду из коммунальных услуг друг друга». ^[15] Конструкция также должна быть автономной и может быть изменена в зависимости от потребностей пользователя. Например, крышу можно изменить так, чтобы она была наклонной для сбора солнечной энергии, наклонной для сбора дождевой воды или сглаженной для обеспечения лучшего воздушного потока. ^[15]

Связанные термины

Архитекторы бионической архитектуры

Список литературы

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Ван-Тин, Чиу; Шан-Чиа, Чжоу (2009). «Дискуссия о теориях бионического дизайна» (PDF) . Международная ассоциация обществ проектных исследований, преобразования энергии и управления . 63 (1): 3625–3643.
^ Юань, Яньпин; Ю, Сяопин; Ян, Сяоцзяо; Сяо, Имин; Сян, Бо; Ван, И (01 июля 2017 г.). «Энергоэффективность бионических зданий и бионическая зеленая архитектура: обзор» . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 74 : 771–787. дои : 10.1016/j.rser.2017.03.004 . ISSN 1364-0321 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Воробьева О.И. (14 декабря 2018 г.). «Бионическая архитектура: назад к истокам и шаг вперед» . Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 451 : 012145. doi : 10.1088/1757-899x/451/1/012145 . ISSN 1757-899X .
^ Jump up to: ^а ^б Закчарчук, Анжела (2012). «Бионика в архитектуре». Вызовы современных технологий . 3 (1): 50–53. S2CID 93736300 .
^ Jump up to: ^а ^б Чен, Лин Лин (2012). «Применение методов бионики при проектировании оболочки строительных материалов». Прикладная механика и материалы . 174–177: 1977–1980. Бибкод : 2012АММ...174.1977C . doi : 10.4028/www.scientific.net/amm.174-177.1977 . ISSN 1662-7482 . S2CID 110396017 .
^ Маяцыкая Ирина; Языев, Батыр; Язьева Светлана; Кулинич, Полина (2017). «Строительные конструкции: архитектура и природа» . Сеть конференций MATEC . 106 : 1–9.
^ Негротти, Массимо (2012). Реальность искусственного: Природа, технологии и натуроиды . Германия: Издательство Springer. ISBN 978-3-642-29679-6 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Радиус, Виктория; Лечовичс, Питер; Хоркай, Андраш (2017). «Бионика в архитектуре» . YBL Журнал искусственной среды . 5 (1): 31–42. дои : 10.1515/jbe-2017-0003 .
^ Мехди, Садри; Каванди, Мехди; Алиреза, Жозепири; Теймури, Шараре; Фатеме, Аббаси (2014). «Бионическая архитектура, формы и конструкции» . Научно-исследовательский журнал новейших наук . 3 (3): 93–98.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Козлов, Дмитрий (2019). «Наследие лаборатории архитектурной бионики и новейшие тенденции архитектурного формогенеза». Достижения в области социальных наук, образования и гуманитарных исследований . 24 (1): 366–371.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Кашкули, Али; Алтан, Хасим; Захири, Сахар (2011). «Влияние бионического дизайна на создание энергоэффективного будущего: пример Ocean Scraper 2050». Конференция: 10-я Международная конференция по технологиям устойчивой энергетики . 1 (1): 1–6.
^ Фэй, Чен; Ша, Ша (2005). «Введение в проектирование мостов на основе бионики». Южноафриканская транспортная конференция . 1 : 951–958.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Назарет, Аарон (2018). «Бионическая архитектура». Исследовательский проект . Технологический институт Unitec: 1–69.
^ Фельбрих, Бенджамин (2014). Бионика в архитектуре: Эксперименты с мультиагентными системами в нерегулярной складчатой структуре (PDF) (Дипломная работа). Технический университет Дрездена. стр. 31–42.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Хубер, Райан (2010). «Будущая бионика». Тезисы архитектурной программы . 1 (98): 1–43.

[:2-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Ван-Тин, Чиу; Шан-Чиа, Чжоу (2009). «Дискуссия о теориях бионического дизайна» (PDF) . Международная ассоциация обществ проектных исследований, преобразования энергии и управления . 63 (1): 3625–3643.

[2] Юань, Яньпин; Ю, Сяопин; Ян, Сяоцзяо; Сяо, Имин; Сян, Бо; Ван, И (01 июля 2017 г.). «Энергоэффективность бионических зданий и бионическая зеленая архитектура: обзор» . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 74 : 771–787. дои : 10.1016/j.rser.2017.03.004 . ISSN 1364-0321 .

[:0-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Воробьева О.И. (14 декабря 2018 г.). «Бионическая архитектура: назад к истокам и шаг вперед» . Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 451 : 012145. doi : 10.1088/1757-899x/451/1/012145 . ISSN 1757-899X .

[:3-4] Jump up to: ^а ^б Закчарчук, Анжела (2012). «Бионика в архитектуре». Вызовы современных технологий . 3 (1): 50–53. S2CID 93736300 .

[:1-5] Jump up to: ^а ^б Чен, Лин Лин (2012). «Применение методов бионики при проектировании оболочки строительных материалов». Прикладная механика и материалы . 174–177: 1977–1980. Бибкод : 2012АММ...174.1977C . doi : 10.4028/www.scientific.net/amm.174-177.1977 . ISSN 1662-7482 . S2CID 110396017 .

[6] Маяцыкая Ирина; Языев, Батыр; Язьева Светлана; Кулинич, Полина (2017). «Строительные конструкции: архитектура и природа» . Сеть конференций MATEC . 106 : 1–9.

[7] Негротти, Массимо (2012). Реальность искусственного: Природа, технологии и натуроиды . Германия: Издательство Springer. ISBN 978-3-642-29679-6 .

[:4-8] Jump up to: ^а ^б ^с Радиус, Виктория; Лечовичс, Питер; Хоркай, Андраш (2017). «Бионика в архитектуре» . YBL Журнал искусственной среды . 5 (1): 31–42. дои : 10.1515/jbe-2017-0003 .

[9] Мехди, Садри; Каванди, Мехди; Алиреза, Жозепири; Теймури, Шараре; Фатеме, Аббаси (2014). «Бионическая архитектура, формы и конструкции» . Научно-исследовательский журнал новейших наук . 3 (3): 93–98.

[:6-10] Jump up to: ^а ^б ^с Козлов, Дмитрий (2019). «Наследие лаборатории архитектурной бионики и новейшие тенденции архитектурного формогенеза». Достижения в области социальных наук, образования и гуманитарных исследований . 24 (1): 366–371.

[:7-11] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Кашкули, Али; Алтан, Хасим; Захири, Сахар (2011). «Влияние бионического дизайна на создание энергоэффективного будущего: пример Ocean Scraper 2050». Конференция: 10-я Международная конференция по технологиям устойчивой энергетики . 1 (1): 1–6.

[12] Фэй, Чен; Ша, Ша (2005). «Введение в проектирование мостов на основе бионики». Южноафриканская транспортная конференция . 1 : 951–958.

[:9-13] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Назарет, Аарон (2018). «Бионическая архитектура». Исследовательский проект . Технологический институт Unitec: 1–69.

[14] Фельбрих, Бенджамин (2014). Бионика в архитектуре: Эксперименты с мультиагентными системами в нерегулярной складчатой структуре (PDF) (Дипломная работа). Технический университет Дрездена. стр. 31–42.

[:10-15] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Хубер, Райан (2010). «Будущая бионика». Тезисы архитектурной программы . 1 (98): 1–43.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]