Строительная бионика, биоархитектура, метаболические и «умные» здания

Министерство науки  и  образования Украины

ПГАСА

Кафедра архитектуры 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему

Строительная бионика, биоархитектура, метаболические  и «умные» здания

 

 

 

 

вып. студ. гр.726                                                                                                      Симоненко М.

проверил                                                                                                       доц.  Денисенко В.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

Днепропетровск 2012

Содержание:

1. История

2. Архитектурно-строительная бионика

3. Постройки в бионическом стиле

4. Восприятие бионического пространства

5. Геометрия, или Бионика

6. «Умные» здания

7. «Интеллектуальные здания». Тенденции и решения.

8. Структурная схема системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раскрывая секреты  природных организмов, можно получить новые возможности в современном  строительстве и архитектуре. Таким  направлением стала бионика, которая  объединила в себе познания биологии и технологий. Бионика призвана решать инженерно-технические задачи, основываясь  на результатах исследований объектов живой природы.

Биомиметика - подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы.

История

Идея применения знаний о живой природе для  решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых  организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью  выяснения их общности с техническими системами, а также использования  полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п. В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.

Яркий пример архитектурно-строительной бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных  высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие  нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия.

Если ветер пригибает  их к земле, они быстро восстанавливают  вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних  достижений инженерной мысли. Обе конструкции  внутри полые. А узлы стеблей играют роль колец жесткости. 

Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. 

Идентичность строения была выявлена позже. В последние  годы бионика подтверждает, что большинство  человеческих изобретений уже «запатентовано»  природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Фото: С сайта techvesti.ru

 

 

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется  новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных  и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. 

Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей

Первые попытки  использовать бионику в строительстве  предпринял Антонио Гауди. Созданный им Парк Гуэля известен и как «природа, застывшая в камне». Каза Батло, Каза Мила - ничего подобного избалованная архитектурными изысками Европа, да и весь мир, еще не видели.

Эти шедевры великого мастера дали толчок к развитию архитектуры  в бионическом стиле. В 1921 году бионические  идеи нашли отражение в сооружении Рудольфа Штайнера Гетеанум, и с этого момента зодчие всего мира взяли бионику на вооружение.

Со времен Гетеанума и до сегодняшних дней в бионическом стиле было построено большое количество как отдельно взятых зданий, так и целых городов.

Сегодня современное  воплощение органической архитектуры  можно наблюдать в Шанхае - дом  Кипарис, в Нидерландах - здание правления NMB Bank, Австралии - здание Сиднейской оперы, Монреале - здание Всемирного выставочного комплекса, Японии - небоскреб SONY и музей плодов.

В России тоже законы живой природы были воплощены  в архитектуре “доперестроечного” периода: Останкинская радиотелевизионная башня в Москве, Олимпийские объекты — велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе — ресторан «Бермет» и др.

Известная всем конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела.

В 1866 году швейцарский  инженер Карл Кульман (Carl Cullman) подвел теоретическую базу под открытие фон Мейера, а спустя 20 лет природное распределение нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем.

Архитектурно-строительная бионика

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения  надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.

Яркий пример шубной архитектурной  бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей — кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже. В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Известные испанские архитекторы  М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 г. начали исследования «динамических структур», а в 1991 г. организовали «Общество поддержки инноваций в архитектуре». Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект «Вертикальный бионический город-башня». Через 15 лет в Шанхае должен появиться город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен «принцип конструкции дерева».

Башня-город будет иметь  форму кипариса высотой 1228 м с обхватом у основания 133 на 100 м, а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 метров. Между кварталами — перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов — разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты — аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи. Если строительство пройдет успешно, планируется построить ещё несколько таких зданий-городов.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется  новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных  и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные  ракушки, например у широко распространенного  «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда  жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем  и трещина не идет дальше. Такая  технология может быть использована и для покрытия автомобилей.

 

Постройки в бионическом  стиле

Первое впечатление о здании в бионическом стиле - постройки  выбиваются из правильной геометрии. Природные  формы объекта будят воображение. В бионике стены подобны живым  мембранам. Пластичные и протяженные стены и окна выявляют направленную сверху вниз силу нагрузки и противодействующую ей силу сопротивления материалов.

Благодаря ритмической игре меняющихся вогнутых и выпуклых поверхностей стен сооружений кажется, что здание дышит. Здесь стена уже не просто перегородка, она живет подобно организму. 

Прав был Великий Антонио Гауди, сказав, что «архитектор не должен отказываться от красок, а напротив использовать их для придания жизни формам и объемам. Цвет - это дополнение формы и самое яркое проявление жизни». 

Только представьте, войдя в  органическое здание, вы ощущаете себя погруженным в чудесный мир, наполненный  светом прозрачного цвета. Цвет создает особый мир интерьера, оживляя и открывая материалы, просвечивающиеся под слоем краски. Цвет живет и движется по своим законам. Создается впечатление, что он влияет на усиление либо ослабление функций здания и пространства. 

В бионическом строении благодаря  постоянно меняющемуся балансу  взаимодействия желаний и пространственных возможностей человек испытывает ощущение движения - в покое, и покоя - в  движении пространства. Малейшее движение сдвигает баланс сил, благодаря чему меняется восприятие пространства.

Постоянство и изменение, симметрия  и асимметрия, защищенная индивидуальность и широкая открытость существуют в хрупком равновесии. Заметьте, и в движении, и в покое всегда присутствует ощущение равновесия.

Восприятие бионического пространства 

Первое впечатление о здании в бионическом стиле - постройки  выбиваются из правильной геометрии. Объект имеет природные формы. В бионике  стены подобны живым мембранам. Пластичные и протяженные стены  и окна выявляют направленную сверху вниз силу нагрузки и противодействующую ей силу сопротивления материалов. Благодаря ритмической игре меняющихся вогнутых и выпуклых поверхностей стен сооружений кажется, что здание дышит. Здесь стена уже не просто перегородка, она живет подобно организму. Постоянство и изменение, симметрия  и асимметрия, защищенная интимность и широкая открытость существуют в хрупком равновесии. В своей  сущности бионика, как архитектурный  стиль, стремится создать такую  пространственную среду, которая бы всей своей атмосферой стимулировала  именно ту функцию здания, помещения, для которой последние предназначены.

Геометрия, или Бионика

Весь современный мир искусства  и архитектуры, в частности, характеризуются  отсутствием определенного стиля. Архитекторы-теоретики и практики пытаются экспериментировать в различных  направлениях. Одним из таких популярных и востребованных направлений стала  бионика – создание биоморфных архитектурных форм, идентичных природным. Мастера предлагают подобные специфические решения, как альтернативу в понимании архитектурной формы. Это попытка привнести нечто новое в культурное наследие, сформированное многовековой историей искусства и сломить сложившийся стереотип архитектуры в глазах современного человека.