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浅议仿生学在建筑界的适应性与可持续性

作者:2018-10-18 01:00阅读:文章来源:未知

  仿生学论文三:

  题目:建筑与仿生学

  摘要:自然的形式和现象的模仿不是一种新的理念。自史前时代以来, 自然机制一直是创新的主要来源。通过建筑历史的追溯而感知, 这个理念再次出现在了建筑师前面——可持续建筑和适应性设计。研究自然的创新和20世纪技术的发展导致了建立一个独立的科学学科, 仿生学。建筑和仿生学相互之间有着强烈的联系, 因为建筑的产生和人类一样历史悠久, 而且建筑的形式与结构的设计灵感均来源于周围的环境。本文讨论了仿生学与建筑之间的关系。

  关键词:仿生学; 建筑; 适应性; 可持续性;

仿生学论文配图

  1 仿生学

  1.1 仿生学的概念

  仿生学是指从技术可用性的角度研究动物有机体的机制和功能的科学学科。有人将其定义为一门测量自然形态的学科 (从宏观到微观再到纳米结构) , 也就是自然选择评估机制适应其他领域的结果。在文献中, 生物模拟也被用来描述这个跨学科的主题。仿生学这个名词来源于希腊人的“bios” (自然、生命的意思) 和字尾“nlc” (具有……的性质的意思) 。

  1.2 仿生学在工程中

  据科学家研究, 工程和仿生学之间存在着很多联系。这些联系显示了无论是微观的还是宏观的领域, 最终仿生学都能帮助工程实现可持续发展, 并可导向绿色设计, 优化结构和智能, 适应性建筑等等分支。

  某些生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多, 仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。例如关于信息接受 (感觉功能) 、信息传递 (神经功能) 、自动控制系统等, 这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。可举出的仿生学例子, 如将海豚的体形或皮肤结构 (游泳时能使身体表面不产生紊流) 应用到潜艇设计原理上。

  2 仿生学在建筑中

  2.1 仿生学在原始时期建筑中

  在茹毛饮血的时期, 建筑处于最早期阶段, 我们的祖先开始建造一些庇护及居住场所, 后来演变为建造永久性的房屋。主要目标是防御自然环境中的危险, 比如恶劣天气和野生动物。最古老的建筑形式至今仍然可以在世界的许多地方看到, 例如非洲的土着居民建筑。除了建筑形式的些许变化之外, 其建造居所使用的建筑材料以及建造方式仍与古老的时期一致。此时, 建筑仿生学也出现在当地的建筑中, 在那里不仅建筑材料是受自然启发的, 居住建筑的结构也可以显示出结构仿生的迹象。梅萨维德, 阿纳萨齐印第安人的社区之一, 其居所的形态结构均显示出与沙马丁鸟窝的相似之处, 它们是由于防御原因而进化的。

  2.2 仿生学在历史建筑中

  在历史建筑中, 自然的灵感以多种形式出现。建筑仿生学可以在大型石结构建筑中观察到, 比如埃及的低格调大厅, 其中一个典型的仿生结构是柱状石结构。大约在公元前13世纪时期建造的卡尔纳克的地下大厅里, 圆柱上一个有趣的特征显示了仿生学的存在。圆柱的底部较窄, 不可能由结构上的考虑而造成, 因为更大的底部圆柱规模会带来更多的稳定性。这个特征来自一个更古老的建筑时期, 埃及人使用纸莎草纸堆的时代。更值得注意的是, 上面的大厅有一个空间结构被称为“长方形教堂”。那里的中殿比过道高, 因此墙上的窗户很高, 为整个空间提供照明。窗户上的柱子有开花形柱头, 而在过道较暗的部分的柱子则是方形柱头。这体现出适应了太阳的生命的微观和宏观特征的仿生学水平。

  在建筑历史上, 装饰是同时存在的。在不同的建筑风格中, 表面装饰是最引人注目的部分, 在这个部分仿生学同样可以被观察到。例如在拜占庭式建筑中, 花卉图案被用来覆盖在柱头表面。关于类似的结构, 也应该提到哥特式建筑。哥特建筑的框架结构, 建造者一直在延伸石头的边界, 这种风格带来了一套全新的架构解决方案。通过时间的推衍, 结构体系变得越来越像骨骼, 达到了材料运用的极限。因此, 曾有一些塔和教堂在建设中倒塌。但有一个美丽的例子, 这是一种华丽的结构, 哥特式的扇状拱顶, 非常类似于贝类或棕榈叶的形状, 在宏观层面上向自然靠拢, 这是一种杰出的创新风格, 它与之前的古董被区分开。

  中世纪的传统, 是新艺术。在匈牙利, 兴起的分裂风格被称为一种与众不同的风格, 仍然深受人们的喜爱。带着色彩斑斓的花朵装饰的建筑物具有强烈的吸引力和独特性。匈牙利的艺术博物馆, 是这一风格中最着名的作品之一。然而, 匈牙利的分裂主要是用植物和动物的类比作为装饰品, 并没有达到像高迪那样杰出的模仿自然的水平, 这是一个真实的例子, 结构仿生, 已经出现在20世纪初。加泰罗尼亚建筑师安东尼高迪创造了一个完全独立的新风格被称为新艺术, 他的模仿水平不仅包含了装饰品层面, 还有建筑结构层面, 使用仿生学作为复杂形式的呈现手段。高迪意识到, 自然形态能够提供比装饰更多的东西。自然结构不仅美观, 而且在各个方面都优化了功能单元。他的建筑中的柱子模仿了人类的骨骼或树叶的形式, 实现了结构比例最小化。

  2.3 仿生学在当代建筑中

  当下, 通过使用基于软件的计算机建模和结构设计, 更多新的广泛的可能性已经打开。在圣地亚哥卡拉特拉瓦的建筑是最为大家熟知额, 他的作品强烈的暗示生物形态的形成。他的建筑形式使用人类或动物骨骼的类比, 展示了建筑的美学诉求———结构仿生。世界上第一座摩天大楼“旋转躯干”是在瑞典的马尔姆斯建造的。正如这座大楼的名字一样, 其最初的设计灵感来自于一个扭曲的人体。这幢54层的建筑扭曲了90℃, 提供了超越以往的全景视野。里斯本火车站也是一个例子, 尽管建造了近百年, 依然生动完好。在人类的建筑历程中, 卡拉特拉瓦在西班牙的天文馆是最杰出的, 是一个里程碑式的仿生建筑, 由眼球的草图形成。卡拉特拉瓦在他的建筑中创造了一种独特的, 完全创新的造型形式。这些建筑都是在他30年的工作中建造的, 包括40座桥梁和10个车站, 都成为了标志性建筑。然而他的投资者也会遇到一些麻烦, 这些仿生建筑的造价通常远远超过预算。

  国际知名的匈牙利建筑师Makovecz经常也会遇到类似的问题。他设计的建筑在全世界范围内备受推崇, 但在他的案例中, 成本和结构性问题也经常出现。匈牙利的有机建筑作为一种风格被贴上标签, 但这位建筑师的仿生工作只做了一半, 他的建筑更倾向于形式主义, 与深奥的象征主义更紧密地联系在一起。自然的模仿主要用于装饰或作为象征但不是主要的结构形式。在他早期的作品中, 殡仪馆很引人注目, 其中的天花板设计让人联想到人的胸部, 暗示着这种形式之间的有趣关系。在Makovecz后来的建筑中, 象征主义和形式主义更加强调。

  在当代建筑的情况下, 分析仿生学并不仅仅意味着测量其形态。建筑物、公共空间组成和装置也是这个主题的一部分。其中一个很了不起的想法是“TREEPOD”, 尽管还没有实现, 但它是一种树形结构的装置, 模仿着一个真正的树。类似结构可以使它从二氧化碳中产生氧气, 像空气清洁器一样。它的树枝在下面的人行道上起到了遮阳的作用。安装在树枝上的太阳能光伏板可以发电。使用电来推动空气净化装置, 而空气净化装置则隐藏在结构中。此外, 这个结构由回收的PET瓶制成, 使其更加环保。

  3 结论

  本文对建筑中仿生学运用进行了短暂的回顾。仿生学和建筑是紧密相关的, 因为建筑行为和人类文明一样古老——利用周围的自然环境是仿生建筑的主要灵感来源。一些民间建筑仍然保留着一些几千年的建筑传统, 使用自然的形式和材料。通过建筑的历史推进, 每一种风格都从大自然中汲取了灵感。但随着技术的进步, 建筑逐渐远离自然, 直到最近人们才开始再一次意识到, 自然进化是一项伟大的成就, 应妥善加以学习和利用。随着材料科学的进步, 不仅是仿生建筑历程中革命性的解决方案, 而且使得现代科技材料是易于获得, 并可使得在节约成本的同时, 获得高性能结构体系。智能系统, 作为一个活动的生态系统或组织的模仿监视系统, 可以同步建筑信息, 甚至是同步整个地区的信息和管理。

  在古代建筑中, 可以观察到宏观的仿生学, 通过模仿自然的形式和结构。然而, 作为物质科学领域, 随着工程学的发展, 微观层面的仿生学越来越有潜力。自然现象作为一种模仿的来源, 人类可以创造出智能的系统, 甚至是优于自然的系统。全球变暖的威胁也促使人类走向可持续发展和保护环境和谐共生的理念方案。通过使用当代计算机建模, 新技术新方法可以模仿复杂的自然形态和结构。在现代技术发展条件下, 建筑师和建设方也需要改变思维和方法, 才能更有效地利用仿生学的方法。在大学教育中, 必须加强这个分支的学科研究, 新的仿生教学体系结构的发展需要被重视, 更加鼓励创新。当代和未来的建筑需要创新仿生学, 以创造可持续发展的建筑和城市。

 

  仿生学论文范文6篇导航:

  第一篇:仿生学论文
  第二篇:对仿生学社会价值的分析及创新路径探究
  第三篇:浅议仿生学在建筑界的适应性与可持续性
  第四篇:浅谈仿生学在飞行器设计中的意义与价值
  第五篇:仿生学在环境设计中的应用现状分析
  第六篇:仿生学在滇南特有少数民族舞蹈中的文化价值解析

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