По просьбам читателей. Архитектурная бионика.

Бионические формы отличаются сложностью конструкций и нелинейными формами.

Возникновение термина.
Понятие «бионика» (от греч. «биос» –– жизнь), появилось в начале ХХ в. В глобальном смысле оно обозначает область научного знания, основанную на открытии и использовании закономерностей построения естественных природных форм для решения технических, технологических и художественных задач на основе анализа структуры, морфологии и жизнедеятельности биологических организмов.Название было предложено американским исследователем Дж. Стилом на симпозиуме 1960 года в г. Дайтоне — «Живые прототипы искусственных систем –– ключ к новой технике», — в ходе которого было закреплено возникновение новой, неизведанной области знания. С этого момента перед архитекторами, дизайнерами, конструкторами и инженерами возникает ряд задач, направленных на поиск новых средств формообразования.
В СССР к началу 1980 гг., благодаря многолетним усилиям коллектива специалистов лаборатории ЦНИЭЛАБ, просуществовавшей до начала 1990 гг., архитектурная бионика окончательно сложилась как новое направление в архитектуре. В это время выходит итоговая монография большого международного коллектива авторов и сотрудников этой лаборатории под общей редакцией Ю. С. Лебедева «Архитектурная бионика» (1990 г.)
Таким образом, период с середины ХХ в. по начало ХХI в. в архитектуре ознаменовался повышением интереса к сложным криволинейным формам, возрождением, уже на новом уровне, понятия «органическая архитектура», своими корнями уходящего в конец XIX – начало XX века, к творчеству Л. Салливана и Ф. Л. Райта. Они считали, что архитектурная форма, как и в живой природе, должна быть функциональной и развиваться как бы «изнутри наружу».

Проблема гармоничного симбиоза архитектурной и природной среды.
Технократическое развитие последних десятилетий давно подчинило себе образ жизни человека. Шаг за шагом человечество вышло из своей экологической ниши обитания на планете. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, совместимость которой с жизнью природной экосистемы неуклонно стремится к нулю. И чем сильнее искусственная природа захватывает живую, тем более явственной становится потребность человека в естественной, природной гармонии. Наиболее вероятным способом возврата человечества «в лоно природы», восстановления равновесия между двумя мирами является развитие современной бионики.

Небоскреб-кипарис в Шанхае. Архитекторы: Maria Rosa Cervera & Javier Pioz.

Сиднейская опера. Архитектор: Jørn Utzon.

Учебный центр Rolex. Архитекторы: японское архитектурное бюро SANAA.

Архитектурная бионика – это инновационный стиль, берущий все самое лучшее от природы: рельефы, контуры, принципы формообразования и взаимодействия с окружающим миром. Во всем мире идеи бионической архитектуры успешно воплощены известными архитекторами: небоскреб-кипарис в Шанхае, Сиднейская опера в Австралии, здание правления NMB Bank – Нидерланды, учебный центр Rolex и музей плодов – в Японии.

Музей фруктов. Архитектор: Itsuko Hasegawa.

Интерьер музея фруктов.

Во все времена существовала преемственность природных форм в архитектуре, созданной человеком. Но, в отличие от формалистского подхода прошлых лет, когда архитектор просто копировал природные формы, современная бионика опирается на функциональные и принципиальные особенности живых организмов – способность к саморегуляции, фотосинтез, принцип гармоничного сосуществования и т. д. Бионическая архитектура предполагает создание домов являющихся естественным продолжением природы, не вступающих с ней в конфликт. Дальнейшее развитие бионики предполагает разработку и создание экодомов – энергоэффективных и комфортных зданий с независимыми системами жизнеобеспечения. Конструкция такого здания предусматривает комплекс инженерного оборудования. При строительстве используются экологичные материалы и строительные конструкции. В идеале, дом будущего – это автономная самообеспечивающаяся система, органично вписывающаяся в природный ландшафт и существующая в гармонии с природой. Современная архитектурная бионика практически слилась с понятием «экоархитектура» и напрямую связана с экологией.

Формообразование, переходящее из живой природы в архитектуру.
Каждое живое существо на планете является совершенной работающей системой, приспособленной к окружающей среде. Жизнеспособность таких систем – результат эволюции многих миллионов лет. Раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в архитектуре сооружений.
Формообразование в живой природе характеризуется пластичностью и комбинаторностью, разнообразием как правильных геометрических форм и фигур –– окружностей, овалов, ромбов, кубов, треугольников, квадратов, различного рода многоугольников, так и бесконечным множеством чрезвычайно сложных и удивительно красивых, легких, прочных и экономичных конструкций, созданных в результате комбинирования этих элементов. Подобные структуры отражают сложность и многоэтапность эволюции развития живых организмов.
Основными позициями для изучения природы в ракурсе архитектурной бионики являются биоматериаловедение и биотектоника.
Объектом изучения в биоматериаловедении являются различные удивительные свойства природных структур и их «производных» — тканей животных организмов, стеблей и листьев растений, нитей паутины, усиков тыкв, крыльев бабочки и т.п.
С биотектоникой все сложнее. В этой области знания исследователей интересуют не столько свойства природных материалов, сколько сами принципы существования живых организмов. Главные проблемы биотектоники заключаются в создании новых конструкций на основе принципов и способов действия биоконструкций в живой природе, в осуществлении адаптации и роста гибких тектонических систем на основе адаптации и роста живых организмов.
В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше.

Технологии архитектурной бионики.
Приведем в пример несколько наиболее распространенных современных направлений разработки бионических зданий.
1.    Энергоэффективный Дом — сооружение с низким потреблением энергии или с нулевым потреблением энергии из стандартных источников (Energy Efficient Building).
2.    Пассивный Дом (Passive Building) – сооружение с пассивной терморегуляцией (охлаждение и отопление за счет использования энергии окружающей среды). В таких домах предусмотрено применение энергосберегающих строительных материалов и конструкций и практически отсутствует традиционная отопительная система.
3.    Биоклиматическая архитектура (Bioclimatic Architecture). Одно из направлений в стиле hi-tech. Главный принцип биоклиматической архитектуры — гармония с природой: «… чтобы птица, залетев в офис, не заметила, что она внутри него». В основном, известны многочисленные биоклиматические небоскребы, в которых наравне с заградительными системами, активно применяется многослойное остекление (double skin technology) обеспечивающее шумоизоляцию и поддержку микроклимата вкупе с вентилляцией.
4.    Умный Дом (Intellectual Building) — здание, в котором при помощи компьютерных технологий и автоматизации оптимизированы потоки света и тепла в помещениях и ограждающих конструкциях.
5.    Здоровый Дом (Healthy Building) — здание, в котором, наряду с применением энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии, приоритетными являются природные строительные материалы (смеси из земли и глины, дерево, камень, песок, и т. д.) Технологии «здорового» дома включают системы очистки воздуха от вредных испарений, газов, радиоактивных веществ и т. д.

История использования архитектурных форм в архитектурной практике.
Архитектурная бионика возникла не случайно. Она явилась результатом  предшествующего опыта использования в том или ином виде (чаще всего – ассоциативном и подражательном) определенных свойств или характеристик форм живой природы в архитектуре – к примеру, в  гипостильных залах египетских храмов в Луксоре и Карнаке, капителях и колоннах античных ордеров, интерьерах готических соборов и т. д.

Колонны гипостильного зала храма в Эдфу.

К бионической архитектуре зачастую относят здания и архитектурные комплексы, которые органично вписываются в природный ландшафт, являясь как бы его продолжением. К примеру, такими можно назвать сооружения современного швейцарского архитектора Петера Цумтора. Наравне с натуральными строительными материалами, он работает с уже существующими природными элементами – горами, холмами, газонами, деревьями, практически не видоизменяя их. Его сооружения словно растут из земли, а, порой, настолько сливаются с окружающей природой, что их не сразу можно обнаружить. Так, например, термы в Швейцарии со стороны кажутся просто зеленой площадкой.

Термы в Вальсе. Архитектор: Peter Zumthor.

С точки зрения одной из концепций бионики – образа эко-дома, – к бионической архитектуре можно отнести даже привычные нам деревенские дома. Они созданы из натуральных материалов, а структуры деревенских поселков всегда были гармонично вписаны в окружающий ландшафт (верхняя точка поселка – церковь, низина – жилые дома и т. д.)

Купол Флорентийского собора. Архитектор: Filippo Brunelleschi.

Возникновение данной области в истории архитектуры всегда связано с какой-либо технической новацией: так, зодчий итальянского Возрождения Ф. Брунеллески в качестве прототипа для конструирования купола Флорентийского собора взял скорлупу яйца, а Леонардо да Винчи копировал формы живой природы при изображении и конструировании строительных, военных и даже летательных аппаратов. Принято считать, что первым, кто начал изучать механику полета живых моделей «с бионических позиций», был именно Леонардо да Винчи, который пытался разработать летательный аппарат с машущим крылом (орнитоптер).

Галерея в парке Гюэль. Архитектор: Antonio Gaudi.

Портал Страстей Христовых Собора Святого Семейства (Sagrada Familia).

Успехи строительной техники в ХIХ–ХХ вв. породили новые технические возможности для интерпретации архитектуры живой природы. Это нашло свое отражение в произведениях многих архитекторов, среди которых, безусловно, выделяется Антонио Гауди –– зачинатель широкого использования биоформ в архитектуре ХХ в. Спроектированные и построенные А. Гауди жилые здания, монастырь Гюэль, знаменитый «Sagrada Familia» (Собор Святого Семейства, выс. 170 м.) в Барселоне и ныне остаются и непревзойденными архитектурными шедеврами и, одновременно, наиболее талантливым и характерным примером ассимиляции архитектурных природных форм –– их применения и развития.

Чердачное перекрытие Casa Mila. Архитектор: Antonio Gaudi.

Арочный свод галереи в Casa Batlló. Архитектор: Antonio Gaudi.

А. Гауди считал, что в архитектуре, как и в природе, нет места копированию. В результате его сооружения поражают своей сложностью – вы не найдете в его постройках двух одинаковых деталей. Его колонны изображают стволы пальм с корой и листьями, лестничные поручни имитируют завивающиеся стебли растений, сводчатые перекрытия воспроизводят кроны деревьев. В своих творениях Гауди использовал параболические арки, гипер-спирали, наклонные колонны и т.д., создавая архитектуру, геометрия которой превосходила архитектурные фантазии и зодчих, и инженеров. Одним из первых А. Гауди использовал также и био-морфологические конструктивные свойства пространственно-изогнутой формы, которая была воплощена им в виде гиперболического параболоида небольшого лестничного пролета из кирпича. При этом  Гауди не просто копировал объекты природы, но творчески интерпретировал природные формы, видоизменяя пропорции и масштабные ритмические характеристики.
Не смотря на то, что смысловой ряд протобионических построек выглядит достаточно внушительно и оправданно, некоторые специалисты считают архитектурной бионикой только те здания, которые не просто повторяют природные формы или созданы из естественных природных материалов, а содержат в своих конструкциях структуры и принципы живой природы.

Сооружение Эйфелевой башни. Инженер: Gustave Eiffel.

Проект моста. Архитектор: Paolo Soleri.

Эти ученые скорее назвали бы протобионикой такие постройки как 300-метровая Эйфелева башня инженера-мостовика А. Г. Эйфеля, которая в точности повторяет строение большой берцовой кости человека, проект моста архитектора П. Солери, напоминающий свернутый лист злака и разработанный по принципу перераспределения нагрузок в стеблях растений и т. д.

Велотрек в Крылатском. Архитекторы: Н. И. Воронина и А. Г. Оспенников.

В России законы живой природы также были заимствованы для создания некоторых архитектурных объектов “доперестроечного” периода. Примерами можно назвать Останкинскую радиотелевизионную башню 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.
Среди имен современных зодчих, работающих в направлении архитектурной бионики, выделяются Норман Фостер (http://www.fosterandpartners.com/Projects/ByType/Default.aspx), Сантьяго Калатрава (http://www.calatrava.com/#/Selected%20works/Architecture?mode=english), Николас Гримшоу (http://grimshaw-architects.com/sectors/), Кен Янг (http://www.trhamzahyeang.com/project/main.html), Винсент Калебо (http://vincent.callebaut.org/projets-groupe-tout.html) и т. д.

Если какой-либо аспект бионики заинтересовал Вас, пишите нам, и мы расскажем о нем более подробно!
Архитектурное бюро «Inttera».

Что такое архитектурная бионика — Строительный портал ПрофиДОМ

Журналисты Национальной энциклопедии строительства ProfiDOM.com.ua представляют цикл образовательных материалов о современных архитектурных стилях и способах их воплощения в строительстве.

Современные технологии и подходы, инновационные материалы, широкий спектр возможностей трехмерного моделирования проектов позволяют архитекторам и строителям воплощать в жизнь самые смелые идеи и концепции. Актуальными и популярными сегодня становятся движения экологического, энергоэффективного и «умного» строительства.

На этой волне одним из самых прогрессивных направлений в архитектуре является бионика, принцип которой заключается в применении органичных форм и естественном их объединении с окружающей средой. Основными чертами био-тека (еще одно название архитектурной бионики) являются заимствование природных форм – именно поэтому, его часто противопоставляют модному в конце прошлого века хай-теку.

Архитектурная бионика возникла не в XX или XXI веке: еще с древних времен архитекторы использовали природные формы с своих сооружениях (гипостильные залы египетских храмов в Луксоре и Карнаке, капители и колонны античных ордеров, интерьеры готических соборов). Леонардо да Винчи копировал формы живой природы при изображении и конструировании строительных, военных и даже летательных аппаратов. Среди бионических архитекторов XX века выделяется Антонио Гауди, Фрэнк Ллойд Райт и Луис Салливан.

Бионическая архитектура предполагает создание домов, являющихся естественным продолжением природы, не вступающих с ней в конфликт. Однако, вопреки мнению большинства, био-тек не просто копирует природные формы, а старается, при проектировании сооружений, брать в расчет функциональные и принципиальные особенности живых организмов — способность к саморегуляции, фотосинтез, принцип гармоничного сосуществования.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков – их прочные ракушки состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок (когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше).

Ярким примером неосознанного использования бионики в строительстве является идентичность строения стеблей злаковых культур и высотных промышленных зданий. Звучит странно, не так ли? Дело в том, что стебли растений способны выдержать большие нагрузки и не сломаться под тяжестью соцветия – если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. Такой принцип схож с конструкцией современных высотных фабричных труб – одним из последних достижений инженерной мысли. Бионика таким образом только подтверждает, что большинство человеческих изобретений давно «запатентовано» природой.

Даже, строительство всемирно известной Эйфелевой башни в Париже имеет бионический подтекст, так как оно основано на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера.

Ученый исследовал костную структуру головки бедренной, покрытую изощренной сетью миниатюрных косточек, благодаря чему нагрузка рераспределяется по всей кости, позволяя ей не ломаться под тяжестью тела. Эта костная сетка имеет строгую геометрическую структуру, что и задокументировал профессор. Через 40 лет это открытие природного распределения нагрузки с помощью кривых суппортов было использовано Эйфелем.

Бионика как никакой другой стиль показывает, что архитектура – это не только стены и кирпичи, крыши и шифер. Но это совершенно не значит, что самостоятельно применить элементы этого направления в своем доме невозможно. Используйте в интерьере мебель и осветительные приборы, форма которых будто бы позаимствована у природы. Главной бионической изюминкой вашего дома способны стать лестницы – и внешние, и внутренние – пространственных форм, спиральные, комбинированные и непременно органичные. А выбирая строительные материалы для дома, отдавайте предпочтение не просто долговечным, сохраняющим тепло – это обеспечит в будущем экономию электроэнергии на обогревателях и кондиционерах.

Другие материалы в этой категории:
« Самый длинный стеклянный мост специально раскачивают
Тайные масонские символы в украинской архитектуре. Фото »

Наверх

Архитектурная бионика | Научный.Нет

Журналы

Книги

Журналы

Инженерные исследования

Форум передовых инженеров

Прикладная механика и материалы

Инженерные инновации

Журнал биомиметики, биоматериалов и биомедицинской инженерии

Международный журнал инженерных исследований в Африке

Материаловедение

Расширенные исследования материалов

Форум по дефектам и диффузии

Применение диффузионных фундаментов и материалов

Журнал метастабильных и нанокристаллических материалов

Журнал нано исследований

Ключевые инженерные материалы

Форум материаловедения

Наногибриды и композиты

Твердотельные явления

Инженерная серия

Достижения в области науки и техники

Строительные технологии и архитектура

Материаловедение

Строительные материалы

Общее машиностроение

Машиностроение

Биологические науки и медицина

Производство

Электроника

Строительство

Гражданское строительство

Механика

Нанонаука

Компьютеры

Информационные технологии

Транспорт

Промышленная инженерия

Инженерия окружающей среды

Специальные книжные коллекции

Основы материаловедения и инженерии

Коллекция научных книг

Специализированные коллекции

Ретроспективная коллекция

Дом Архитектурная бионика

Книги

Биомиметические подходы в инженерной практике

Отредактировано:
Доктор Станислав Колисниченко

В сети с: июня 2018 г.

Описание:

Представляемый вашему вниманию специальный сборник «Биомиметические подходы в инженерной практике» состоит из статей, опубликованных Trans Tech Publications Inc. с 2010 по 2016 год, и охватывает широкий спектр инженерных решений в области машиностроения, материаловедения. , мехатроника, робототехника и архитектура, где в процессе проектирования и исследований использовались принципы бионики.

Бионические модели в архитектуре | Параметрический дом

Применение бионических шаблонов в архитектурных конструкциях с использованием инструментов информационного моделирования зданий

Автор: Татьяна Чичугова

Университет Флориды
2015

Применение технологий в цифровом проектировании и строительстве переживает бурное развитие. Однако сегодня все больше дизайнеров склонны возвращаться к природе и находить там свое вдохновение. Очень важно помнить, что архитектура – ​​это дизайн, созданный для людей, который должен быть доступным, удобным и эстетически красивым. Чтобы объединить эти потребности, в этом исследовании предлагается модульная конструкция, основанная на анализе естественных биологических форм (бионики) с использованием технологий информационного моделирования зданий (BIM). Основным подходом к этому исследованию является использование природы как источника вдохновения для открытий и модели изучения природных форм для создания инновационных бионических структурных систем.

Эта диссертация посвящена анализу и проектированию формы усеченного октаэдра для начального строительного модуля. Эта форма (кроме кубов) из всех платоновских и архимедовых тел способна плотно упаковать пространство. Конечная цель исследования состоит в том, чтобы предложить концепцию дизайна для доступных по цене, структурно надежных и привлекательных с архитектурной точки зрения зданий.

В 1920 году Зигмунд Фрейд в книге «Биология за пределами принципа удовольствия» сказал: «Биология — это действительно страна неограниченных возможностей. Мы можем ожидать, что он даст нам самую удивительную информацию, и мы не можем предположить, какие ответы он даст нам через несколько десятков лет.

Сегодня архитекторы и инженеры-строители часто обращаются к природе, биологии и другим дисциплинам, чтобы черпать в них вдохновение для своего концептуального дизайна. Есть так много примеров, когда природа и биология могут помочь нам в создании новых технологий и подходов. Огненный жук может обнаружить пожар в лесу в радиусе 50 миль. Искусственные детекторы будут в 100 раз менее эффективны, чем это насекомое, которое не требует электричества или сжигания окаменелостей. Еще один вдохновляющий пример — паутина. Это самый прочный биологический материал в мире. Исследование Аризонского государственного университета (журнал «Наука и природа», 2011 г.) показывает, что паутина в пять раз прочнее рояльной проволоки. Все эти замечательные особенности законов природы помогают проектировщикам формировать так называемую стадию концептуального проектирования, на которой принимаются все основные решения.

Человек родился в природе и живет в природе, использует все природные ресурсы для выживания и создания себе лучших условий жизни, иногда «в значительной степени видоизменяя экологические и климатические системы мира». По этой причине всегда важно помнить, что люди являются частью природы, и они должны очень бережно относиться к ней и стараться учиться у ее совершенства, насколько это возможно. Все формы природы имеют в себе «архитектуру».

Чудо природы заключается в том, что она обладает огромной «способностью адаптироваться и значительно изменяться, создавая новые формы, структуры и свойства из существующих» (Майкл Вайншток, 2010). Не менее важно описание тесной связи между формой и поведением. Форма организма, здания или города меняется в зависимости от изменений в поведении окружающей среды. Например, города и растения в северных широтах выработали особое поведение, чтобы приспособиться к тому жизненному циклу, что те же самые поселения будут иметь совершенно другие черты в южных широтах. Другим примером природы является идеальная организация деревьев, где их ствол и ветви обеспечивают движущиеся пути для жидкостей, а также структурную стабильность и опору для листьев.

Кроме того, в этом исследовании используется еще одна интересная концепция — концепция «возникновения».