Биомиметическая архитектура - это ветвь новой науки биомимикрии, определенной и популяризированной Джанин Бениус в ее книге 1997 года (Биомимикрия: инновации, вдохновленные природой). Биомимикрия (bios - жизнь и mimesis - имитировать) относится к инновациям, вдохновленным природой, как к инновациям, которые изучают природу, а затем имитируют или черпают вдохновение из ее замыслов и процессов для решения человеческих проблем. [1] Книга предлагает рассматривать природу как «модель, меру и наставника», предполагая, что главной целью биомимикрии является устойчивость.
Живые существа адаптировались к постоянно меняющейся среде в процессе эволюции посредством мутации, рекомбинации и отбора. [2] Основная идея биомиметической философии состоит в том, что обитатели природы, включая животных, растения и микробы, имеют наибольший опыт в решении проблем и уже нашли наиболее подходящие способы выжить на планете Земля. Точно так же биомиметическая архитектура ищет решения для обеспечения устойчивости, присутствующей в природе, не только путем воспроизведения их естественных форм, но и путем понимания правил, регулирующих эти формы.
В 21 веке мы стали свидетелями повсеместных потерь энергии из-за неэффективных строительных конструкций [3] в дополнение к чрезмерному использованию энергии на этапе эксплуатации их жизненного цикла. Параллельно с этим недавние достижения в технологиях изготовления, компьютерных изображений и инструментов моделирования открыли новые возможности для имитации природы в различных архитектурных масштабах. [2] В результате наблюдается быстрый рост инновационных подходов к проектированию и решений для решения энергетических проблем. Биомиметическая архитектура - один из этих междисциплинарных подходов к устойчивому дизайну, который следует набору принципов, а не стилистическим кодам, выходит за рамки использования природы в качестве вдохновения для эстетических компонентов построенной формы, но вместо этого стремится использовать природу для решения проблем здания. функционирование и экономия энергии.
История
Архитектура издавна черпала вдохновение из природы. Биоморфизм , или включение существующих природных элементов в качестве вдохновения в дизайн, возник, возможно, с зарождением созданной человеком среды и остается сегодня. Древние греки и римляне использовали природные мотивы в дизайне, такие как колонны, вдохновленные деревьями. Поздние античные и византийские усики арабески - стилизованные версии растения акант . [4] Вольер Варрона в Казинуме 64 г. до н.э. реконструировал мир в миниатюре. [5] [6] Пруд с одной стороны окружал куполообразное сооружение, в котором обитало множество птиц. Каменный портик с колоннадой имел промежуточные колонны из живых деревьев.
Sagrada Família церковь по Антони Гауди началась в 1882 году является хорошо известным примером использования функциональных форм природы , чтобы ответить на структурную проблему. Он использовал колонны, которые моделировали ветвящиеся навесы деревьев, чтобы решить задачи статики для поддержки хранилища. [7]
Органическая архитектура использует вдохновленные природой геометрические формы в дизайне и стремится воссоединить человека с его или ее окружением. Кендрик Бангс Келлог , практикующий архитектор-органик, считает, что «прежде всего органическая архитектура должна постоянно напоминать нам не принимать мать-природу как должное - работать с ней и позволять ей направлять вашу жизнь. Запрети ее, и человечество проиграет ». [8] Это соответствует другому руководящему принципу, согласно которому форма должна следовать потоку, а не работать против динамических сил природы. [9] Комментарий архитектора Даниэля Либермана об органической архитектуре как движении подчеркивает роль природы в строительстве: «… более истинное понимание того, как мы видим, нашим разумом и глазом, является основой всего органического. Человеческий глаз и мозг эволюционировали в течение эонов времени, большая часть из которых находилась в пределах огромного нетронутого и немощеного ландшафта нашей Эдемской биосферы! Мы должны пойти в Природу за нашими моделями, это ясно! » [8] Органические архитекторы используют искусственные решения с вдохновленной природой эстетикой, чтобы вызвать понимание окружающей среды, а не полагаться на решения природы для решения проблем человека.
Архитектура метаболизма , движение, существовавшее в Японии после Второй мировой войны, подчеркивала идею бесконечных изменений в биологическом мире. Метаболисты продвигали гибкую архитектуру и динамичные города, которые могли удовлетворить потребности меняющейся городской среды. [10] Город уподобляется человеческому телу в том, что его отдельные компоненты создаются и устаревают, но объект в целом продолжает развиваться. Подобно отдельным клеткам человеческого тела, которые растут и умирают, хотя человеческое тело продолжает жить, город также находится в непрерывном цикле роста и изменений. [11] Методология метаболистов рассматривает природу как метафору созданного человеком. Город-спираль Кишо Курокавы смоделирован по образцу ДНК, но использует его как структурную метафору, а не как основополагающие качества цели генетического кодирования.
Были предприняты другие исторические попытки, которые не имеют прямого отношения к застроенной среде. Некоторые из этих самых ранних успешных попыток имитировать природу включают электрическую батарею, имитирующую живую торпеду, Алессандро Вольта, которая восходит к 1800-м годам, а также первый успешный самолет, построенный Отто Лилиенталем после 1889 года, рассматривая птиц как биологические образцы для подражания. . [2]
Характеристики
Термин «биомиметическая архитектура» относится к изучению и применению принципов строительства, которые встречаются в естественной среде и биологических видах, и переводятся в дизайн устойчивых решений для архитектуры. [2] Биомиметическая архитектура использует природу в качестве модели, меры и наставника для предоставления архитектурных решений в разных масштабах, которые вдохновлены естественными организмами, которые решили аналогичные проблемы в природе. Использование природы в качестве меры относится к использованию экологического стандарта для измерения устойчивости и эффективности антропогенных инноваций, в то время как термин наставник относится к изучению естественных принципов и использованию биологии в качестве источника вдохновения. [1]
Биоморфная архитектура, также называемая биодекорированием, [2], с другой стороны, относится к использованию формальных и геометрических элементов, встречающихся в природе, в качестве источника вдохновения для эстетических свойств в спроектированной архитектуре, и не обязательно может иметь непривычные элементы. -физические или экономические функции. Исторический пример биоморфной архитектуры восходит к египетской, греческой и римской культурам, когда в орнаменте структурных колонн использовались формы деревьев и растений . [12]
В биомиметической архитектуре можно выделить две основные процедуры, а именно: восходящий подход (биология) и нисходящий (технологический) подход. [13] Граница между ними размыта из-за возможности перехода между двумя подходами в зависимости от отдельных случаев. Биомиметическая архитектура обычно выполняется в очень междисциплинарных группах, в которых биологи и другие естествоиспытатели работают в сотрудничестве с инженерами, учеными и дизайнерами. При восходящем подходе отправной точкой является новый результат фундаментальных биологических исследований, перспективный для применения в биомиметике. Например, разработка системы биомиметических материалов после количественного анализа механических, физических и химических свойств биологической системы. При нисходящем подходе поиск биомиметических инноваций осуществляется для уже существующих разработок, которые были успешно внедрены на рынок. Сотрудничество направлено на улучшение или дальнейшее развитие существующего продукта.
Подражание природе требует понимания различий между биологическими и техническими системами. Их эволюция отличается: биологические системы развивались миллионы лет, тогда как технические системы развивались всего несколько сотен лет. Биологические системы развивались на основе их генетических кодов, управляемых естественным отбором , в то время как технические системы развивались на основе человеческого дизайна для выполнения функций. В общем, функции в технических системах нацелены на разработку системы в результате дизайна, в то время как в биологических системах функции могут иногда быть несистематическим генетическим эволюционным изменением, которое приводит к определенной функции, которая не предусмотрена заранее. Их различия широки: технические системы функционируют в обширных средах, в то время как биологические системы работают в ограниченных жизненных условиях. [14]
Архитектурные инновации, отвечающие требованиям архитектуры, не обязательно должны напоминать растение или животное. Если форма является неотъемлемой частью функции организма, тогда здание, смоделированное на основе процессов, происходящих в жизненной форме, может в конечном итоге также выглядеть как организм. Архитектура может имитировать естественные формы, функции и процессы. Хотя биомимикрия является современной концепцией в эпоху технологий, она не предполагает включения сложных технологий в архитектуру. В ответ на предшествующие архитектурные изменения биомиметическая архитектура стремится двигаться к радикальному увеличению эффективности использования ресурсов, работать по модели с замкнутым циклом, а не по линейной (работа в замкнутом цикле, который не требует постоянного потребления ресурсов для функционирования), и полагаться на солнечную энергию. энергия вместо ископаемого топлива. Дизайнерский подход может работать как от дизайна к природе, так и от природы к дизайну. Дизайн по природе означает выявление проблемы дизайна и поиск параллельной проблемы в природе для решения. Примером этого является бионический автомобиль DaimlerChrysler, который обратил внимание на самокат для создания аэродинамического кузова. [15] Метод дизайна от природы - это биологически вдохновленный дизайн, основанный на решении. Дизайнеры начинают с определенного биологического решения и применяют его в дизайне. Примером этого является самоочищающаяся краска Sto Lotusan, идея которой представлена цветком лотоса , который появляется чистым из болотистой воды. [16]
Три уровня мимикрии
Биомимикрия может работать на трех уровнях: организм , его поведение и экосистема . Постройки на уровне организма имитируют конкретный организм. Работа только на этом уровне без имитации того, как организм участвует в более широком контексте, может оказаться недостаточной для создания здания, которое хорошо интегрируется с окружающей средой, потому что организм всегда функционирует и реагирует на более широкий контекст. На уровне поведения здания имитируют поведение организма или его отношение к более широкому контексту. На уровне экосистемы здание имитирует естественный процесс и цикл окружающей среды. Из принципов экосистемы следует, что экосистемы (1) зависят от современного солнечного света; (2) оптимизировать систему, а не ее компоненты; (3) приспособлены к местным условиям и зависят от них; (4) разнообразны по компонентам, взаимосвязям и информации; (5) создать условия, благоприятные для стабильной жизни; и (6) адаптироваться и развиваться на разных уровнях и с разной скоростью. [17] По сути, это означает, что ряд компонентов и процессов составляют экосистему, и они должны работать друг с другом, а не против друг друга, чтобы экосистема работала бесперебойно. Чтобы архитектурный дизайн имитировал природу на уровне экосистемы, он должен следовать этим шести принципам.
Примеры биомимикрии в архитектуре
Уровень организма
На уровне организма архитектура смотрит на сам организм, применяя его форму и / или функции к зданию.
Шестиугольная оболочка « Gherkin Tower» Нормана Фостера (2003) навеяна губкой «Цветочная корзина Венеры». Эта губка находится в подводной среде с сильными водными потоками, а ее решетчатый экзоскелет и круглая форма помогают рассеять эти нагрузки на организм. [18]
Проект « Эдем» (2001) в Корнуолле, Англия, представляет собой серию искусственных биомов с куполами, смоделированными по образцу мыльных пузырей и пыльцевых зерен. Grimshaw Architects обратились к природе, чтобы создать эффектную сферическую форму. Полученные геодезические шестиугольные пузырьки, надуваемые воздухом, были построены из этилен-тетрафторэтилена (ETFE) - легкого и прочного материала. [19] Окончательная надстройка весит меньше воздуха, который она содержит.
Уровень поведения
На уровне поведения здание имитирует то, как организм взаимодействует с окружающей средой, чтобы построить структуру, которая также может без сопротивления вписаться в окружающую среду.
Центр Истгейт, спроектированный архитектором Миком Пирсом совместно с инженерами Arup Associates, представляет собой большой офисно-торговый комплекс в Хараре, Зимбабве. Чтобы свести к минимуму возможные затраты на регулирование внутренней температуры здания, Пирс обратился к самоохлаждающимся холмам африканских термитов. В здании нет кондиционера или отопления, но температура регулируется с помощью пассивной системы охлаждения, вдохновленной самоохлаждающимися насыпями африканских термитов. [20] Структура, однако, не должна быть похожа на термитник, чтобы функционировать как одна, и вместо этого эстетически заимствована из местной зимбабвийской каменной кладки.
Катарское здание кактусов, спроектированное бангкокской компанией Aesthetics Architects для министра муниципальных дел и сельского хозяйства, представляет собой проектируемое здание, в котором связь кактуса с окружающей средой используется в качестве модели для строительства в пустыне. Функциональные процессы, выполняемые бесшумно, вдохновлены тем, как кактусы выживают в сухом, палящем климате. Солнцезащитные шторы на окнах открываются и закрываются в ответ на жару, так же, как кактус подвергается испарению ночью, а не днем, чтобы удерживать воду. [21] Проект выходит на уровень экосистемы в прилегающем ботаническом куполе, система управления сточными водами которого следует процессам, сохраняющим воду и имеющим минимальное количество отходов. Включение живых организмов в стадию разложения сточных вод сводит к минимуму количество внешних энергетических ресурсов, необходимых для выполнения этой задачи. [21] Купол создаст пространство с контролируемым климатом и воздухом, которое можно будет использовать для выращивания источника пищи для сотрудников.
Уровень экосистемы
Построение на уровне экосистемы включает в себя имитацию того, как многие компоненты среды работают вместе, и, как правило, относятся к городскому масштабу или более крупному проекту с несколькими элементами, а не к единой структуре.
Проект Cardboard to Caviar, основанный Грэмом Уайлсом в Уэйкфилде, Великобритания, представляет собой циклическую замкнутую систему, использующую отходы в качестве питательного вещества. [22] Проект платит ресторанам за картон, измельчает его и продает конным центрам за подстилку для лошадей. Затем грязное постельное белье покупается и помещается в систему компостирования, которая производит много червей. Червей скармливают икре, из которой получается икра, которую продают обратно в рестораны. Идея об отходах для одного как о питательном веществе для другого может быть перенесена на целые города. [19]
Проект Sahara Forest Project, разработанный фирмой Exploration Architecture, представляет собой теплицу, которая рассчитана на использование только солнечной энергии для работы в качестве системы с нулевыми отходами. [23] Проект находится на уровне экосистемы, потому что многие его компоненты работают вместе в циклической системе. Обнаружив, что пустыни раньше были покрыты лесами, Exploration решила вмешаться на границах лесов и пустынь, чтобы обратить вспять процесс опустынивания. Проект имитирует Намибийского пустынного жука для борьбы с изменением климата в засушливой среде. [19] Он основан на способности жука саморегулировать температуру своего тела, аккумулируя тепло днем и собирая капли воды, которые образуются на его крыльях. В конструкции теплицы используется соленая вода для испарительного охлаждения и увлажнения. Испаренный воздух конденсируется в пресную воду, позволяя теплице оставаться отапливаемой в ночное время. Эта система производит больше воды, чем нужно внутренним растениям, поэтому излишки выбрасываются для роста окружающих растений. Солнечные электростанции основаны на идее о том, что симбиотические отношения важны в природе, они собирают солнце и обеспечивают тень для роста растений. В настоящее время проект находится на пилотной стадии.
Лаваса, Индия - это город площадью 8000 акров, предложенный организацией HOK (Хельмут, Обата и Кассабаум) для региона Индии, подверженного муссонным наводнениям. [24] Команда HOK определила, что первоначальная экосистема участка была влажным лиственным лесом, прежде чем он превратился в засушливый ландшафт. В ответ на сезонное наводнение они спроектировали фундамент здания для хранения воды, как это делали бывшие деревья. Городские крыши имитируют естественный фиговый лист баньяна, если смотреть на его капельную систему, которая позволяет воде стекать, одновременно очищая ее поверхность. [25] Стратегия перемещения избытка воды по каналам заимствована у местных муравьев-комбайнов, которые используют многолучевые каналы для отвода воды от своих гнезд.
Критика
Биомимикрию критиковали за дистанцирование человека от природы, определяя два термина как отдельные и отличные друг от друга. Необходимость классифицировать человека как отличного от природы поддерживает традиционное определение природы, заключающееся в том, что это те вещи или системы, которые возникают независимо от человеческого намерения. Джо Каплински также утверждает, что, основываясь на замысле природы, биомимикрия рискует предполагать превосходство решений, данных природой, над созданными руками человека. [26] Обожествляя природные системы и обесценивая человеческий дизайн, биомиметические структуры не могут угнаться за созданной человеком окружающей средой и ее проблемами. Он утверждает, что эволюция человечества в культурном отношении основана на технологических инновациях, а не на экологической эволюции. Однако архитекторы и инженеры не основывают свои проекты исключительно на природе, а только используют ее части в качестве вдохновения для архитектурных решений. Поскольку конечный продукт на самом деле представляет собой слияние естественного дизайна с человеческими инновациями, биомимикрию на самом деле можно рассматривать как приведение человека и природы в гармонию друг с другом.
Смотрите также
HOK (Хельмут, Обата и Кассабаум ) Биомимикрия
дальнейшее чтение
- Бенюс, Джанин. Биомимикрия: инновации, вдохновленные природой . Нью-Йорк: многолетник, 2002. ISBN 978-0060533229
- «Институт биомимикрии 3.8», Институт биомимикрии 3.8, http://biomimicry.net/ .
- Полин, Майкл. Биомимикрия в архитектуре . Лондон: RIBA Publishing, 2011. ISBN 978-1859463758
- Винсент, Джулиан. Биомиметические паттерны в архитектурном дизайне . Архитектурное проектирование 79, вып. 6 (2009): 74-81. DOI : 10.1002 / ad.982
- Аль-Обаиди, Карам М. и др. Шкуры биомиметических зданий: адаптивный подход . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 79 (2017): 1472-1491. DOI: 10.1016 / j.rser.2017.05.028
Рекомендации
- ^ а б Бенюс, Джанин М. (1997). Биомимикрия: инновации, вдохновленные природой (1-е изд.). Нью-Йорк: Морроу. ISBN 0-688-13691-5. OCLC 36103979 .
- ^ а б в г д Книпперс, Ян; Никель, Klaus G .; Спек, Томас, ред. (2016). Биомиметические исследования для архитектуры и строительства . Биологически вдохновленные системы. 8 . Чам: Издательство Springer International. DOI : 10.1007 / 978-3-319-46374-2 . ISBN 978-3-319-46372-8.
- ^ Radwan, Gehan.AN; Усама, Ноуран (2016). "Биомимикрия, подход к энергоэффективному дизайну обшивки здания" . Науки об окружающей среде . 34 : 178–189. DOI : 10.1016 / j.proenv.2016.04.017 .
- ^ Ригль , «Арабесковый» от проблем стиля: основ истории орнамента, переведенной Эвелин Kain, (Princeton, NJ: Princeton University, 1992), 266-305.
- ↑ AW van Buren и RM Kennedy, «Вольер Варрона в Casinum», Журнал римских исследований 9 (1919): 63.
- ^ Полин, Майкл. Биомимикрия в архитектуре (Второе изд.). Ньюкасл-апон-Тайн. ISBN 978-0-429-34677-4. OCLC 1112508488 .
- ↑ Джордж Р. Коллинз, «Антонио Гауди: структура и форма», Perspecta 8 (1963): 89.
- ^ а б Дэвид Пирсон, Новая органическая архитектура: разрушительная волна (Лос-Анджелес: Калифорнийский университет Press, 2001), 10.
- ^ Дэвид Пирсон, Новая органическая архитектура: разрушительная волна (Лос-Анджелес: Калифорнийский университет Press, 2001), 14.
- ^ Раффаэле Пернис, «Пересмотр метаболизма: его роль в архитектурном контексте мира», Журнал азиатской архитектуры и строительной инженерии 3, вып. 2 (2004), 359.
- ^ Кензо Танге, «План Токио, 1960: На пути к структурной реорганизации», в «Архитектурная культура 1943-1968: документальная антология», под ред. Джоан Окман, 325-334 (Нью-Йорк: Риццоли, 1993), 327.
- ^ Азиз, Мохеб Сабри; Эль-Шериф, Амр Ю. (март 2016 г.). «Биомимикрия как подход к био-вдохновленной структуре с помощью вычислений» . Александрийский инженерный журнал . 55 (1): 707–714. DOI : 10.1016 / j.aej.2015.10.015 .
- ^ Спек, Томас; Спек, Ольга (2019), Вегнер, Ларс Х .; Lüttge, Ulrich (ред.), "Появление в системах Биомиметических Материалов" , Возникновение и модульность в области наук о жизни , Cham: Springer International Publishing, стр 97-115,. Дои : 10.1007 / 978-3-030-06128-9_5 , ISBN 978-3-030-06127-2, получено 16.11.2020
- ^ Аль-Обаиди, Карам М .; Аззам Исмаил, Мухаммед; Хусейн, Хазрина; Абдул Рахман, Абдул Малик (13 июня 2017 г.). «Биомиметические строительные шкуры: адаптивный подход». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 79 : 1472–1491. DOI : 10.1016 / j.rser.2017.05.028 . ISSN 1364-0321 .
- ↑ «Бионический автомобиль Mercedes-Benz: обтекаемый и легкий, как рыба в воде - экономичный и экологически чистый благодаря новейшим дизельным технологиям», - Даймлер, последнее изменение 7 июня 2005 г. [1] .
- ^ «StoColor Lotusan Lotus-Effect фасадная краска», Sto Ltd., http://www.sto.co.uk/25779_EN-Facade_paints-StoColor_Lotusan.htm. Архивировано 8 июня2013 г. на Wayback Machine .
- ^ Сальма Ашраф Эль Ахмар, «Биомимикрия как инструмент устойчивого архитектурного дизайна: на пути к морфогенетической архитектуре» (магистерская диссертация, Александрийский университет, 2011), 22.
- ^ Ehsaan, «Естественное Вдохновение лорда Фостера: Огурец башня» биомиметическая архитектура (блог), 24 марта 2010, http://www.biomimetic-architecture.com/2010/lord-fosters-natural-inspiration-the-gherkin -tower / Архивировано 18 мая 2012 г. в Wayback Machine .
- ^ a b c Майкл Паулин, «Использование гения природы в архитектуре» (2011, февраль), [видеофайл] Получено с http://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_in_architecture.html?embed=true .
- ^ Джилл Ференбахер, «Биомиметическая архитектура: зеленое здание в Зимбабве, смоделированное по образцу термитных курганов», Inhabitat, последнее изменение - 29 ноября 2012 г., http://inhabitat.com/building-modelled-on-termites-eastgate-centre-in-zimbabwe / .
- ^ a b Бриджит Мейнхолд, «Катар дает ростки кактусу-небоскребу», Inhabitat, последнее изменение - 17 марта 2009 г., http://inhabitat.com/qatar-cactus-office-building/ .
- ^ Майкл Паулин, «Биомимикрия», в Зеленом дизайне: от теории к практике, под редакцией Кена Янга и Артура Спектора, (Лондон: Black Dog, 2011), 37.
- ^ «Sahara Forest Project», Sahara Forest Project, Inc., http://saharaforestproject.com .
- ^ «Лаваса - планируемый холмистый город Индии», Lavasa Corporation Ltd., http://www.lavasa.com .
- ^ Джон Гендалл, «Архитектура, имитирующая жизнь», журнал Harvard, последнее изменение - октябрь 2009 г., http://harvardmagazine.com/2009/09/architecture-imitates-life .
- ^ Джо Каплински, «Биомимикрия против гуманизма», Архитектурный дизайн 76, (2006), 68.
Внешние ссылки
- Майкл Паулин: Использование гения природы в архитектуре @ TED.com