黄色在线,不卡av中文字幕手机看,中文字幕被操怀孕的人妻视频,五月丁香啪啪网,www.三级片.com.on,另类专区亚洲,老师国产福利在线视频

林草網(wǎng)群 使用指南添加到桌面
分網(wǎng)
當(dāng)前位置:關(guān)注森林 > 生物多樣性(作廢) > 三類多樣性 > 正文 站內(nèi)導(dǎo)航

人類模仿大自然的“設(shè)計”——建筑中的大自然仿生學(xué)

媒體:宇宙探索百科  作者:宇宙探索百科
專業(yè)號:黃艷(森林瑜伽) 2020/3/15 20:06:59

世間萬物千姿百態(tài),都是經(jīng)過漫長的、優(yōu)勝劣汰的競爭和千辛萬苦的進化,致使在結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能三方面達到最優(yōu)設(shè)計而流傳于世。所以,大自然的精妙建筑確是人類建筑師和設(shè)計師的最好老師。我們可以發(fā)現(xiàn),人類的創(chuàng)造不管多么精巧,幾乎都能在大自然的創(chuàng)造物中找到對應(yīng)的影子。于是,人們開始對大自然進行有意識地模仿,從大自然汲取營養(yǎng),請大自然開拓思路,一門新興的綜合學(xué)科——仿生學(xué)便應(yīng)運而生了。

仿生設(shè)計并不是單純地模仿照抄,它是吸收動物、植物的生長機理,以及一切自然生態(tài)的規(guī)律,結(jié)合設(shè)計的自身特點,而適應(yīng)新環(huán)境的一種創(chuàng)造。

蛋殼與體育館

生物為了存在和發(fā)展,最起碼的條件是:必須平衡地心引力,防御一切外力,適應(yīng)自然環(huán)境,在長期的進化進程中自然而然地形成最合理、最穩(wěn)定、最經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形態(tài)。羽茅草和禾本科植物的長葉往往卷曲成筒形或殼形,香蒲植物的葉子又構(gòu)成螺旋狀,帽狀蘑菇的輻射密肋,以及弧形的貝殼和殼面之波、空心的葦稈和稈間之節(jié),都啟發(fā)人類去探索空間結(jié)構(gòu)的奧秘。

人們已經(jīng)發(fā)覺,傳統(tǒng)建筑的梁板支撐體系實際上是一種不經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式,而且不能滿足現(xiàn)代社會對大跨度空間的需求。仿生空間結(jié)構(gòu)則幫助建筑師和工程師解決了難題。

蛋類的外殼雖然很薄,卻能耐受相當(dāng)大的外力。這是因為,這類結(jié)構(gòu)具有彎曲的表面,殼體在外力作用下,內(nèi)力是沿著整個表面擴散和分布的,因而殼體單位面積上所受的力就小了許多。

據(jù)統(tǒng)計,各國為舉辦奧運會而建造的體育館,有60%以上采用薄壁空間結(jié)構(gòu)。法國夏蒙尼先斯滑雪山北區(qū)體育中心由9個三角形薄殼所組成,覆蓋面積達6000平方米。1980年建成的香港太空館是一個典型的蛋殼形,23米直徑的半球形天象廳酷似雞蛋的核心部分——蛋黃。雞蛋殼厚約0.5毫米,一只普通雞蛋縱向直徑按照7厘米計算,兩者之比約為1:140,可見人類仿生工程的巨大意義。

更有趣的是,國外有人模仿雞蛋設(shè)計了一種特殊的抗震房屋,“蛋殼”是用鋼鐵制造的,“蛋白”用耐高溫玻璃、石棉等制造,人住在相當(dāng)于“蛋黃”的部分。這種房屋能抵抗強烈地震,即使被震翻了,也能像雞蛋一樣滾過來復(fù)原。屋內(nèi)貯有空氣、水和食物,在與外界完全隔絕的情況下,7個人可在里面生活1個星期。住在這種房屋里,即使遇到強烈地震,也會安然無恙。

麥稈與電視塔

中空的麥稈能承受比它重得多的麥穗而不倒伏,這是因為,在橫斷面積相同的情況下,實心稈和空心稈的承壓能力雖然一樣,但長長的莖受壓后,往往不會因斷面壓力過高而發(fā)生突然斷裂的情形,而是在受壓后莖稈先彎曲,最后因彎力過大而折斷。而斷面積相同的空心稈外徑要比實心稈大,因此空心稈承壓后抵抗彎曲變形的能力要比實心稈大得多。麥稈的功能給建筑師以設(shè)計靈感,他們利用麥稈原理,把一些高大的柱子和稈件都設(shè)計成空心的。這樣可以大大提高它們的承壓能力,起到“重半功倍”的作用。

另外,所有稈莖支承植物幾乎都是下粗上細的,既減輕了自重,又加強了穩(wěn)定性。因此,不管任何方向吹來的風(fēng),很容易沿著稈莖圓面的切線方向掠過,從而減小對植物的影響。反之,如果稈莖是平面的,毫無疑問,平面比圓面上的一點受風(fēng)力都大大增加。這樣,植物就有可能被風(fēng)刮歪,甚至倒斃。

加拿大多倫多電視塔高533米,用400號混凝土澆筑成下粗上細的形狀,底翼寬約30.5米,可謂龐然大物。但它的平均細長比(平均直徑和高度之比)約1/10,而稈莖植物(麥稈、甘蔗、竹等)的細長比可達l/100~1/200。兩相比較,人類的建筑遠未達到大自然的神功。

王蓮葉與展覽廳

薄薄的王蓮葉最多能夠承重70千克。這是因為,王蓮葉背面有許多粗大的葉脈,其問連以鐮刀形的橫筋,構(gòu)成了一種網(wǎng)狀骨架,縱橫交錯,又粗又壯,可以承受很大的負荷。

于是,有位花匠模仿王蓮葉脈的構(gòu)造,用鋼材和玻璃成功地建造了一座漂浮在水面上的美麗“水晶宮”。

后來,意大利設(shè)計師建造了一座跨度為95米的都靈展覽大廳,其屋頂采用了王蓮的網(wǎng)狀葉脈結(jié)構(gòu),在拱形的縱肋之間連以波浪形的橫隔,不僅保證了大跨度屋頂有足夠的強度和剛度,而且美觀大方,輕巧堅固。

“春筍建筑法”

應(yīng)該指出,人類在結(jié)構(gòu)仿生方面還停留在靜態(tài)階段,仔細觀察一下生物的生長過程,恐怕對人類工程會有更大的借鑒意義。例如,十丈青松,挺拔矗立;勁細翠竹,輕巧剛直,都是從地面寸寸長起,自己“建造”自己。

那么,人類的建筑可否如青松生長、雨后春筍一般,把自己一節(jié)節(jié)“長”上去呢?

有人曾提出一種不用腳手架、不用大型起重機,而是由建筑自身的屋面開始從地面一節(jié)節(jié)“長”上去的“春筍建筑法”,1星期可建成1幢4層高的住宅樓。

這種方法把每一層墻板從高度上分成三四段預(yù)制好,然后用液壓頂以1米的行程,反復(fù)頂升,可以很快“長”成設(shè)計的建筑。

車前子與向陽屋

車前子原本是一種無足輕重的野草,近年來,卻受到了建筑師們的青睞,成為他們的珍寶。

建筑師們仔細觀察了車前子葉子的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)它們是按螺旋狀排列的,每兩片葉子之間豹夾角都是137°30′,不僅結(jié)構(gòu)合理,而且每片葉子都能得到充足的陽光。

建筑師仿照車前子的奇特結(jié)構(gòu),建造了螺旋狀排列的樓房。這種新型住宅改變了“向南背北”的傳統(tǒng)建筑朝向,一年四季,每間房子都陽光燦爛,空氣清爽,舒適宜人。

海貍與攔河壩

海貍是一種水陸兩棲獸類,它們的“家”修筑在湖岸或水流緩慢的河岸邊。這些屋頂圓圓的“小房”修得非常堅固,墻壁有2尺多厚,用黏泥修飾。每座“小房”分為二至三層,上層比較干燥,作為“臥室”;下層在水下,作為倉庫,堆積食物、樹皮和木柴。“小房”有兩個出口,一個通陸地,一個通水下。

令人驚奇的是,為了控制需要的水位,海貍還在靠河處筑起了堅固的堤壩。建壩時,它們總是選擇河流狹窄、可以就地取材(木料、石子)的地方為壩址。

海貍所建造的堤壩,正是人類建造的巨大攔河壩的雛形,它給水利建筑提供了有益的啟示。

菌膜與防水材料

建筑物的防水是一個“老大難”問題。不過,另一方面,在自然界中,動物和人的皮膚具有良好的防水性能,外面的水滲透不進去,里面的汗液卻能滲出來,保溫性能也很好,堪為建筑物防水所借鑒。

科學(xué)家們正在探索一種能夠形成菌膜的菌類(如紅茶菌)物質(zhì),把它們制成像人的皮膚一樣的膜狀防水材料。人們設(shè)想,把這種材料覆蓋在建筑物上以后,它能緩慢生長,出現(xiàn)破損時,又能自行修復(fù);外部的雨水滲不進去,內(nèi)部的潮氣卻能散發(fā)出來。

這對于改善建筑物的防水、保溫、隔熱性能以及節(jié)約能源,將會有重大意義。

蟻穴與恒溫辦公樓

在澳大利亞西部有一種白蟻巢穴,盡管穴外溫度一年四季變化很大(氣溫在3~42℃),但巢穴內(nèi)不論是白天還是夜晚,也不論是夏季還是冬季,溫度始終保持在30~32℃。這種白蟻巢穴調(diào)節(jié)溫度的能力簡直可以和現(xiàn)代化的空調(diào)系統(tǒng)媲美。

為了弄清白蟻為什么有如此高的本領(lǐng),科學(xué)家仔細研究了白蟻巢穴的構(gòu)造。他們發(fā)現(xiàn),這種白蟻巢穴分為地上、地下兩部分。地下部分是白蟻的生活區(qū),巢穴的地上部分則有個約3米高的泥塔,泥塔內(nèi)有一些空氣通道通到白蟻的地下生活區(qū)。泥塔斷面呈楔形,總是像羅盤一樣準(zhǔn)確地指向北方。因此,科學(xué)家把這種白蟻稱為“羅盤白蟻”。

泥塔的側(cè)壁皺巴巴的,表面積很大,在早晨和午后陽光斜射時能最大限度地吸收陽光的熱量,泥塔頂部呈尖錐形,表面積較小。這樣一來,在正午熾熱的陽光下,泥塔吸收的熱量就減少了。

“羅盤白蟻”建造這種特殊的泥塔,就是為巢穴創(chuàng)造恒溫條件。泥塔在陽光下受熱后,塔內(nèi)空氣通道之中的氣溫也隨之上升,空氣體積膨脹而向上升騰,這就產(chǎn)生了像煙囪一樣的抽氣作用,把新鮮空氣通過白蟻進出的通道抽吸到塔頂,形成一股風(fēng),吹過白蟻巢穴的生活區(qū)。

白蟻中的工蟻在巢穴內(nèi)“監(jiān)測”(感受)各處的溫度,并根據(jù)溫度的變化,阻斷或擴大巢穴內(nèi)的通道,以調(diào)節(jié)氣流。這就像人類用開、閉窗戶來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度一樣。

因此,無論外界氣溫如何變化,白蟻巢穴地下生活區(qū)的溫度,都保持在30~32℃。

建筑學(xué)家從白蟻巢穴的構(gòu)造得到極大啟示,認為人類也可以模仿白蟻,建造有自然通風(fēng)系統(tǒng)的辦公樓。雖然安裝了空調(diào)系統(tǒng)的大廈可以做到溫度恒定,但因門窗封閉,空氣不流通,長時間呆在里面的人很容易患上空調(diào)綜合征。

1994年,英國建筑師在諾丁漢興建了7幢仿白蟻巢穴的辦公樓,排成一個弧形面向北面,每幢大樓的角上都有一個17米高的圓柱形玻璃塔,其作用相當(dāng)于白蟻巢穴上的泥塔,當(dāng)陽光照射時,玻璃塔內(nèi)的空氣溫度升高,膨脹上升,起煙囪的抽氣作用,形成一個自然通風(fēng)系統(tǒng)。玻璃塔頂部還可用液壓方式升降,用來調(diào)節(jié)上升的空氣流量,由于塔中的空氣通道和辦公樓的各房間相通,上升氣流可以帶走多余的熱量并吸入新鮮空氣。在大樓內(nèi)有一個計算機能量管理系統(tǒng),它的作用相當(dāng)于白蟻巢穴中的工蟻,負責(zé)管理室內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng),控制玻璃塔頂?shù)纳?,以調(diào)節(jié)空氣流量,在寒冬還可啟動熱風(fēng)機,在夏夜可啟動風(fēng)扇,將清新的空氣引入室內(nèi)。

蘑菇與傘屋

所有的植物都呈啞鈴形,這是一種很好的建筑結(jié)構(gòu),它使植物利用最小的占地面積,就獲得了適度體積的地上部分,得到了大面積的陽光,而向下生長出的根系,能夠牢牢抓住土壤。利用這種結(jié)構(gòu),植物還能夠立體享受陽光:森林群落中喬木層以下有灌木層,灌木層以下還有草本層。模擬植物的仿生建筑可以更好地利用太陽能。

以蘑菇為例。蘑菇由3部分構(gòu)成:菌蓋、菌柄、菌絲。菌蓋離地有一定高度,菌絲呈放射狀向地下擴散,菌柄把兩者連接起來。這也是一個啞鈴結(jié)構(gòu)。

依照蘑菇的外形,人類可以設(shè)計、建造仿生建筑,其“菌絲”部分(仿生建筑的根基)可以采用植物根的形態(tài),將幾根長度與直徑都適宜的鋼管呈放射狀地打入地下,與巖石緊緊咬合,以產(chǎn)生的摩擦力來支持地上部分。這樣,可以大大減少地基部分的工程量。仿生建筑的“菌柄”部分(支柱)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),它的底部膨大。以便和根基連接為一體。仿生建筑的“菌蓋”部分(居住體)則采用鋼架結(jié)構(gòu),從支柱向四周輻射出許多鋼梁,屋頂做成拱形的鋼網(wǎng)架,并與鋼梁相銜接,共同形成一個籠狀的整體結(jié)構(gòu)。

由于采用啞鈴結(jié)構(gòu),這種仿生建筑所占地面只有傳統(tǒng)建筑的10%,而屋頂可以貼上大面積的太陽能電池。從遠處看,整個建筑就像一把大雨傘,因此取名叫“傘屋”。

小腿骨與埃菲爾鐵塔

人體骨架形態(tài)、結(jié)構(gòu)之精巧、合理和美妙,往往使建筑師們贊嘆不已。堂堂七尺之軀全靠骨骼支撐,這與高聳入云的摩天大樓憑借鋼架支撐幾乎一模一樣。

人坐著的時候,體重是依靠從骨盆側(cè)面延伸出來的骨頭來支撐的。這種簡單而有效的結(jié)構(gòu)啟發(fā)了建筑師。建筑師由此設(shè)計了一種空間支架模型,建筑物的重量由斜柱支撐著,再傳到幾個支持點,所有與重量負擔(dān)無關(guān)的材料,一概省去。這就為建筑物提供了一種既強有力又經(jīng)濟合理的支撐結(jié)構(gòu)。

人體的大腿骨要支撐全身的重量,又要前后左右擺動,因此,它“選用”了一種最合理的結(jié)構(gòu)形式——既輕又堅固。一般成年人的大腿骨能夠承受260~400千克的壓力,小腿骨吃力更大,比相同斷面的花崗巖還要堅固10多倍,它的剛度可以和熟鐵相比,但比重只有熟鐵的1/5。

巴黎埃菲爾鐵塔高327.7米,猶如巨人般聳入云天。一些建筑師研究之后得出結(jié)論:這座鐵塔的結(jié)構(gòu)并不新穎,只是一座重復(fù)著人體小腿骨的建筑;甚至兩者的表面角度都相符。

建筑仿生是一門妙趣橫生的新興科學(xué),是科學(xué)與美學(xué)的有機結(jié)合。生物是人類工程設(shè)計的最好老師。正如著名仿生設(shè)計師L·科拉尼所說:“仿生設(shè)計是一個揭示自然界生命體的設(shè)計領(lǐng)域,也可以稱為一項‘翻譯自然的事業(yè)’。”

可以預(yù)見,在不遠的將來,人類必將從表面的靜態(tài)仿生走向內(nèi)部的、動態(tài)的仿生,從而大大豐富人類的創(chuàng)造。

閱讀 19879
省份 融媒體指數(shù) 融媒體系數(shù)
平均數(shù) 1


Loading...
我也說兩句
E-File帳號:用戶名: 密碼: [注冊]
評論:(內(nèi)容不能超過500字。)

*評論內(nèi)容將在30分鐘以后顯示!
版權(quán)聲明:
1.依據(jù)《服務(wù)條款》,本網(wǎng)頁發(fā)布的原創(chuàng)作品,版權(quán)歸發(fā)布者(即注冊用戶)所有;本網(wǎng)頁發(fā)布的轉(zhuǎn)載作品,由發(fā)布者按照互聯(lián)網(wǎng)精神進行分享,遵守相關(guān)法律法規(guī),無商業(yè)獲利行為,無版權(quán)糾紛。
2.本網(wǎng)頁是第三方信息存儲空間,阿酷公司是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者,服務(wù)對象為注冊用戶。該項服務(wù)免費,阿酷公司不向注冊用戶收取任何費用。
  名稱:阿酷(北京)科技發(fā)展有限公司
  聯(lián)系人:李女士,QQ468780427
  網(wǎng)絡(luò)地址:www.arkoo.com
3.本網(wǎng)頁參與各方的所有行為,完全遵守《信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)保護條例》。如有侵權(quán)行為,請權(quán)利人通知阿酷公司,阿酷公司將根據(jù)本條例第二十二條規(guī)定刪除侵權(quán)作品。