精編基于白蟻丘的仿生建筑暢想_仿生建筑

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1、基于白蟻丘的仿生建筑暢想_仿生建筑 溫州大學(xué) 20XX-2020學(xué)年第1學(xué)期《建筑構(gòu)造（下）》論文作業(yè) 課程名稱：建筑構(gòu)造（下） 教師： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 基于白蟻丘的仿生建筑暢想 摘 要：近年來，仿生學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用變得越來越廣泛，它在建筑中的使用實(shí)現(xiàn)了大自然、生物人類生存環(huán)境及人的協(xié)調(diào)發(fā)展，體現(xiàn)了人類崇尚大自然的愿望。反觀來說，這也是仿生學(xué)給予建筑設(shè)計(jì)巨大幫助的表觀體現(xiàn)。本文從對(duì)建筑仿生的理解和實(shí)施其的必然性開始，通過對(duì)白蟻巢穴的生態(tài)研究來實(shí)現(xiàn)其對(duì)于今后建筑設(shè)計(jì)的幫助和啟發(fā)，并探討其應(yīng)用于未來城市發(fā)展的構(gòu)想。

2、 關(guān)鍵詞：仿生建筑設(shè)計(jì)；白蟻丘；自然通風(fēng)；未來城市 Imagination of on Bionic Architecture Based on Termite Mound Abstract:In recent years, the application of Bionics in architectural design has become more and more widespread. Its use in architecture has realized the coordinated development of nature, biological hum

3、an living environment and human beings, reflecting the human desire to advocate nature. On the contrary, it is also the apparent manifestation of the tremendous help bionics has given to architectural design. Starting from the understanding of architectural bionics and the inevitability of its imple

4、mentation, this paper realizes the help and Inspiration of termite nests for future architectural design through ecological research, and explores the concept of its application in future urban development. Keywords: Bionic Architectural Design; Termite Mound; Natural Ventilation; Future City

5、 一、何為建筑仿生 仿生建筑學(xué)就是以生物界某些生物體功能組織和形象結(jié)構(gòu)成規(guī)律為原理，探索自然界科學(xué)合理的建筑規(guī)律，并通過這此原理來豐富和完善建筑處理手法促進(jìn)建筑形體結(jié)構(gòu)及建筑功能布局等的高效設(shè)計(jì)和合理形成。通俗地講就是在建筑設(shè)計(jì)中引入一定的生物的特點(diǎn)、性能、結(jié)構(gòu)和功能，使得建筑設(shè)計(jì)更加實(shí)用、更加具有美感、更加節(jié)約材料等，最終實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的改良和優(yōu)化。 二、 建筑仿生的必要性 人類文化從蒙昧?xí)r代進(jìn)入文明時(shí)代就是在模仿自然和適應(yīng)自然界規(guī)律的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展起來的，直到近現(xiàn)代時(shí)期，特別是飛機(jī)和潛水艇的發(fā)明也都是仿生的科研成果，人們從飛鳥和魚類的特性中獲得啟發(fā)，取得了史無前例的新成就。建筑同

6、樣如此，古代從巢居穴居到各類建筑的出現(xiàn)，無不留下了模仿自然的痕 跡。但是，隨著工業(yè)化的高速發(fā)展，使人類的文明發(fā)生了異化，反過來破壞了自己的生存環(huán)境，也使自己的創(chuàng)作困于僵化的機(jī)器制品，束縛了創(chuàng)造性，這就是為什么在近幾十年來人類重新對(duì)仿生學(xué)開始重視的原因。許多有創(chuàng)見的建筑師進(jìn)行了有關(guān)建筑仿生的實(shí)踐，使建筑仿生學(xué)已逐漸成為一種時(shí)代潮流。 三、 建筑仿生的發(fā)展方向 20開始的掠奪式的地球資源的開發(fā)和粗暴的揮霍，導(dǎo)致了地球的能源危機(jī)和環(huán)境惡化。人類的生存環(huán)境面臨險(xiǎn)境，反思之余，人們希望能夠從生物界獲得生態(tài)智慧，尤其是建筑行業(yè)的從業(yè)人員。在當(dāng)代仿生科技的帶動(dòng)下，建筑仿生開始由原來以形象仿生為主，轉(zhuǎn)變

7、為以生態(tài)為目標(biāo)的空間、材料和結(jié)構(gòu)等綜合性的性能仿生，希望可以在滿足人類舒適需求的同時(shí)，減少能源和資源消耗，降低環(huán)境負(fù)荷。 四、 白蟻丘——建筑綜合仿生的經(jīng)典樣本 白蟻的巢穴是生物學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)經(jīng)典樣本和“奇跡工程”，白蟻丘便是其中一種，其以凹凸不平的塔體形狀聳立于地面，有的甚至高達(dá)數(shù)米（圖1）。一個(gè)英美科研小組對(duì)非洲撒哈拉沙漠巨型白蟻丘進(jìn)行了為期3天的研究后發(fā)現(xiàn)，無論外界氣溫如何頻繁、劇烈地變化，蟻穴內(nèi)的溫度卻驚人地穩(wěn)定（圖2）。 白蟻丘內(nèi)部具有肺臟一般復(fù)雜多變的空間結(jié)構(gòu),向上呈樹枝狀，與丘體表面開口相連，向下則分成許多細(xì)孔道，呈輻射狀延伸后又合并成粗孔道，通往潮濕陰涼的地下深處。

8、利用這些通天接地、相互連通的空間結(jié)構(gòu)，白蟻丘能夠充分利用自然條件，使蟻穴內(nèi)空氣保持新鮮，并將溫度穩(wěn)定在30攝氏度上下。下面借助科學(xué)家的研究成果，對(duì)白蟻丘的生態(tài)功能進(jìn)行一個(gè)初步的解讀，并實(shí)現(xiàn)其對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的初步構(gòu)想。 4.1 白蟻丘的氣候調(diào)節(jié)（通風(fēng)系統(tǒng)） 巨大的晝夜溫差使得白蟻丘必須隨時(shí)應(yīng)對(duì)降溫和保溫兩方面的問題，并隨時(shí)保持空氣新鮮。‘夏季的白天，白蟻從低于地下水位的土壤深處，將陰冷的濕泥漿搬運(yùn)上來，作為冷源;同時(shí)丘體下半部分的開口將新鮮空氣捕捉進(jìn)來，通過途徑眾多的外圍空間下沉至底部，被濕泥漿所冷卻，冷卻后的空氣在吸收丘體內(nèi)的熱量后通過中央通道上升，高聳的丘體變成了“煙囪”，起到拔風(fēng)作用，最

9、后熱空氣通過丘體上半部分的開口排出。夜間，當(dāng)外界溫度下降、巢內(nèi)需要保溫時(shí)，土丘良好的蓄熱能力能夠?yàn)榍痼w內(nèi)部提供足夠的熱輻射。這時(shí)，白蟻封堵丘體表面的開口，僅在附近地表留有出口，以維持換氣。通過對(duì)丘體表面及地表通氣口連續(xù)不斷的挖、堵變換，蟻丘能夠適應(yīng)外界的自然節(jié)律變化，控制自然風(fēng)的進(jìn)出。這種巧妙的空間結(jié)構(gòu)及自調(diào)行為，大大加強(qiáng)了內(nèi)部氣流控制能力，不但保證了氧氣的供應(yīng)，而且還起到了保溫、隔熱作用，使蟻丘成為名副其實(shí)的空調(diào)塔’（1）（圖3）。由此可以看出，白蟻丘通風(fēng)系統(tǒng)的好處是很明顯的，假如人類能做出與之相媲美或想接近的通風(fēng)系統(tǒng)，即通過空間仿生，組織好建筑內(nèi)部的通風(fēng)空間，取代空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)良好的自然通

10、風(fēng)，那么將在節(jié)省能源方面做出很大的貢獻(xiàn)。所以說這方面可以作為我們?cè)趹?yīng)用于建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)研究方向。 4.2 白蟻丘的生態(tài)建材 ‘科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，白蟻維持丘穴內(nèi)恒定溫度的動(dòng)力，主要源自其食物生長(zhǎng)的需要，那是一種非洲白蟻丘所獨(dú)有的真菌。白蟻與真菌建立了一種互利互惠的共生關(guān)系。除食用之外，白蟻還利用這種真菌將木漿分解成纖維，并混之以唾液、泥土及糞便，來生產(chǎn)修建蟻丘的堅(jiān)固材料。白蟻在丘穴內(nèi)構(gòu)建起了良好的生態(tài)平衡，巧妙地實(shí)現(xiàn)了廢物的再生利用。白蟻使用酶解原理創(chuàng)建這種混合材料的過程，給人類以很大啟發(fā)，其原理被廣泛應(yīng)用于生態(tài)混凝土的研發(fā)中’（2）。混凝土是現(xiàn)代建筑中廣泛采用的建筑材料。傳統(tǒng)的混凝土容易產(chǎn)生泌水

11、、析離或蜂窩等現(xiàn)象，質(zhì)量會(huì)受到較嚴(yán)重的損害，另外混凝土的體積變化大，容易干縮、潛變和龜裂。那么在建筑設(shè)計(jì)中采用模仿白蟻筑丘材料的生態(tài)混凝土，即通過材料仿生，利用其蓄熱材料的原理，使得室內(nèi)溫度始終略高于混凝土樓板的恒定溫度，從而發(fā)揮其良好的蓄熱性能。 4.3白蟻丘的能源“反利用” ‘植物可以直接利用太陽(yáng)能進(jìn)行光合作用，生產(chǎn)自身所需的能量，動(dòng)物則無法做到這一點(diǎn)，而是主要依靠攝取食物獲取能量，同時(shí)采取措施規(guī)避不利氣候，減少能量需求，科學(xué)家將動(dòng)物對(duì)自然能源的這種利用方式稱為“反利用”。由于所處地的氣候條件不同，白蟻丘形態(tài)各異，有的為了適應(yīng)多雨環(huán)境，上部造有傘狀“屋頂”，有些則為了避免夏天過熱現(xiàn)象，

12、筑成長(zhǎng)形并迎向主導(dǎo)風(fēng)。盡管如此，出于通風(fēng)和散熱的需要，它們普遍具有凹凸粗糙的不光滑外形，表面分布著大量孔洞（圖4）。白蟻丘以千變?nèi)f化的自然形態(tài)精妙地維持著能量平衡，正是能源反利用的最佳例證’（3）。那么，通過外部的肌理仿生，利用其凹凸粗糙的立面肌理，便能同白蟻丘一樣，實(shí)現(xiàn)建筑具有良好的遮陽(yáng)和散熱作用。 五、 對(duì)于未來城市發(fā)展的構(gòu)想 通過上文的描述，未來的城市建筑單體便可以實(shí)現(xiàn)以生態(tài)為目標(biāo)的空間、材料、結(jié)構(gòu)和能源等綜合性的性能仿生建筑單體：建筑內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了利用白蟻丘的自循環(huán)系統(tǒng)，就像是在建筑單體的中心結(jié)構(gòu)上裝有多個(gè)二氧化碳提取器，從頂上的煙囪里排除處理過的二氧化碳。這樣一個(gè)建筑單體，滿足了所有

13、的功能整合和生態(tài)需求。由此我們便可以想象在未來城市中，每一個(gè)仿生建筑的單體就相當(dāng)于一根柱子，竹節(jié)就是建筑間的連接方式，而相當(dāng)于“連廊”的水平面起著連接單個(gè)建筑建筑的作用，整個(gè)空間是連續(xù)的，城市像是被絲帶串聯(lián)，增加隊(duì)與人互動(dòng)交流的機(jī)會(huì)。城市整體好似森林里的竄天大樹，依靠空中連廊連接在一起?？v向、橫向空間交錯(cuò)發(fā)展，形成一個(gè)龐大的生態(tài)系統(tǒng)(圖5)。那么我們想象一下未來城市構(gòu)想中建筑單體的熱空氣也是向上排出。仿生建筑的特性之一就是把景觀引進(jìn)建筑，白蟻丘的生態(tài)原理亦是如此，利用植物的光合作用消耗部分的二氧化碳，同時(shí)也能加強(qiáng)建筑間氣流的流動(dòng)，達(dá)到自循環(huán)的平衡效果，那么未來城市的整體狀態(tài)便如白蟻丘的散熱原理

14、一樣，從而達(dá)到緩解城市熱島效應(yīng)的效果。(圖6) 六、結(jié)語(yǔ) 大自然告訴我們，經(jīng)過億萬(wàn)年演化篩選出的生命智慧，在生態(tài)意義上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工創(chuàng)造，所以我們應(yīng)當(dāng)更多的向大自然學(xué)習(xí)，將仿生學(xué)應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)中，為我們的建筑設(shè)計(jì)提供更多的靈感和素材，并充分展現(xiàn)建筑的美學(xué)效果，賦予建筑更多的內(nèi)涵，促進(jìn)建筑、人與自然之間的有效融合，從而實(shí)現(xiàn)城市的發(fā)展以及文化的傳承。雖然目前仿生學(xué)的應(yīng)用還處在初級(jí)階段，不過相信在未來的發(fā)展中，其將會(huì)成為建筑設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能化、智能化、生態(tài)化的建筑目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。相信未來的城市發(fā)展定是一片藍(lán)圖。 參考文獻(xiàn) [1]《生命科學(xué)與仿生》【（2004）杜家緯】 [2]《源自白蟻丘的生態(tài)智慧》（1）（2）（3）【（2010）趙繼龍 】 [3]《建筑設(shè)計(jì)中的仿生構(gòu)思法初探》【（20XX）蘇若溪；李昌盛】 [4]《論仿生學(xué)在建筑中的應(yīng)用》【（2016）鮑軼】