Строительная биология
Строительная биология занимается исследованием влияния строительного производства на человека и окружающую среду и применением полученных знаний. В центре внимания строительной биологии находится санитарная совместимость строительных материалов и экологии с точки зрения их изготовления и уничтожения отходов. При этом для выпуска аналогичной продукции, отвечающей современным требованиям (например, требованиям обработки поверхности), часто используют уже известные материалы и рабочее оборудование.
Строительная биология возникла в рамках движения против архитектуры последних десятилетий, которая часто пренебрегала человеческими потребностями, сделав бетон и полимерные материалы господствующими строительными материалами, а также как следствие экологической дискуссии, которая способствовала выявлению большого количества проблем, связанных с воздействием многих строительных материалов на здоровье человека.
Оценка строительных материалов
В строительных материалах, средствах обработки поверхности и оборудовании должны быть сведены к минимуму вещества, опасные для здоровья человека, такие, как формальдегид, асбест и т. п.
Радиоактивные воздействия на человека в закрытом помещении часто выше, чем на открытом воздухе. Оно зависит от вида, количества и происхождения применяемых строительных материалов. Чтобы исключить риск для здоровья, необходимо избегать применения материалов с высокой радиоактивностью. Наиболее высокой радиоактивностью обладает большинство камней вулканического происхождения, таких, как пемза и гранит, а также многие изделия, изготовленные из промышленных отходов, таких, как шлаки <шлакобетон, шлаковата), шла-копортландцемент и химический гипс. Наряду с этим большую роль играют проницаемость строительных материалов по отношению к водяному пару и, в определенной степени, к воздуху, теплоизолирующие и тепло-аккумулирующие свойства строительных материалов.
Строительные биологи рекомендуют шире использовать природные строительные материалы, причем центральную
роль отводят кирпичу, глине,
древесине и извести. В каче
стве теплоизоляционных мате
риалов особенно рекоменду
ются легкие строительные
плиты из древесной шерсти с
магнезиальным вяжущим, изде
лия из волокон скорлупы коко
совых орехов и пробковые изо
ляционные материалы. В каче
стве красок рекомендуется
прежде всего применять
известковые, глинистые и сили
катные краски для стен и
потолков, продукты на основе
пчелиного воска, природной
смолы и экстракта коры для
При планировании населенных пунктов и сооружении домов следует исходить из наиболее рационального санитарного и экономического расположения зданий. Особое значение придается расположению зданий относительно лучей солнца; избежанию шумовых нагрузок; возможности использования солнечной энергии; исключению переменных электромагнитных полей.
Магнитное поле земли имеет определенную интенсивность в зависимости от местонахождения и точно определяется измерительными приборами. Это магнитное поле, с одной стороны, не следует полностью экранировать, например, путем применения больших металлических листов или железобетонных перекрытий (индукционная ячейка Фарадея), с другой стороны, остаточное поле не должно быть слишком интенсивным. В современных квартирах проводка, розетки, лампы и электрические приборы создают электромагнитные поля, которые могут оказывать отрицательное воздействие на здоровье человека, особенно когда он находится в состоянии покоя. Поэтому рекомендуется проводить предварительное обследование мест нового строительства, а также применять экранированные проводки и розетки, использовать свободные от сети выключатели.
Вид отопления также сильно влияет на самочувствие человека, поэтому строительные биологи рекомендуют системы отопления с высоким теплоизлучением (например, кафельные печи) и не рекомендуют отопление с высокой конвекцией, связанной с циркуляцией воздуха.
Строительная биология
Будем откровенны: принципы преподавания школьных предметов, к сожалению, не только не дают полноценного представления о той или иной науке, но зачастую убивают всякое желание продолжить знакомство с ней. Между тем, есть науки настолько многогранные, что их изучение вполне способно прояснить самые разные вопросы мироздания и устройства всего, что нас окружает. Тот же курс биологии, который нам предлагали изучить в школе, даже на сотую долю не отражает всего разнообразия этой увлекательной науки. К примеру – что мы знаем о строительной биологии? И многие ли из нас слышали ли когда-нибудь об этой науке?
Между тем, строительная биология изучает влияние строительного процесса на окружающую среду и здоровье человека. Основной акцент строительной биологии делается на санитарные характеристики материалов, из которых возводят различные сооружения. К примеру, если бы новостройки Москвы проектировали без предварительных исследований бетона, полимеров и других материалов, то здоровье жителей столицы уже давно оставляло бы желать лучшего.
Все строительно-отделочные материалы должны быть совместимы с экологическим фоном, как в процессе изготовления, так и при утилизации отходов от строительных работ. Опасные вещества в составе строительных материалов (формальдегид, асбест и другие) должны быть исключены либо сведены к предельному минимуму. Известно, что в помещениях воздействие радиоактивных веществ на человека становится гораздо более интенсивным, чем на открытом пространстве. Уровень этого воздействия напрямую зависит от того, какие материалы применялись при строительстве и отделке. Шлакобетон, шлаковата, химический гипс, камни вулканического происхождения следует использовать при строительстве жилья с максимальной осторожностью. Изучает строительная биология и способность материалов пропускать влагу, воздух и тепло.
Не так давно факторы, которые влияют на здоровье людей, при строительстве жилой недвижимости не учитывались. Итогом стало то, что многие здания вообще оказались не приспособлены под нормальное функционирование экосистемы. Ученые даже ввели новый термин «синдром больного здания». На людях, которые были вынуждены находиться в таких строениях, ситуация отражалась негативно: у них наблюдалась апатия, потеря интереса к работе, быстрое утомление, проблемы с концентрацией внимания.
Сегодня, когда на рынок регулярно поступают новые материалы, внедряются инновационные технологии, ученые уже уделяют пристальное внимание их изучению. Дешевые, легкие и простые в монтаже материалы зачастую несут прямую угрозу человеку и экологии. Для того чтобы избежать рисков, и существует строительная биология. Ее главные принципы заключаются в том, чтобы состав материала соответствовал экологическим требованиям, а технологии его производства – современным стандартам.
Активное развитие строительных технологий просто необходимо тщательно контролировать. И только взаимодействие ученых и тех, кто проектирует и создает жилые комплексы, офисные центры, торговые залы и другие сооружения, даст необходимый эффект и позволит сохранить здоровье природы и человека.
Исследовательская работа на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?»
В данной работе на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» проведен анализ и обобщение принципов архитектурной бионики в применении к различным строительным, техническим сооружениям и средствам.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №9
г. Выксы Нижегородской области
БИОНИКА В АРХИТЕКТУРЕ:
ПРИРОДА – СТРОИТЕЛЬ, ЧЕЛОВЕК – ПОДРАЖАТЕЛЬ?
ученица 10 класса МБОУ СОШ №9
Чеснова Карина Ахлимановна
учитель физики МБОУ СОШ №9
Демина Елена Константиновна.
1. Теоретическая часть
1.1 История зарождения науки «Бионика»……………………………………. 6
1.2 Бионика как современное направление в физике…………………………..8
1.3 Архитектурно-строительная бионика и ее направления..………………. 10
2 Практическая часть
2.1 Использование структур живой природы в архитектурной практике…. 12
2.2 П роблемы формообразования живой природы в архитектуре…………. 14
2.3 Экологический аспект архитектурной бионики …………………………..15
2.4 Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам……………………………………………………….17
2.5 Сравнение Эйфелевой и Шуховской башен……………………………….18
В данной работе на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» я провела анализ и обобщение принципов архитектурной бионики в применении к различным строительным, техническим сооружениям и средствам. Это стало возможным после изучения научной литературы по теме «Бионика. Архитектурные сооружения».
Таким образом, целью данной работы стало изучение принципов архитектурной бионики, исследование возможности и эффективности их применения для решения инженерно-технических задач.
Основные задачи исследовательской работы:
1) изучить направления и принципы развития архитектурной бионики;
2) оценить эффективность их применения для решения технических задач;
3) найти соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам;
4) сравнить всемирно известные архитектурные сооружения (Эйфелеву и Шуховскую башни) с точки зрения архитектурной бионики.
В результате проведенного исследования подтвердилась гипотеза о том, что природа – строитель всего в мире, а человек – ее подражатель.
Думаю, что моя работа «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?» будет интересна тем, кто интересуется всем новым, современным и перспективным, кто мечтает о своем теплом и уютном доме по принципам архитектурной бионики.
Знаете ли Вы, что через 15 лет в Шанхае должен появиться вертикальный город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек)?! Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен «принцип конструкции дерева».
И еще один факт: архитектор П. Солери спроектировал мост через реку длиной более километра по аналогии со свернутым живым листом. Эти примеры можно еще и еще продолжить не менее удивительными примерами.
И вновь появились вопросы. Например, может ли человек пройти мимо заманчивой идеи — создать своими руками то, что уже создала природа?
Вид человеческий существует около ста тысяч лет. Естественно, в начале человек учился строить у природы. Звери, рыбы, птицы «подсказывали» тогда человеку, что и как надо делать, чтобы решить насущные для него «инженерные задачи».
А современный человек? Окружив себя множеством сложных машин, живя в мире больших скоростей, он снова идет «на поклон» к природе. Почему? Потому что и теперь человек подмечает много преимуществ в творениях природы перед своими собственными созданиями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства, технологические процессы по сравнению со всеми известными в науке. Именно с целеустремленного «подглядывания» за природой родилась новая наука — бионика.
С другой стороны, можно привести совершенно противоположный пример: Человек сконструировал колесо, которое сослужило ему немалую службу. А ведь известно, что в природе нет такого прототипа. Значит, не всегда стоит подражать природе?
Кто же настоящий строитель всего в мире: природа или человек? Каковы принципы архитектурной бионики и ее строительные технологии?
Поиск ответов на эти вопросы и послужили написанием исследовательской работы на тему «Бионика в архитектуре: природа – строитель, человек – подражатель?».
Актуальность исследования. Развитие архитектурной бионики во многом предопределено временем. Я считаю, что это одно из самых актуальных на сегодняшний день направлений. А связано это с общей идеей возврата к природе, прослеживающейся сегодня во многих сферах человеческой деятельности.
Технократическое развитие последних десятилетий почти полностью подчинило себе образ жизни человека. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, экологическая совместимость которой с жизнью живого организма неуклонно стремится к нулю. Одним из способов восстановления равновесия, возврата к природе и может стать архитектурная бионика.
Таким образом, целью данной работы стало изучение принципов архитектурной бионики, исследование возможности и эффективности их применения для решения инженерно-технических задач.
Основные задачи исследовательской работы:
1) изучить направления и принципы развития архитектурной бионики;
2) оценить эффективность их применения для решения технических задач;
3) найти соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам;
4) сравнить всемирно известные архитектурные сооружения (Эйфелеву и Шуховскую башни) с точки зрения архитектурной бионики.
1. Теоретическая часть
1.1 История зарождения науки «Бионика»
С незапамятных времен пытливая мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Сначала человек мог только мечтать об этом – научиться делать то, что сделала уже природа применительно к другим живым существам.
Каждое живое существо это совершенная система, которая является результатом эволюции многих миллионов лет. Изучая данную систему, раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в строительстве сооружений.
Ученые эпохи Возрождения надеялись достичь желаемого решения посредством проведения строгих математических расчетов и выкладок и создания соответствующих механических конструкций. Ведь тогда механика, опиравшаяся на математику, занимала ведущее место в ряду всех зарождавшихся отраслей механического естествознания; поэтому-то и могло тогда казаться, что все загадки природы будут разгаданы именно с помощью механики и на её основе.
В соответствии с этим человек стремился к созданию механических моделей, которые могли бы имитировать интересовавшие его предметы и явления природы.
Когда прогресс науки привел к открытию фундаментальных законов не только механики, но и физики, химии, биологии и других отраслей естествознания, оказалось следующее: опираясь на эти законы, кладя их в основу соответствующих технических устройств, можно начать осуществлять одну за другой давнишние мечты человека.
Но какими отличными от живых существ оказались конструкции, устройства, инструменты и приборы, созданные человеком!
Достаточно сопоставить орган зрения – глаз – любого животного с некоторыми оптическими приборами и инструментами, сконструированными человеком, чтобы убедиться в том, насколько совершеннее естественный орган по сравнению с искусственным устройством.
В наши дни человек вернулся отчасти к своей первоначальной идее – по возможности полнее и точнее копировать в технике то, что достигнуто в живой природе, воспроизвести это в форме конкретных технических решений. Так зародилась новая наука – бионика.
Как и многие другие, важные направления современного научно-технического прогресса (например, кибернетика), бионика выросла из непосредственных запросов производственной практики. Возникла она на стыке между биологией и техникой, прежде всего, радиоэлектроникой и технической кибернетикой.
Здесь стыкуются такие далеко относящиеся друг от друга отрасли человеческого знания и практической деятельности, как БИОлогия и техНИКА.
1.2 Бионика как современное направление в физике
Различают несколько типов бионики :
Сегодня бионика делится на два вида :
Рис.1 Символ бионики
1.3 Архитектурно-строительная бионика и ее направления
Рассматривая возможности воплощения сложнейших инженерных идей, человек не мог не обратить свое внимание на результат деятельности гениальнейшего архитектора Вселенной – природу. За миллионы лет она создала такие совершенные формы и структуры, которые идеально организованы, гармонично взаимодействуют между собой и находятся в равновесии с окружающей средой. Возможность использования опыта живой природы в строительстве современных архитектурных сооружений и стала предметом изучения этого архитектурного направления.
К началу 1980-х годов благодаря многолетним усилиям коллектива специалистов ЦНИЭЛАБ (лаборатория архитектурной бионики) архитектурная бионика окончательно сложилась как новое направление в архитектурной науке и практике. Были созданы многочисленные архитектурные проекты, проведены испытания новых конструкций, написаны и опубликованы сотни статей…
— основные теоретические положения;
— использование форм живой природы в архитектурной практике;
— проблемы формообразования живой природы;
— вопросы обеспечения жизнедеятельности живых систем;
— исследование тектонических форм живой природы, принципов их трансформации и способности природных конструкций накапливать упругую энергию;
Каждое из направлений архитектурной бионики имеет относительно самостоятельное значение, однако все они нацелены на решение единой задачи совершенствования архитектурных форм, их гармонизацию.
Развитие архитектурной бионики во многом предопределено временем. Можно сказать, что это одно из самых актуальных на сегодняшний день направлений. А связано это с общей идеей возврата к природе, прослеживающейся сегодня во многих сферах человеческой деятельности.
2 Практическая часть
2.1 Использование структур живой природы в архитектурной практике
В ходе исследования я выяснила: оказывается, принципы живой природы в строительстве и технике ранее уже применялись, хотя и, в большинстве случаев, неосознанно.
2.2 П роблемы формообразования живой природы в архитектуре
В начале 1920-х годов при строительстве своего антропософского центра – Гетеанума природные формы использовал Рудольф Штайнер.
Затем появился небоскреб в форме огурца в Лондоне.
С недавнего времени бионическую архитектуру можно увидеть и в России. В 2003 году в Санкт-Петербурге по проектам архитектора Бориса Левинзона были построен «Дом Дельфин» и оформлен холл известной клиники «Меди-Эстетик».
2.3 Экологический аспект архитектурной бионики
С этой точки зрения, к бионической архитектуре можно отнести все еще привычные нам деревенские дома, являющиеся частью вполне автономной системы отдельных сельских хозяйств. Все они являются своего рода эко-домами с той лишь разницей, что современная концепция эко-дома шагнула дальше: сегодня при проектировании экологичного жилья большое внимание уделяется разработке систем, которые позволяли бы использовать энергоресурсы природы для обеспечения его обитателя современными благами цивилизации – светом, теплом, горячей водой.
Так или иначе, все направления архитектурной бионики заслуживают внимания. Еще более интересным и целесообразным кажется синтез этих направлений. Многие архитекторы в настоящее время активно работают над проектами, которые объединяют все бионические принципы – и воспроизведение структур и систем живой природы, и подражание ее формам, и экологичность.
Сейчас, например, ученые занимаются глубоким изучением механизма фотосинтеза. С их точки зрения, этот процесс, наряду со многими другими функциями зеленого листа, может быть использован для создания так называемых «дышащих» стен, кровли-мембраны или нового поколения экологически чистых строительных материалов.
Уже сейчас в городах мира появляется все больше «биморфных» зданий, поражающих своей красотой и гармоничностью, все чаще в конструкциях жилых домов и общественных зданий используются солнечные батареи и другие альтернативные источники энергии. Возможно, когда-нибудь наши дома будут похожи на птиц, деревья или цветы, сливающиеся с окружающими пейзажами, а технические решения позволят нам дышать чистым воздухом и жить в естественной природной среде, не причиняя ей вреда.
2.4 Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам
После изучения и анализа научной литературы, информации сети Интернет по изучаемой теме я решила весь найденный материал обобщить в кратком виде. Эти данные представлены в сравнительной таблице 1.
Таблица 1 « Соответствие биологических систем строительным и техническим сооружениям и средствам»
Принцип архитектурной бионики
Биологическая (природная) система
Пример технического сооружения или средства