建筑设计之仿生技术应用研究初探

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1、建筑设计之仿生技术应用研究初探1绪论1.1研究的背景和意义建筑和环境从来都是无法分割的一个整体，无论建筑以怎样的形式展现在世人面前，它都反映着环境对他的影响；从另一方面来讲，随着建筑量的不断增加，它越来越多的影响着周围的环境。它们之间是一个作用与反作用的关系。但是目前，人类所面临着前所未有的环境问题，例如，温室气体排放，雾霾，石油过度消耗，矿产被过度釆伐等。至于建筑所营造的人工环境则更是问题重重，热度照度分配不合理，建筑的保温隔热不到位，自然通风困难等，不仅仅给生活在其中的人们带来了严重的困扰，更是整个生物大环境恶化的元凶

2、之一。仿生建筑属于生态建筑的范畴，它与周围的环境有着天然的互动关系。就像是有机生物体一般，随时随地给予人类最适当的保护，同时因为其具有一定的灵活性避免了很多不必要的浪费。是人类朝着可持续发展，能源零浪费建筑这个目标迈出的意义重大的一步。在本文中以郁金香研究为例，展示了仿生建筑从生物原型研究到应用模型诞生的整个过程。1.3对郁金香植物的研究本文将郁金香作为仿生建筑的生物研究原型。对郁金香进行了深入的研究，包括郁金香的生物构成和特性；郁金香的生命周期，以及花期的各个时间段花荀的变化等。仿生建筑研究的基础是对生物的研究，只有深刻

3、的了解生物构成，活动，原理，才有能将其应用到建筑的可能性。对于生物的研究的时间等同于整个课题的时间长度，期间不停歇。在对于郁金香的生物特性有了一定了解之后，开始了三段不同广度和深度的应用模型开发。总的来说可以分为，第一阶段逻辑模型，第二阶段扩展模型，第三阶段应用模型。关于整个仿生建筑的研究模式，从材料，构造到模型制作的整个过程是美国劳伦斯技术大学经过多年的教学经验总结发展而来。这项研究活动会在每年的夏季学期进行，会有十到十五名的优秀教授加入，采取小组自由研究，每隔一段时间接受所有教授流水指导的模式。这项研究无论从教学成果还

4、是科研成果都受到一致的好评，是劳伦斯技术大学的重点课程。在课程研究中除了对郁金香还对水母，章鱼，向日葵等生物做了一定的研究。仿生研究模型的三个阶段：第一阶段的逻辑模型是将郁金香有潜力应用于建筑的特性抽象化，将植物特性以模型的形式表现出来。比如郁金香花瓣随着昼夜变化开合的特点，我们幵发的模型就有把这一幵合运动以合适的材料，稳定的供能为媒介展示出来。第二阶段是模型扩展，这一阶段是在逻辑模型的基础上，重新回归植物研究来进行逻辑上的补充调整，同时大量研究的材料，构造方法，是逻辑模型成为可以应用于建筑的建筑构件雏形。第三阶段应用模型

5、，这一阶段是根据实际建筑的实际需要来重新调整模型，包括模型的可行性研究，动力，材料使用，具体构造手段。所有都采用一比一实际的应用模型进行研究制作。..2郁金香的机能分析2.1自然界中的郁金香第一个阶段是繁殖，一般在秋季（九月到十月），母球经过三到五年生长发育最终成熟，如果其所处的自然环境适合即：足够湿润切通风良好，而且埋藏深度大概是球基直径两倍的土壤里。母球便会幵始从土壤里摄取养分，底部张出根系。在十一月，开始第二个阶段。在这个阶段，从母球底部长出的根系开始把从周围土壤摄取的养分用来生长植物杆莲，杆莲部分是连接植物根系与植

6、物花朵，及叶子的重要部分。下一个阶段是冬季的休眠期，（十二月到一月份）。这个阶段，球莲会在至多40华氏度的低温环境下休眠来储存养分，以预备来年春天发芽开花。能否挨过严冬是球莲可否在来年春天发芽生长，破土而出的关键。在来年春天的二月到三月，第四阶段即生长阶段幵始了。球莲内部的淀粉和营养物质开始转换成供球莲生长的糖类。在这个转换过程中，通过根部的反渗透作用，根系不断的从土壤里为植物生长吸收水分。来自于土壤的水分是植物细胞压的。在生长过程中，随着植物细胞的增多，慢慢形成植物的幼芽，从球莲生长出来。四月到五月期间，郁金香花的第五个

7、阶段一一花铃期幵始了。在幼芽生长出来以后，通过杆基的毛细作用，水分被不停的从土壤吸收到植物中。与此同时，大量水分被太阳从植物叶垄的气孔蒸发而走，水分从液体变成了气体。为了防止流失掉过多的水分，郁金花的气孔会在一天中最炎热的时间段关闭。在气孔张开，植物细胞从土壤中汲取水分的这个过程中，球基利用根系吸收的水分和体内储存的养分，开始繁殖发育子球莲，或者是将己经在体内生长成熟的子球莲释放出来。因为母球中储存的养分被用来发芽生长，郁金香目前只能依靠根系从土壤中摄取的养分来维生。土壤中的球莲目前只有棕色球莲外皮包裹，还有新生球莲围绕在

8、母球周围。2.2郁金香的各部分组成郁金香由多个部分组成，每一个功能组织都是郁金花自适应基质必不可少的组成部分。郁金花在生物学上的组成包括：球基，莲，叶子，生殖系统和花瓣。（图2)球莲是郁金香植物的中枢系统，它永不休眠。它们不断的探测它的生存环境，为郁金香的生长发育寻找合适的时机。郁金香这种植物多见于冬天