В статье автор описывает реализацию индивидуального проекта. Цель проекта: исследование технологий и концепций, основанных на принципах биологии, создание модели здания школы с их применением.Данная статья познакомит читателей с интеграцией биологических принципов в архитектурное проектирование.

Ключевые слова: интеграция, биологические принципы, биомиметика, бионическая архитектура, архитектурные решения.

Интеграция биологических принципов в архитектурные практики открывает новые горизонты для инновационного и ответственного подхода к строительству. Биомиметика предлагает изучение природных процессов и форм, которые были отработаны миллионами лет эволюции, чтобы найти вдохновение для создания эффективных и устойчивых конструкций. Применение биологических решений не только сокращает негативное воздействие на окружающую среду, но и способствует созданию комфортных условий для обитания человека.

Актуальность . В последние годы возникло устойчивое направление в архитектуре, основанное на принципах , реализованных в живой природе .

Архитектура в биологии представляет собой важную область, использующую, как устройство, так и физиологию живых организмов и экосистем, которые могут служить источником новых решений для устойчивого проектирования. Учитывая климатические изменения и экологические проблемы, интеграция биологических принципов в архитектуру становится все более актуальной.

Цель : исследование технологий и концепций, основанных на принципах биологии, создание модели здания школы с их применением.

Задачи: 1) Исследовать основные архитектурные принципы, присущие живым организмам. 2) Проанализировать работы известных архитекторов, применяющих бионические методы. 3) Разработать архитектурный чертеж и 3D-модель, опираясь на бионические принципы.

Глава 1. Теоретическая часть

Биомиметика — это наука и инженерная дисциплина, основанная на изучении природных процессов и структур с целью их применения в технических и технологических разработках. История её развития уходит корнями в древние времена, когда человек начал заимствовать идеи природы для решения практических задач. Однако современное понимание биомиметики сформировалось лишь в XX веке.

Одним из самых известных примеров ранней биомиметики XV — XVI века являются проекты летательных аппаратов Леонардо да Винчи. Он внимательно изучал анатомию птиц и пытался повторить принципы их полета в своих конструкциях.

В 1948 году швейцарский инженер Георг де Местраль изобретает застежку-липучку Velcro. Он заметил, как репейники прилипают к шерсти его собаки, и, изучив их под микроскопом, обнаружил микроскопические крючки, которые цепляются за петли. Он повторил этот принцип в текстиле, создав всем известную липучку. Этот случай часто называют одним из первых и самых успешных примеров современной биомиметики.

В 60-е годы XX века наблюдается расцвет космической эры. Вдохновленные эффективностью и легкостью природных конструкций, инженеры начали активно изучать биологические объекты для создания более прочных, легких и энергоэффективных материалов и конструкций, необходимых для космических аппаратов.

Примерами биомиметики являются разработка материалов, имитирующих структуру костей или панцирей насекомых, а также создание энергоэффективных систем вентиляции, основанных на принципах терморегуляции у животных. В биодизайне можно встретить использование растительных мотивов в оформлении фасадов зданий, а также внедрение зеленых стен и крыш для улучшения микроклимата и снижения уровня шума.

Интеграция биологических процессов в архитектуру возможна через несколько основных направлений:

форма и структура: архитекторы могут черпать вдохновение из природных форм, таких как раковины улиток, крылья бабочек или листья деревьев, для создания уникальных и функциональных конструкций;

материалы: использование натуральных и возобновляемых материалов, таких как дерево, бамбук или даже грибы, позволяет создавать экологически чистые и долговечные конструкции;

энергетическая эффективность: природные системы отличаются высокой эффективностью в использовании энергии. Например, архитектура может заимствовать принципы фотосинтеза для создания энергоэффективных зданий, оборудованных солнечными панелями;

экосистема: архитектурный объект может стать частью местной экосистемы, интегрируя в себя зеленые насаждения, водоемы и другие элементы природного ландшафта.

Биоморфная архитектура имитирует формы живых организмов и использует их свойства для создания уникальных и функциональных зданий. Примером может служить здание музея Гуггенхайма в Бильбао, спроектированное Фрэнком Гери, напоминаещее гигантскую рыбу (рис. 1).

Рис. 1. Здание музея Гуггенхайма в Бильбао

Зеленые крыши и стены позволяют интегрировать растительность в городское пространство, улучшая микроклимат и снижая нагрузку на экосистемы. Они также способствуют снижению энергопотребления за счет естественной теплоизоляции (рис. 2).

Рис. 2. Зеленые крыши

Вертикальные сады — это системы озеленения, при которых растения размещаются вертикально вдоль стен или специальных конструкций. Они улучшают качество воздуха, снижают температуру и шум в городах, украшают здания. Вертикальные сады бывают натуральными (с живыми растениями), искусственными (из ненастоящих растений) и гидропонными (без почвы) (рис. 3).

Рис. 3. Вертикальные сады

Естественная вентиляция. Использование естественных потоков воздуха для охлаждения здания. Проектирование окон, шахт и других элементов, способствующих циркуляции воздуха. Эффект дымовой трубы, перекрестная вентиляция.

Самоочищающиеся поверхности, вдохновленные листом лотоса. Из-за небольшого расстояния между восковыми трубочками листьев лотоса и их сильной гидрофобности их капиллярное давление, очевидно, выше ударного давления дождевых капель и достаточно для предотвращения проникновения воды (рис. 4).

Рис. 4. Гидрофобность листа лотоса

Башня Агбар — это офисное здание высотой 144 метра, расположенное в районе Побленоу в Барселоне. Оно было завершено в 2005 году и стало символом современного города. Здание спроектировано французским архитектором Жаном Нувелем совместно с испанскими архитекторами Ферраном Рамоном и Карлосом Фернандесом. Башня получила свое название от компании Aigües de Barcelona, заказавшей проект (рис. 5).

Рис. 5. Башня Агбар в Барселоне

Одна из ключевых особенностей башни — её система естественного освещения и вентиляции. Башня оснащена системой естественной вентиляции, которая использует разницу температур между дневным и ночным временем для охлаждения внутренних пространств без использования кондиционеров.

Eastgate Centre — это торговый центр и офисный комплекс, расположенный в центре Хараре, столицы Зимбабве. Он был построен в 1996 году по проекту архитектора Мика Пирсона. Здание отличается своей уникальной системой пассивного охлаждения, вдохновленной природной вентиляцией термитников (рис. 6).

Рис. 6. Eastgate Centre (Хараре, Зимбабве)

В термитниках температура поддерживается постоянной благодаря сложной системе туннелей и камер, которые обеспечивают циркуляцию воздуха. Аналогично, в Eastgate Centre используются вертикальные шахты, через которые поступает свежий воздух, охлаждаемый ночью. Днем этот прохладный воздух циркулирует внутри здания, обеспечивая комфортную температуру без использования кондиционеров.

Эйфелева башня построена в Париже в 1889 году. Она позаимствовала свое строение у кости человека. Внутренняя структура костей обеспечивает максимальную прочность при минимальном весе, благодаря сложной системе трабекул (тонких перегородок). Ажурная структура Эйфелевой башни, разработанная инженером Морисом Кёхлином, напоминает структуру кости. Это позволило создать очень высокую и прочную конструкцию, используя относительно небольшое количество металла (рис. 7)

Рис. 7. Эйфелева башня в Париже

Глава 2. Практическая часть

В практической части проекта создан архитектурный проект, спроектировано здание школы будущего, применены зелёные крыши и вертикальные сады. Здание школы, состоит из основного корпуса и 2 корпусов с разделением на старшую и младшую школы. Сооружения соединены при помощи коридоров для переходов.

Этажность здания равна 4; площадь застройки 5455 кв.м; общая площадь здания 20121 кв.м. Если предположить, что здание рассчитано на среднюю школу с классами на 25–30 человек, то общая вместимость может составлять около 1000–1500 учеников.

Основные материалы, использованные в строительстве. Стекло. Большие окна от пола до потолка обеспечивают естественное освещение внутренних помещений и создают ощущение открытости. Бетон. Видимые бетонные элементы служат основой для структуры здания, придавая ему прочность и долговечность. Зеленые насаждения. Вертикальное озеленение на стенах и крыше здания помогает улучшить микроклимат, снизить энергопотребление и создать более комфортную среду обитания. Деревянные элементы использованы для декоративных целей или для создания уютной атмосферы внутри здания. Металл применяется для создания каркасов и других конструктивных элементов, он отличается прочностью и долговечностью.

Этапы создания макета:

1. Исследование и сбор информации.Изучение чертежей и планов, чтобы понять размеры и пропорции.
2. Выбор материалов, подходящих для разных частей макета.
3. Подготовка инструментов: ножницы, клей, линейка, циркуль, пинцет и другие. Проверить наличие всех необходимых материалов.
4. Разработка макета.Начертить план здания на картоне. Разметить расположение окон, дверей и других элементов. Нарезать заготовки для стен, крыши и других частей здания.
5. Сборка каркаса.Склейка стены между собой, следуя разметке.
6. Установка крыши.Подготовить крышу из выбранных материалов. Закрепить крышу на стенах здания.
7. Добавление деталей.Установка окон и забора на крыше. Добавьте декоративные элементы.
8. Работа над ландшафтом.Создание основания для макета. Добавление деревьев, кустарников и других растений.
9. Финальная отделка.Покраска здания и ландшафтных элементов. Проверить все соединения и убедиться, что макет устойчив.

Материалы для макета. Пенопласт отлично подходит для создания подставки, из-за его прочности и легкости в придании определённых форм. Картон/пенокартон будет использоваться для создания основы здания, его стен, крыши. Прозрачный пластик необходим для создания прозрачного забора, на крыше макета.

Рис. 8

Заключение. Интеграция биологических принципов в архитектурное проектирование открывает новые перспективы для устойчивого и экологически осознанного строительства. Современные архитектурные решения, вдохновленные природой и её механизмами, способны не только уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, но и создать комфортные условия для жизни и работы человека.

Литература:

1. Калмыков В. Н. Биомиметика в архитектуре: природные формы и механизмы. ― М.: АСВ, 2018.
2. Календов С. Г. Экоархитектура: новый взгляд на устойчивое проектирование. ― М.: Архитектурное наследие, 2020.
3. Лебедев А. С. Трофимов, Р. Г. Природные системы в архитектурном проектировании.― Санкт-Петербург: ГУП «Петрозаводскредакция», 2019.