Kiến trúc sinh thái bền vững kiến trúc phỏng sinh học

Kiến trúc sinh thái bền vững kiến trúc phỏng sinh học. 1.Khái niệm phỏng sinh học : Phỏng sinh học là việc con người mô phỏng lại các hình thức hoặc hệ thống sinh học từ tự nhiên, phát triển nên những giải pháp kỹ thuật cho các lĩnh vực khoa học khác trong đó có thiết kế và kiến trúc. 2.Khái niện công trình phỏng sinh học. Là được thiết kế lấy cảm hứng Sinh học là phương pháp tiếp cận thiết kế dựa trên cảm hứng, thước đo và sự sao chéo ngoại hình hoặc bản chất của một đối tượng sinh học 3.Khái niện giá trị tự nhiên: tự nhiên là thế giới vật chất vũ trụ. Nó bao gồm tất cả các dạng vật chất và năng lượng tồn tại từ cấp độ bé là hạt nguyên tử đến cấp độ to lớn như ngôi sao, thiên hà, ngân hà… Nói một cách khác đơn giản và thông dụng thì tự nhiên bao gồm tất cả những gì bao quanh con người mà không do bàn tay con người tạo nên. Thiên nhiên bao gồm không khí, khí hậu, nguồn nước, nguồn tài nguyên thiên nhiên, nguồn động thực vật, các yếu tố địa lý, địa hình…

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC TIỂU LUẬN: KIẾN TRÚC BỀN VỮNG  ĐỀ TÀI: CÁC GIÁ TRỊ TỰ NHIÊN ĐƯỢC KHAI THÁC TRONG CƠNG TRÌNH PHỎNG SINH HỌC Giảng viên: PGS TS:  MỤC LỤC:  I: KHÁI NIỆM  II: MỐI LIÊN HỆ VÀ ỨNG DỤNG  III:CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN  IV: KẾT LUẬN  V: VÍ DỤ CÁC CƠNG TRÌNH THỰC TẾ KHAI THÁC GIÁ TRỊ TỰ NHIÊN I: KHÁI NIỆM 1.Khái niệm sinh học : - Phỏng sinh học việc người mơ lại hình thức hệ thống sinh học từ tự nhiên, phát triển nên giải pháp kỹ thuật cho lĩnh vực khoa học khác trong có thiết kế kiến trúc 2.Khái niện cơng trình sinh học - Là thiết kế lấy cảm hứng Sinh học phương pháp tiếp cận thiết kế dựa cảm hứng, thước đo chéo ngoại hình chất đối tượng sinh học 3.Khái niện giá trị tự nhiên: - tự nhiên giới vật chất vũ trụ Nó bao gồm tất dạng vật chất lượng tồn từ cấp độ bé hạt nguyên tử đến cấp độ to lớn sao, thiên hà, ngân hà… - Nói cách khác đơn giản thơng dụng tự nhiên bao gồm tất bao quanh người mà khơng bàn tay người tạo nên Thiên nhiên bao gồm khơng khí, khí hậu, nguồn nước, nguồn tài ngun thiên nhiên, nguồn động thực vật, yếu tố địa lý, địa hình… II MỐI LIÊN HỆ GIỮA CÁC ỨNG DỤNG - Con người để ý xung quanh mình, khơng phải để thỏa mãn trí tị mị, mà để tìm lợi ích Trong tự nhiên có đáng để học hỏi: nguyên tắc chế hoạt động sống động - thực vật sử dụng xây dựng kiến trúc, tạo thiết bị kỹ thuật có khả cảm ứng cao 2.1 Ứng dụng hình thể cấu trúc tự nhiên tạo hình kiến trúc a Các hình thể cấu trúc tự nhiên gồm dạng * Dạng nhánh khung xương *Dạng kiểu tuyến mạng *Dạng cấu trúc mảng khối 1.Dạng nhánh khung xương: Là dạng cấu trúc tập hợp số nhánh (tuyến) có chiều hướng khác nhau, thường lặp lại theo quy luật Các nhánh nối với trục (tuyến) thơng qua khớp nối Xương cành II MỐI LIÊN HỆ GIỮA CÁC ỨNG DỤNG  2.Dạng kiểu tuyến mạng: Là dạng cấu trúc tập hợp tuyến mà tạo nên hình thể Nhưng khác với hệ cấu tạo nhánh khung xương, tuyến kiểu nối thơng mạch nhau, khơng có có tuyến cụt, chúng nối kết với thành mạng Hệ mạng mạng phẳng, cong hay dạng không gian ba chiều dày đặc Mạng chiều 3. Dạng cấu trúc mảng khối: Dạng đối lập với hình thể có kết cấu khung xương hay tuyến mạng Chúng khơng có nhánh, chúng cố kết thành cục, mảng Có thể khối đơn lẻ hay kết nhóm lại với Cảm nhận khối thường “đặc chắc”, có trạng thái tĩnh, thường khơng động Chúng mang vẻ đầy đặn có cảm giác trọng lượng Tuy vậy, khối có vai trị kép, tức vừa chiếm chỗ khoảng khơng vừa bị rỗng, tạo hốc Khối rỗng III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG 1, HÌNH THÁI KIẾN TRÚC CƠNG TRÌNH - Hiện ngày có nhiều cơng trình ứng dụng hình thái kiến trúc bắt chước hình dạng, hình thức yếu tố tự nhiên cối, động vật Tận dụng ưu điểm mặt cấu tạo hình thức kiến trúc lớp vỏ bên ngồi nhằm tạo hiệu ứng mặt hình ảnh khắc phục nhược điểm cơng trình  - Giải toán vấn đề :  + Che chắn nắng cho cơng trình  + Hạn chế sử dụng lượng tận dụng tối đa nguồn lợi từ thiên nhiên  + Gây hiệu ứng thị giác cho mặt đứng cơng trình  + Giải pháp đón gió, nhiệt làm mát cho cơng trình  + Tạo tính ổn định, giải pháp cấu trúc cho cơng trình  + Xử lý tận dụng tối đa lượng nước thải  sản phẩm dư thừa q trình hoạt động cơng trình III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG 2, Các cấu trúc tự nhiên ứng dụng Trên sở nghiên cứu nhận diện loại hình thể hữu cấu trúc tự nhiên nêu trên, nhà điêu khắc nhà thiết kế kiến trúc tùy theo khả sáng tạo mà linh hoạt ứng dụng hình thể ba chiều vào tạo hình nghệ thuật tạo hình kiến trúc Các nhà điêu khắc hay ứng dụng kiểu dạng tuyến mạng, tuyến khung xương tạo hình Hai tác phẩm điêu khắc Mark Di Survero, thể dạng khung tuyến Cấu trúc kiểu cân động có kiểu tuyến mạng tuyến khung xương III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG Các kiến trúc sư hay dùng dạng nhánh khung xương, dạng tuyến mạng hay dạng mảng khối để tổ chức tổng mặt cơng trình, tổ chức khơng gian kiến trúc tổ chức hình thức mặt đứng, hình khối cơng trình kiến trúc Việc ứng dụng cấu trúc tự nhiên vào tạo hình gọi phong cách kiến trúc sinh học, phong cách dụng nhiều kiến trúc đại có xu hướng kéo dài đến ngày Kiến trúc ứng dụng hình thể cấu trúc tự nhiên sử dụng rộng rãi từ cơng trình nhà đến cơng trình cơng cộng, cơng trình văn hóa, nghỉ dưỡng giải trí Federation Square, Melbourne, Australia, 2002, Lab Architecture Studio Taiwan Solar Powered Stadium, 2013, Toyo Ito Serpentine GalleAry Pavillion Lon-don, 2002, Toyo Ito III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG Nhiều cơng trình kiến trúc ứng dụng cấu trúc mảng khối theo kiểu tổ chức biến đổi dần dạng khối rỗng để tạo hình kiến trúc Một số cơng trình kiến trúc ứng dụng cách hiệu việc mơ hình thể cấu trúc tự nhiên vào thiết kế cơng trình ví dụ ngơi nhà có hình dạng ốc biển; hình dạng tổ chim; hình dạng gốc khơ… Dongdaemun Design Plaza, Seoul, 2010, Zaha Hadid III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG 3, Ứng dụng vật liệu sử dụng cơng trình - Trong tự tổ chức thực vật, ta thấy cấu trức bền vững hợp thành từ xếp cấp bậc nhu cầu thấp quan, cấp tế bào ( Cellular ) Điểm then chốt cấu thành vật liệu vật liệu cấp tế bào hay gọi vật liệu rỗng CẤU TẠO VẬT LIỆU TỰ NHIÊN - Vật liệu rỗng tự nhiên có nhiều kích cỡ khác nhau: cấu trúc san hơ, bọt biển, gỗ, xương… - Chúng có đặc điểm chung cấu trúc bên dạng vỏ, lỗ rỗng chứa không dịch, bề mặt vỏ dạng lỏng hoắc rắn - Dạng hình học vỏ đa diện đều, xếp theo trật tự định, ví dụ tổ ong Mẫu xương san hơ: phần vỏ định hình thái cấu trúc san hơ, lỗ rỗng có kích thước bất kỳ, chứa tủy bên III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG Ảnh chụp bọt xà phòng, thể đa dạng đa diện cầu tạo nên vật liệu xốp Ảnh chụp kính hiển vi mẫu sơn bọt, đa diện có kích thước đa dạng, có đa diện đóng đa diện mở III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG TRE: - Khác cá loại khác, tre mọc chủ yếu theo chiều thẳng đứng với tỉ lệ chiều cao đường kính thân rât lớn - Thân gồm 50% mô trụ, 40% thớ sợi 10% ống dẫn nước chất dinh dưỡng Nhưng phân bố chúng khơng đồng đều, theo chiều ngang dọc, vịng thân tre phần ngọn, mật độ thớ nhiều (thịt dày hơn)  phần chịu lực tốt - Mơ hình dùng để chế tạo vật liệu sợi composite như: sợi cacbon, sợi thủy tinh phân bố bó sợi vào khn cối Mơ hình 3D mơ hình thái thân tre Hình dạng ngồi thân tre dạng ống lặp lại bên long tre, cắt ngang long tre, ta thấy dạng ống tiếp tục lặp lại thớ tre không đồng với Có khác biệt kích thước hình dáng thớ sợi Thân tre có cấu trúc bề mặt bên dàn trải giúp chịu lực cang theo chiều Chỗ giao phần tử mạng lưới phân bổ điểm chịu lực cao III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG Ảnh chụp kính hiển vi mẫu xương bọt biển Khi chúng lắp ráp thể lại với tạo thành xương dạng lưới cấu trúc tổ ong Cấu trúc hình học lắp từ module có hình dạng xương bọt biển chiều, với góc cạnh tính tốn tối ưu 109’28’’16’’’ 152 module lồng ghép với tạo thành lưới dạng tam giác Hệ thống tham số cho phép cấu trúc thay đổi hình dạng 114 lần Khi trọng tâm kết cấu di dời lên kết module đảm bảo CẤU TẠO VẬT LIỆU XÂY DỰNG MỚI - Vật liệu xây dựng mưới hầu hết vật liệu polime: dựa phản ứng hóa học polymer có gốc tự do, kết hợp nhiều monomer ( mắt xích đơn) tạo thành phlyme ( chuỗi amwts xích ) Dưới cấp độ phân tử, phản ứng cho sản phầm phân tử có dạng tổ ong - Các vật lieu polymer ban đầu dạng sợi dạng hạt, sau đan lai kết hợp thành cấu trúc lướn - Các monomer dung để chê tạo polymer hay copolymer ( > monomer ): hợp kim, chất dẻo, tinh thể lỏng, tơ nhện, ceramics, …… III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG - BỌT NHÔM - HỢP KIM ĐÔNG ĐẶC TRỰC TIẾP - CERAMIC CHỐNG TRẦY + Ứng dụng sợi gốm CERAMIC - Cách nhiệt cho lò nung ngành xi – măng, ngành ceramics, ngành luyện kim, hóa dầu, ngành thủy tinh - Chịu lửa cách nhiệt thiết bị xử lý nhiệt - Gạch chịu nhiệt cho lị luyện nhơm - Cách nhiệt cho vách, thành lò thiết bị chịu nhiệt cao + Ưu điểm sợi gốm CENRAMIC - Giữ, hấp thu dẫn nhiệt thấp - Rất dẻo dai, bền với lực nén ép - Kích cỡ xác, độ phẳng cao - Cấu trúc đồng nhất, sản lượng máy cao  Rất dễ thi công sửa chữa - Quy trình sản xuất liên tục, sản phẩm sắc sảo tính ổn định cao - Rất bền với hóa chất kháng nhiệt tốt III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG SỢI KEVLAR - Là loại sợi có cấu trúc mạnh dài định hướng cao - Sợi Kevlar có độ bền gấp lần thép dẻo dai nên thường sử dụng làm vật liệu chế tạo áo chống đạn - Hiện nay, Kevlar có nhiều ứng dụng khác nhau; lốp xe đạp, thuyền buồm … - Tỷ lệ sức bền trọng lượng cao độ bền kéo, mạnh lần thếp sở trọng lượng SỢI THỦY TINH - Sợi thủy tinh kéo từ loại thủy tinh kéo sợi (thủy tinh dệt) - Khi sợi nhược điểm thủy tinh khối, như: giòn dễ nứt gãy mà trở nên có nhiều ưu điểm học - Có đường kính nhỏ cài chục micromet - Thành phần thủy tinh dệt chwuas them khống chất như: silic, nhơm, magie, … Tạo loại sợi thủy tinh khác như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền háo cao), sợi thủy tinh R S (độ bền học cao) - Loại thủy tinh E loại phổ biến, loại khác thường (chiếm 1%) sử dụng ứng dụng riêng biệt III: CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG Q TRÌNH CHUYỂN HĨA - Trao đổi chất sinh vật sống trình vật lý – sinh hóa dung để sản xuất lưu trữ lượng - Quá trình nghiên cứu chi tiết thơng qua q trình quang hợp, cho phép người sử dụng việc phát triển ứng dụng công nghệ tiên tiên, công nghệ mô sinh học - Một tiềm lớn sản xuất nhiên liếu ạch quy mô công nghiệp giúp đem lại lợi ích to lớn tính bền vững thích ứng khí hậu - Khai thác quang hợp nhân tạo tạo nên khả tự cung cấp lượng tòa nhà không gây ô nhiễm Ứng dụng tương lai lĩnh vực lượng mặt trời, xử lý sinh học, sản xuất nhiên liệu -Hình chụp qua kính hiển vi tơ màu Mao Lương Trong trung tâm có nhiều tế bào chứa chất lục lạp (hạt màu xanh cây) Đây quang bào nhỏ tích hợp lá, có chức sử dụng ánh sang mặt trời để chuyển CO2 thành đường Độ phóng 750 lần kích thước 4x5 inch -Hiện tượng tảo nở tạo nên óng màu xanh biển Đỏ, xảy vào mùa xuân thu tang đột ngột lượng ánh sang mặt trời Tảo thành phần cps sẵn sử dụng quang hợp nhân tạo để dung cấp lượng cải thiện môi trường -Phản ứng sinh học sử dụng tảo tạo nguồn lượng ứng dụng cho nguồn lượng thay tương lai IV: KẾT LUẬN - Kiến trúc sinh học khơng phải áp dụng máy móc mơ hình có sẵn, mà biết cách quan sát diễn chỗ để học cách thích ứng Dù có sở bước tiến ban đầu, sinh học khoa học công nghệ bước khởi đầu, mà để phát triển được, cần đầu tư lớn, đặc biệt đột phá nhận thức - Để học hỏi mà tự nhiên tạo sau hàng tỷ năm tiến hóa, nhà sinh học nhấn mạnh đến thái độ khiêm nhường cần có, để người có hội nắm nhiều điều tinh túy từ loài động thực vật, dù  bé nhỏ, hệ sinh thái khắp nơi Trước thách thức sinh thái nhãn tiền nhân loại chúng ta, sinh học hội cho việc chuyển đổi khoa học – công nghệ kinh tế hướng đến phát triển bền vững V: VÍ DỤ CÁC CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ĐÃ ỨNG DỤNG GIÁ TRỊ TỰ NHIÊN Dự án BioArch thiết kế Elnaz Amiri, Hesam Andalib, Roza Atarod M-amin Mohamadi đến từ Viện Nghệ thuật Isfahan Iran. Nhóm thiết kế sử dụng chiến lược Phỏng Sinh học vỏ ốc sa mạc để tòa nhà BioArch tự tránh khỏi ánh sáng mặt trời dội vùng khí hậu khắc nghiệt sa mạc Iran (với nhiệt độ trung bình 43 độ C vào ban ngày nhiệt độ cao lên đến 65 độ C) Các bề mặt tiếp xúc cong giảm thiểu tối đa xạ mặt trời, chia thành nhiều vùng lớp để tạo khu vực đệm khu vực thoát nhiệt từ bề mặt cát nóng Giải pháp đồng thời cung cấp độ ẩm lối thơng gió tự nhiên.  Ý tưởng tồ nhà BioArch hình thành từ vỏ ốc,.Giúp cho tồ nhà có đường cơng mềm mai, dụng kiens trúc lịng vỏ ốc, để giúp khơng ln lưu thông làm cho nhà mát mẻ V: VÍ DỤ CÁC CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ĐÃ ỨNG DỤNG GIÁ TRỊ TỰ NHIÊN Tịa thị London Tịa thị thiết kế cơng ty Norman Foster – người tin rằng, giới thay đổi cách thay đổi thiết kế nơi mà sống Tòa nhà thiết kế nằm cạnh sơng Thames, thuộc khu Southwark London Nó có kiểu dáng hình hành khơng bình thường, nhằm giảm diện tích bề mặt tăng cường hiệu lượng Có người nói giống mũ nhân vật Darth Vader- nhân vật Star War, trứng méo, mọt gỗ mũ bảo hiểm Cịn với Foster – tác giả cơng trình, ơng coi viên ngọc treo bên cạnh dịng sơng thành phố, mục đích xây dựng tịa nhà khơng nhiễm, xây dựng vật liệu bền vững Lấy ý tưởng xoắn ốc long nhà , tạo tro tồ nhà có khơng gian bên vơ độc đáo phá cách V: VÍ DỤ CÁC CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ĐÃ ỨNG DỤNG GIÁ TRỊ TỰ NHIÊN Tòa nhà Anti-Smog, Paris Tòa nhà Anti-Smog dự án Vincent Callebaut, kĩ sư trẻ người Pháp- người tạo sốt thực tồn giới cơng trình sinh học Cơng trình gồm hai phần: Phần trung tâm Solar Dropmột tịa nhà hình elip xây dựng đường ray cũ thuộc quận Parisan Phần mái vòm rộng 250 m2 với panen quang điện giúp sản xuất điện từ ánh sáng mặt trời, cịn phủ lớp Titan dioxit (TiO2) có nhằm sử dụng xạ tia cực tím để tác động tới phần tử khơng khí, phá vỡ cấu trúc nhằm giảm thành phần gây ô nhiễm khơng khí Kiến trúc sư Callebaut miêu tả cơng trình tịa nhà ăn khói bụi độc hại từ tình trạng giao thơng kinh khủng Paris việc hấp thụ tái chế khí thải Bên cạnh đó, tịa nhà Solar Drop cịn khai thác nước mưa từ vùng xanh mái nhà nhằm sử dụng cho tồn tịa nhà Phần thứ hai “Tháp gió” Tháp xây hình xoắn ốc, xen kẽ khoảng trồng rau tua bia gió trục dọc (VAWT) để tạo điện Cầu thang xoắn ốc đưa du khách lên từ khu bảo tàng Solar Drop tới phần khu vườn khơng, từ ngắm nhiều cảnh đẹp Paris V: VÍ DỤ CÁC CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ĐÃ ỨNG DỤNG GIÁ TRỊ TỰ NHIÊN SMO Architektur and Arup, Bubble Highrise, Berlin, 2002 Thiết kế thí nghiệm ban đầu, từ đưa phương an Watercube ( Bắc Kinh ) Cấu trúc tòa nhà đưuọc tạo cách chạy thuật tốn bao phủ bề mặt tịa nhà hình cầu với bán kính khác nhau, sau cắt ngang giao tuyến bề mặt PTWArchitects, CSCEGDesign and Arup, ‘Watercube’ National Swimming Centre, Beijing, 2007 Mô hình kiến trúc với quy mơ tổng thể 177x177, cao 30m, hồn tồn khơng có cột ... khơng gian kiến trúc tổ chức hình thức mặt đứng, hình khối cơng trình kiến trúc Việc ứng dụng cấu trúc tự nhiên vào tạo hình gọi phong cách kiến trúc sinh học, phong cách dụng nhiều kiến trúc đại... 1.Khái niệm sinh học : - Phỏng sinh học việc người mô lại hình thức hệ thống sinh học từ tự nhiên, phát triển nên giải pháp kỹ thuật cho lĩnh vực khoa học khác trong có thiết kế kiến trúc 2.Khái... cơng trình kiến trúc ứng dụng cấu trúc mảng khối theo kiểu tổ chức biến đổi dần dạng khối rỗng để tạo hình kiến trúc Một số cơng trình kiến trúc ứng dụng cách hiệu việc mơ hình thể cấu trúc tự nhiên