4

Введение

Некоторое время назад, в СМИ я прочитала информацию о планах постройки космической базы «Queen B» по принципу пчелиных сот (Приложение 1). Меня заинтересовал вопрос: «Почему же предполагаемая постройка базы в виде пчелиных сот?»

Природа дает человеку множество примеров для технических изобретений.

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями - орнитоптер. Его чертежи и схемы основаны на строении крыла птицы. Уже позднее по записям Леонардо да Винчи были созданы летательные объекты.

В наше время появилось самостоятельное направление в науке и технике – бионика, цель которого – использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники. В своей практической деятельности человек использует в качестве моделей для конструирования сооружений и механизмов наиболее удачные приспособления живых организмов к среде их обитания. Естественный отбор сохраняет структуры, наиболее совершенные в функциональном отношении и наиболее экономичные по затрате материала. В настоящее время все больше достижений биологических дисциплин находит применение в технике.

Девиз бионики: «Живые прототипы – ключ к новой технике».

Чтобы ответить на свой вопрос, мы решили изучить пчелиные соты, как объект бионики.

Цель: Изучение пчелиных сот, как объект бионики.

Для достижения поставленной цели мы сформулировали следующие задачи:

1. Познакомиться с основными положениями бионики.

2. Провести математические расчеты .

3. Сделать вывод о возможности применения формы пчелиных сот в архитектуре.

Объект исследования: пчелиные соты.

Предмет исследования: форма пчелиных сот.

Гипотеза: форма пчелиных сот является наиболее экономной с точки зрения строительных материалов.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Технология архитектурной бионики

Во все времена существовала преемственность природных форм в архитектуре, созданной человеком. Но, в отличие от подхода прошлых лет, когда архитектор просто копировал природные формы, современная бионика опирается на функциональные и принципиальные особенности живых организмов – способность к саморегуляции, фотосинтез, принцип гармоничного сосуществования и т. д.

Бионическая архитектура предполагает создание домов являющихся естественным продолжением природы, не вступающих с ней в конфликт. Дальнейшее развитие бионики предполагает разработку и создание экодомов – энергоэффективных и комфортных зданий с независимыми системами жизнеобеспечения. При строительстве используются экологичные материалы и строительные конструкции. В идеале, дом будущего – это автономная самообеспечивающаяся система, органично вписывающаяся в природный ландшафт и существующая в гармонии с природой. Современная архитектурная бионика практически слилась с понятием «экоархитектура» и напрямую связана с экологией. [http://novikov-architect.ru/bio-tech.htm]

Приведем в пример несколько наиболее распространенных современных направлений разработки бионических зданий.

1.    Энергоэффективный Дом - сооружение с низким потреблением энергии или с нулевым потреблением энергии из стандартных источников.

2.    Пассивный Дом – сооружение с пассивной терморегуляцией (охлаждение и отопление за счет использования энергии окружающей среды). В таких домах предусмотрено применение энергосберегающих строительных материалов и конструкций и практически отсутствует традиционная отопительная система.

3.    Биоклиматическая архитектура. Одно из направлений в стиле hi-tech. Главный принцип биоклиматической архитектуры - гармония с природой: «… чтобы птица, залетев в офис, не заметила, что она внутри него». В основном, известны многочисленные биоклиматические небоскребы, в которых наравне с заградительными системами, активно применяется многослойное остекление обеспечивающее шумоизоляцию и поддержку микроклимата вкупе с вентиляцией.

4.    Умный Дом - здание, в котором при помощи компьютерных технологий и автоматизации оптимизированы потоки света и тепла в помещениях и ограждающих конструкциях.

5.    Здоровый Дом - здание, в котором, наряду с применением энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии, приоритетными являются природные строительные материалы (смеси из земли и глины, дерево, камень, песок, и т. д.) [http://biologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000017/st009.shtml]

1.2 История использования биологических форм в архитектурной практике

Архитектурная бионика возникла не случайно. Она явилась результатом  предшествующего опыта использования определенных свойств или характеристик форм живой природы в архитектуре – к примеру, в  гипостильных залах египетских храмов в Луксоре и Карнаке, капителях и колоннах античных ордеров, интерьерах готических соборов и т. д.

Успехи строительной техники в ХIХ–ХХ вв. породили новые технические возможности для интерпретации архитектуры живой природы. Это нашло свое отражение в произведениях многих архитекторов, среди которых, безусловно, выделяется Антонио Гауди –– зачинатель широкого использования биоформ в архитектуре ХХ в. Спроектированные и построенные А. Гауди жилые здания, монастырь Гюэль, знаменитый «Sagrada Familia» (Собор Святого Семейства, выс. 170 м.) в Барселоне и ныне остаются и непревзойденными архитектурными шедеврами и, одновременно, наиболее талантливым и характерным примером ассимиляции архитектурных природных форм –– их применения и развития. [Архитектурная бионика. Под редакцией Ю. С. Лебедева – М. Стройиздат, 1990. 269с.]

А. Гауди считал, что в архитектуре, как и в природе, нет места копированию. В результате его сооружения поражают своей сложностью – вы не найдете в его постройках двух одинаковых деталей. Его колонны изображают стволы пальм с корой и листьями, лестничные поручни имитируют завивающиеся стебли растений, сводчатые перекрытия воспроизводят кроны деревьев. В своих творениях Гауди использовал параболические арки, гипер-спирали, наклонные колонны и т.д., создавая архитектуру, геометрия которой превосходила архитектурные фантазии и зодчих, и инженеров. Одним из первых А. Гауди использовал также и био-морфологические конструктивные свойства пространственно-изогнутой формы, которая была воплощена им в виде гиперболического параболоида небольшого лестничного пролета из кирпича. При этом  Гауди не просто копировал объекты природы, но творчески интерпретировал природные формы, видоизменяя пропорции и масштабные ритмические характеристики. Не смотря на то, что смысловой ряд протобионических построек выглядит достаточно внушительно и оправданно, некоторые специалисты считают архитектурной бионикой только те здания, которые не просто повторяют природные формы или созданы из естественных природных материалов, а содержат в своих конструкциях структуры и принципы живой природы.

Эти ученые скорее назвали бы протобионикой такие постройки как 300-метровая Эйфелева башня инженера-мостовика А. Г. Эйфеля, которая в точности повторяет строение большой берцовой кости человека, проект моста архитектора П. Солери, напоминающий свернутый лист злака и разработанный по принципу перераспределения нагрузок в стеблях растений и т. д. [Архитектурная бионика. Под редакцией Ю. С. Лебедева – М. Стройиздат, 1990. 269с.]

В России законы живой природы также были заимствованы для создания некоторых архитектурных объектов «доперестроечного» периода. Примерами можно назвать Останкинскую радиотелевизионную башню в Москве, Олимпийские объекты — велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе — ресторан «Бермет» и др. Среди имен современных зодчих, работающих в направлении архитектурной бионики, выделяются Норман Фостер, Сантьяго Калатрава, Николас Гримшоу, Кен Янг, Винсент Калебо и т. д. [Архитектурная бионика. Под редакцией Ю. С. Лебедева – М. Стройиздат, 1990. 269с.]