未来城市的看法:弹性建筑 | 自然给予建筑师的启迪

    为了更好应对系统中的灾难和混乱,ArchDaily采访了bio-inspirations 的创始人、建筑联盟亚马逊访问学校仿生学教授、舒玛特学院生态设计思维硕士、生物学家Alessandra Araújo,她从“大自然”这个不同的角度,与我们分享了她对于建筑和城市语境中弹性的看法。

    什么是生物学中的弹性?当设计建成环境时,我们可以怎样借鉴这个概念?

    生态系统中的弹性指的是一个生态系统在收到破坏后维持其内在联系和运作的能力。通过理解每个组成单元所具有的再生能力与这些单元是怎样在交流链中互相联系的能确定弹性的强度。我喜欢将森林类比为一所活的大学,充满了处理各种复杂情况的发展参数,有着不同的职责分工和各成分之间持续不断的能量交流,这种交流使之能应对混乱的状态,让营养物能通过生物多样性循环利用,这些是森林弹性的根本。

    “而说起我们的居住方式,在对某种优秀城市规划的设想中,没有人担心哪些人站在高处,哪些人站在低处。”

    举例来说,我们在保证不大范围投射阴影的情况下能将建筑造得多高?在遮光的情况下,我们如何能够与那些无法享受到光照的人们共享一些福利?就生存过程中的分享和协作这一点,森林能教给我们的有很多。

    我们如何能够更实际的类比森林中的树木和城市中的建筑?

    森林中的生命始于负责记录周期信息的最古老冠树的管理之下。在一棵树的年轮中,记录了这棵树一生中各个季节的降水量、日照度、空气质量和气候变化的数据。树木将这些数据作为依据对其周围的环境做出独到的反应,它会调整孕育或多或少花朵,这些花朵将培育或多或少的果实,这些果实将使或多或少草食动物果腹等等。以此类推,它控制着整个食物链的发展。所有的数据信息都通过共享着养分、水和氧气的树根和真菌所构成的共生网络传播。此外,高大的树木不同发育中的小树一般不断地消耗,反而不断地为周围的生物生产着共享的能源。当我们审视重要的建筑或封闭式的住宅社区时就会发现,这些占据了极大空间且故步自封的城市岛屿们尽管对城市基础设施的要求极为苛刻,却对周围的环境没有做出任何贡献。以此可见,森林中的效率建立在绝对的协作和共荣之上,而城市却不可同日而语。

    你相信当今的城市存在一种可行的运行方式吗?

    总的来说,我认为这是一种个体或个性的革命。我认为经济目前正处于一个修正的阶段。人们讨论了很多关于循环经济的话题,循环经济与流动的可能性密切相关,对我而言,任何循环的事物都有其内在的合作性。若我们要创造城市弹性时,我们就需要繁多的有协作性的系统。大自然中在两个个体间建立协作关系的是臭名昭著的共栖,这是一种交换的能力,能使双方都受益。在一个社区中实现互利共生,就必须懂得某个特定岗位的能力是什么以及他们是如何交换过剩资源的。换个角度思考,我们可以把两个系统当做例子:一个所有东西都自一个点发散开的矩阵和一个每个点都在向外发散的网络。

    “对我来说,弹性就是研究第二个网络系统如何运行,因为如果一个终端遭到破坏,有好几个其他连接点能支持它并维持整个系统的运作。”

    为了产生有效的弹性,是不是有必要考虑地理边界?

    不,但我认为城市边界的一味扩张可能是不负责任的。例如,圣保罗的水资源来自哪里,污水又排到哪里?食物和产品来自于哪里,废弃物又扔到哪里?

    “城市无法在资源的限制下满足它的基本需求,这是弹性一个非常有趣的前提条件。”

    这不意味着我们应该放弃产能的多样化和专业化,将所有产能集中到城市内部,这绝不是由一方做出改变就可解决的问题。但如果在一个较小的半径内,更多的产品是城市日常生活所必须的,那我们就能使城市拥有更强的弹性。此外,值得一提的是,弹性单元非常的去中心化。

    除了去中心化,多样性在大自然中也是弹性的一个必要因素,是吗?这又如何应用到城市中来呢?

    是的,森林中有不同职责分工、无数特化作用以及不同类型水平的能量消耗,这使它更具弹性,因为它由在不同时期具有不同需求的个体组成,这种必需品的动态性在混乱的交流中创造了一种平衡。在森林中,阳光是能量生产的基础,也消耗最大,但根据阳光的垂直入射和角色分工,对于这种能量的需求是有差别的,这些差别就是使森林新陈代谢得以平衡的一部分原因。

    “城市中的多样性是一样的意思,它并不与不同的高度、不同的建筑形态直接挂钩,而是与城市运行方式有关,与不同的工作时间、不同的岗位有关。”

    因此,我们谈论的是功能上的多样性,分工越细、差异性越大,越好。

    最后一个问题,你认为构建一个弹性城市的主要因素是什么?

   弹性城市应该是有创造力的城市,创造力的涌现需要集体协作,也就是说需要一大群有活力的生命。”

    在城市中隔离现象越少,就有更多多功能区以去中心化的方式运作着,城市也就更具弹性了。

(原文:https://www.archdaily.cn/cn/921923/guan-yu-dan-xing-jian-zhu-da-zi-ran-gei-yu-jian-zhu-shi-de-qi-di)

10种弹性建筑的自适应墙体方案赏析

    “弹性”(Resilience)的概念被广泛应用于广大学科。从科学定义的角度来说,弹性是物质或者物体在遭受某种创伤后恢复其形状的能力。换句话说,它与抵抗力有较大的不同,因为它关系到适应和恢复的能力。在生态学中,弹性是指生态系统对扰动或干扰做出反应、抵御破坏和快速恢复的能力。

    然而,在建筑学中,在设计时如果能考虑到弹性则可以产生多种方案。弹性设计是基于特定地点的,预测建筑使用的可能情形,甚至是可能危害到建筑和居住者的灾难是非常重要的基本准则。此外,更进一步的关注自适应结构和材料的应用,使其能够从环境中不断地学习和改造自己。既然有能够从环境中学习的软件和算法,为什么我们不能在构建的过程中使用相同的方法呢?

   这里选取了10个在建筑和施工的弹性概念下的自适应材料及其解决方案,这些方案或许在某一天会成为主流也可能只是昙花一现。


1、SPONG3D

    Spong3D 是一个集多重功能于一体的外立面系统,可以根据全年不同的环境条件优化热性能。该想法目的是控制全年建筑内部和外部部分之间的传热。系统包含用以提供隔热层的空气腔和储存热能的液体。液体是可以流动的,它可以通过位于系统外表面的通道(在立面的内外表面上)流动储存热能,在需要的时候,液体可以从立面的一边流向另外一侧以吸收和释放热能。沟道和空腔的组合形成复杂的结构,将多个功能集成为一个单一的组件,然而这种结构只能通过增材制造技术实现(例如,3D打印)。


2、GEOtube

    GEOtube 是总部位于伯克利的 Faulders Studio 提出的一个方案,使用盐水形成立面。迪拜塔的立面设计方案是通过一条4.52公里的管道从波斯湾(世界上含盐量最高的海水来源)汲取水,然后将水喷洒到其网状里面上。建筑的立面是完全通过这种方式形成而非建造。不同于即刻完成,它是处于不断发展的过程中的。随着时间的推移,在水的蒸发和盐的沉积的共同作用下,塔的外观从透明转变成一个坚实的白色表面。


3、Al BaharTowers

    对于阿布扎比最新的双子塔来说,Adedas建筑事务所设计了一个可以响应的立面,它从传统的伊斯兰格状遮阳设备 mashrabiya 中汲取灵感。通过对可以进行变化的外立面进行参数化调整,该团队能够模拟在不同阳光照射和入射角度变化的操作。幕墙位于建筑物外立面2米外的一个独立框架上。每个三角形都涂有玻璃纤维,并通过编程对太阳的运动做出反应,以减少太阳光的照射和眩光现象。晚上,所有的屏幕都会关闭。

(参见 | 阿联酋Al Bahar塔获《时代周刊》2012最佳发明:http://space.hit.edu.cn/xuejun/post/299.html)


4、ResponsiveShading

    为了从建筑的角度处理信息和性能之间的关系,该项目研究和开发了一种响应式的遮阳结构,该结构与位于得克萨斯州奥斯汀和德国慕尼黑的两个热测试实验室一同建造。德克萨斯大学建筑系助理教授Michael Leighton Beaman通过前后关系、发生的现象以及太阳光的数据编写了代码,从而开发了参数化模型。

5、HygromorphicMaterials

    水成材料是一种对水分敏感的材料,其反应受到木材的收缩和膨胀的影响。这是利用现有材料的固有特性的自然反应机制,如针叶树球果的水分诱导开闭的现象。


6、ResponsiveGeometry

    几年前,IAAC(加泰罗尼亚高级建筑研究所)的建筑师创建了“Translated Geomertries”,一个由形状记忆聚合物(SMP)三角形镶嵌设计而成的响应模型,使得材料能在外部和可控的刺激条件下改变形态,从而在较热环境下能够达到一个柔软而灵活的形态。


7、Double Face

    该系统是基于Trombe墙体热原理而进行创新的方案, 比传统Trombe墙体轻5倍左右,以避免建筑结构过载。双面的形式利用了相变材料(PCM)的动态特性并且参考了其外观样式。部件是半透明的,被设计处于玻璃幕墙之前以抵御外部最大的热影响,并可扩展成新建筑的设计方案,以应对现有建筑的改造。此外,该系统是自适应的,能够充分利用热能,其设计能够在冬季将墙体置于太阳辐射下以获得热量,但却能够在夏季保护建筑不受过强的太阳辐射影响,从而起到缓冲作用。在冬季,PCM面朝外,白天会接收冬季太阳的热能而“充电”,在夜晚朝向室内释放出积聚的热量。在夏季,白天与室外遮阳相结合,将室内的达到阈值的热量储存起来,夜间通过风将热量释放到室外环境中,起到散热板的作用。


8、Adaptive Glazing

    自适应玻璃的解决方案能够在不需要百叶窗或者太阳能板的情况下自动控制透光率使得自然透光率达到最大,它能根据户外条件改变光和热的性能,例如修改玻璃颜色。当太阳辐射过强时可以从透明转变为深色。


9、Algae Façade

    该方案由Splitterwerk建筑事务所和奥雅纳(Arup)公司共同开发,由在玻璃幕墙中培育的微藻类生物组成,这些微藻为建筑提供热量,为食品和制药行业提供生物质。在阳光直射下,快速生长的小细胞会加热水,这些热量会被系统收集并储存在建筑中。建筑立面也可以随着藻类的不断生长而改变颜色,从而形成动态样式。

(参见 | 世界上最绿的建筑——德国Splitterwerk等设计的以藻类当立面的世界上第一面藻类生物反应墙:http://space.hit.edu.cn/xuejun/post/344.html)


10、A Pollution-EatingFaçade

    Prosolve370e是一种装饰性的建筑模块,当安装在交通道路附近或建筑立面时可以减少城市的空气污染。这种材料含有二氧化钛,可以有效地“净化”空气中的毒素,释放出海绵状的自由基,从而消除污染物。当瓷砖安装在交通附近或严重污染的环境中时,可以中和空气污染物。受自然界分形的启发,其采用的波浪形式最大化了活性涂层的表面积,以尽可能地消散光、空气湍流和污染。

(详见:https://www.archdaily.cn/cn/922099/10chong-dan-xing-jian-zhu-de-zi-gua-ying-qiang-ti-fang-an-shang-xi)

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