موجودات با طبیعت (اقلیم و معماری) اشاره نمود. همچنین انسان بدلیل وابسته بودن به طبیعت برای ادامه حیات خود و رفع نیازهایش به ناچار باید آن را بشناسد. از طرفی با بررسی طبیعت، تصویری بهتر از گذشته و آینده و حقایق هستی بدست می­آورد، زیرا شکل­های طبیعی ذاتاً کارآمدند و طرح­های کارکردی در طبیعت از نظر زیباشناسی نیز خوشایند و مطلوبند. ارتباط دادن طرح به اشکال و قوانین طبیعی می­تواند به طراحان کمک نماید تا طرح­های خلاقانه و دارای کیفیت زیبایی­شناسانه که آسیب کمتری به طبیعت می­رساند ایجاد نمایند با توجه به مطالب عنوان شده لزوم شناخت مبحث بیونیک و بکارگیری آن در معماری آشکار می­شود.

        هدف از این تحقیق آن است که در ابتدا به بحث شناخت بیونیک پرداخته و سپس با آشنایی با اصول طراحی بیونیک، روش الگوگیری از طبیعت را دریابیم، همچنین با طراحی مرکز تحقیقات و توسعه بیونیک و بکارگیری اصول الگوگیری شده از طبیعت در آن به طرحی دست پیدا کنیم که تقلید صرف از طبیعت نباشد، بلکه سازه بکارگرفته شده، نیازهای عملکردی و زیبایی شناسی و فرم انتخاب شده به بهترین صورت ترکیب شده و منطبق بر اصول بنیادین طبیعت و با توجه به نیازها و بستر طرح انتخاب و گزینش شود به طوری که طرح نهایی جوابگوی نیازهای استفاده­کنندگان بوده و آسیب کمتری به طبیعت برساند.

فهرست مطالب

 عنوان…………………………………………………………………………………………………………………………..صفحه

فصل اول: شناخت علم بیونیک

1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………….1

1-2- طبیعت به عنوان منبع خلاقیت و نوآوری………………………………………………………………………………3

1-3- تعریف علم بیونیک………………………………………………………………………………………4

1-4- منشأ علم بیونیک………………………………………………………………………………………………………9

1-5- تاریخچه علم بیونیک……………………………………………………………………………………………….10

1-6- علم بیونیک در عصر حاضر…………………………………………………………………………………….14

1-6-1- نمونه­هایی از مهندسی خلاقیت بیونیکی………………………………………………………………………….14

1-6-1-1- از دیدگاه فرم………………………………………………………………………………………………………………..15

1-6-1-2- از دیدگاه مواد……………………………………………………………………………………………………………….16

1-6-1-3- از دیدگاه ساختار…………………………………………………………………………………………………………..23

1-6-1-4- از دیدگاه فرآیند…………………………………………………………………..……………………………………….33

1-6-1-5- از دیدگاه عملکرد………………………………………………………………………………………………………….35

1-7- علم بیونیک در آینده……………………………………………………………………………………………………………..38

1-8- نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………38

فصل دوم: جایگاه بیونیک در علوم مختلف

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………..41

2-2- بیونیک علم رابط بین علوم مختلف………………………………………………………………………………………42

2-3- شاخه­های مهندسی خلاقیت بیونیکی…………………………………………………………………………………..43

2-3-1- شاخه­ها یا رشته­های بخشی……………………………………………………………………………………………..43

2-3-2- شاخه­ها یا رشته­های موضوعی………………………………………………………………………………………….46

2-4- رابطه بیونیک با سیبرنتیک……………………………………………………………………………………………………48

2-5- صاحب­نظران حوزه بیونیک……………………………………………………………………………………………………50

2-5-1- ورنر ویلینسکی………………………………………………………………………………………………………..50

2-5-2- خاویر جی پیوز وماریا رزا سرورا………………………………………………………………………………………51

2-5-3-  گرگ لین………………………………………………………………………………………………………….53

2-5-4- سانتیاگو کالاتراوا………………………………………………………………………………………………..57

2-5-5- نیکلاس گریمشاو……………………………………………………………………………………………….60

2-6- نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………….61

فصل سوم: مبانی طراحی بیونیک و پایداری

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………….64

3-2- بیونیک و معماری بیونیک…………………………………………………………………………………..65

3-2-1- شرایط، تعاریف، پیش­زمینه­ها……………………………………………………………………………..65

3-2-2- استخراج و ترجمه………………………………………………………………………………………………68

3-2-3- انتقال……………………………………………………………………………………………………………70

3-2-3-1- رویکرد بالا به پایین-اصول بیولوژیکی موثر بر طراحی………………………………………71

3-2-3-2- رویکرد پایین به بالا-اهداف طراحی بدنبال انطباق با بیولوژی…………………………………..72

3-2-3-3- رویکرد اتفاقی………………………………………………………………………………………..73

3-2-4- اصول طراحی بیونیک…………………………………………………………………………………..75

3-3- تأثیر و بکارگیری بیونیک در ایجاد طرح­های پایدار……………………………………………………………..77

3-3-1- اندیشه­ها و مفاهیم (سطوح بیونیک)……………………………………………………………….78

3-3-1-1- سطح ارگانیسم…………………………………………………………………………………………80

3-3-1-2- سطح رفتار………………………………………………………………………………….80

3-3-1-3- سطح اکوسیستم…………………………………………………………………………………..81

3-3-2- جنبه­های ساختمان از دید پایداری………………………………………………………………………………….83

3-3-2-1-خصوصیت مواد و مصالح ساختمان………………………………………………………………………………84

3-3-2-2- پوشش ساختمان………………………………………………………………………………………87

3-3-2-3- شرایط محیطی…………………………………………………………………………………………….89

 

برای دانلود متن کامل پایان نامه ها اینجا کلیک کنید

3-4- نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………….92

فصل چهارم: اجزای ساختمان و بیونیک

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………….94

4-2- فرم و بیونیک……………………………………………………………………………………………………95

4-2-1- تفاوت فرم­های زمینه­گرا و تقلیدی از طبیعت………………………………………………………………….95

4-2-2- مقایسه فرم دو نمونه معماری……………………………………………………………………………………96

4-2-3- مقیاس معتبر…………………………………………………………………………………………………………99

4-2-4- فرم طبیعی معتبر………………………………………………………………………………101

4-3- سازه و بیونیک…………………………………………………………………………………………………102

4-3-1- طبیعت و کارایی سازه…………………………………………………………………………………103

4-3-2 طبیعت و زیباگرایی سازه…………………………………………………………………………………..104

4-3-3- انواع سازه­های بیونیک………………………………………………………………………………………..106

4-3-3-1- طبیعت و سازه­های بلند (سیستم­های ساختمانی ستونی)……………………………………….107

4-3-3-2- سازه­های درختی…………………………………………………………………………………………..114

4-3-3-3- سازه­های پوسته­ای در طبیعت…………………………………………………………………………………..117

4-3-3-4- سازه­های ورق تا شو در طبیعت…………………………………………………………………………………118

4-3-3-5- سازه­های تنسگریتی در طبیعت…………………………………………………………………………………119

4-3-3-6- سازه­های بادی در طبیعت………………………………………………………………………………………….124

4-3-3-7- سازه­های ژئودزیک در طبیعت…………………………………………………………………………………..126

4-3-3-8- سازه­های کابلی کشسان در طبیعت…………………………………………………………………………..128

4-3-3-9- سازه­های قوسی در طبیعت……………………………………………………………………………………….130

4-3-3-10- اسکلت بدن جانداران………………………………………………………………………………………………132

4-4- بیونیک و مصالح……………………………………………………………………………………………………..134

4-4-1- نقش مصالح در معماری عصر حاضر با نگاهی به طبیعت…………………………………………….134

4-4-2- نمونه­هایی از مصالح بیونیکی………………………………………………………………………………………….135

4-4-2-1- ساخت مصالح مقاوم به سایش بیونیکی…………………………………………………………………….135

4-4-2-2- تولید مصالح رنگی ساختمانی…………………………………………………………………………………….136

4-4-2-3- مصالح هوشمند………………………………………………………………………………………………………….137

4-4-2-3-1- با قابلیت تغییر ویژگی……………………………………………………………………………………………140

4-4-2-3-2- با قابلیت تبدیل انرژی……………………………………………………………………………………………146

4-4-2-4- نانو مصالح…………………………………………………………………………………………………………….146

4-4-2-4-1- مصالح خود تمیز شونده………………………………………………………………………………………..147

4-4-2-4-2- مصالح تصفیه­کننده هوا…………………………………………………………………………………………150

4-4-2-4-3- مصالح تنظیم­کننده دما (تغییر فاز)………………………………………………………………………153

4-4-2-5- ساخت عایق رطوبتی……………………………………………………………………………………………156

4-4-2-6- تهیه سطوح نچسب………………………………………………………………………………………….157

4-4-2-7- تولید رنگ­های خودپاک­شونده…………………………………………………………………………………..158

4-4-2-8- تولید بیوکامپوزیت­های سخت……………………………………………………………………………………160

4-5- بیونیک و تأسیسات………………………………………………………………………………………………161

4-5-1- نمونه­هایی از تأسیسات بیونیکی……………………………………………………………………………………..161

4-5-1-1- ساخت سلول­های فتوولتائیک بیونیک……………………………………………………………………….161

4-5-1-2- طراحی تأسیسات مکانیکی بنا……………………………………………………………………………………167

4-5-1-3- توسعه عایق­کاری گرمایشی نیمه شفاف…………………………………………………………………….169

4-6- بیونیک و پوشش…………………………………………………………………………………………….172

4-6-1- طراحی پوست تنفسی بیونیکی برای ساختمان……………………………………………………………..172

4-7- نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………..180

فصل پنجم: نمونه موردی

5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………….182

5-2- نمونه موردی مراکز تحقیقاتی…………………………………………………………………………………………….183

5-2-1- مرکز علوم گیاهی دونالد دانفورث…………………………………………………………………………………..183

5-3- نمونه موردی معماری بیونیک…………………………………………………………………………………………….184

5-3-1- مرکز هنر سنگاپور، سنگاپور، مالزی……………………………………………………………………………….184

5-3-2- استادیوم المپیک بیجینگ، پکن، چین………………………………………………………………………….186

5-3-3- مرکز شنا و بازی­های آبی بیجینگ، پکن، چین…………………………………………………………….188

5-3-4- برج بیونیک، شانگهای، چین………………………………………………………………………………………….190

5-3-5- برج رودخانه مروارید، گانزهو، چین………………………………………………………………………………..193

5-3-6- مرکز ایست گیت، هاراری، زیمباوه…………………………………………………………………………………195

5-4- نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………………197

فصل ششم: مکان­یابی و تحلیل سایت

6-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………..200

6-2- درباره شهر شیراز…………………………………………………………………………………200

6-3- مکان­یابی و تحلیل سایت انتخابی…………………………………………………………………………201

6-3-1- عوامل موثر در مکان­یابی به صورت عام………………………………………………………………………….201

6-3-2- عوامل موثر در مکان­یابی مرکز تحقیقات و توسعه بیونیک……………………………………………202

6-3-3- مکان­یابی……………………………………………………………………………………………………206

6-3-4- تحلیل سایت انتخابی………………………………………………………………………………………….215

6-4- مطالعات جغرافیایی………………………………………………………………………………………………222

6-4-1- موقعیت جغرافیایی استان فارس…………………………………………………………………………………….222

6-4-2- موقعیت جغرافیایی شهرستان شیراز………………………………………………………………………………222

6-4-3- مشخصه­های جغرافیایی شهر شیراز……………………………………………………………………………….223

6-4-4- مشخصه­های ارتفاعی شهر شیراز……………………………………………………………………………………223

6-5- مشخصه­های اقلیمی شهر شیراز…………………………………………………………………………………224

6-5-1- آب و هوا……………………………………………………………………………………………………….224

6-5-2 دما………………………………………………………………………………………………………225

6-5-3- رطوبت…………………………………………………………………………………………………………….226

6-5-4- بارندگی…………………………………………………………………………………………………………228

6-5-5- باد………………………………………………………………………………………………………………..228

6-6- زمین­شناسی و ژئومورفولوژی………………………………………………………………………………………………230

6-6-1- لرزه­خیزی………………………………………………………………………………………………………………230

6-7- خاک و پوشش گیاهی…………………………………………………………………………………………..231

فصل هفتم: برنامه­ریزی و طراحی مرکز تحقیقات و توسعه بیونیک

7-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….233

7-2- مبانی نظری طرح……………………………………………………………………………………………….234

7-3- برنامه­ریزی فیزیکی……………………………………………………………………………………………………………..236

7-3-1- عرصه آموزشی و پژوهشی………………………………………………………………………………………………236

7-3-2- عرصه خدماتی-رفاهی…………………………………………………………………………………………………….237

7-3-3- عرصه اداری…………………………………………………………………………………………………………………….239

7-3-4- عرصه نمایشگاهی……………………………………………………………………………………………………………240

7-4- معرفی روند شکل­گیری کلیت طرح……………………………………………………………………………………241

7-5- رویکرد پایداری طرح…………………………………………………………………………………………………………..245

7-6- رویکرد بیونیکی طرح…………………………………………………………………………………………………………..247

7-6-1- سازه…………………………………………………………………………………………………………..247

7-6-2- تأسیسات……………………………………………………………………………………………………………248

7-6-3- مصالح و پوشش………………………………………………………………………………………………………………252

7-7-نقشه­ها و تصاویر نهایی…………………………………………………………………………………………………………252

منابع و مأخذ

منابع فارسی……………………………………………………………………………………………………………….266

منابع غیر فارسی…………………………………………………………………………………………………………………..268

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………274

– مقدمه

        اکنون در آستانه هزاره جدید، مفاهیم علمی، فلسفی و ایدئولوژیکی مربوط به دو مبحث تکنولوژی و بیولوژی، در حال دگرگون شدن است که بخشی از آن نتیجه کشفیات جدیدی است که در زمینه­های مختلف تحقیقاتی رخ داده­اند. خودسازماندهی­های مجذوب­کننده سیستم­های ساده در طبیعت، امروزه توجه بسیاری از دانشمندان در زمینه­های مختلف علمی را به خود جلب کرده است. پیشرفت علم کامپیوتر و امکانات جدیدی که این علم در اختیار دانشمندان قرار داده نیز تحقیقات پیچیده­ای را در این زمینه میسر ساخته است. هم­چنان که شبیه­سازی­های کامپیوتری نشان می­دهد، دو علم بیولوژی و تکنولوژی با تمام پیچیدگی­هایشان براساس قوانین مشابه و ماوراء شکل گرفته­اند. با ترکیب این دو علم می­توان به عرصه جدیدی از دانش وارد شد که امکان نوآوری­های بیشتر را در زمینه­های مختلف فراهم می­آورد.

       در فرهنگ بریتانیا واژه بیونیک، “ساختسیستم­های مصنوعی که دارای برخی از ویژگی­های موجودات زنده هستند” تعریف شده است. متشابه بودن واژه بیونیک و بیولوژی (زیست­شناسی) ما را متوجه ارتباط این علم با موجودات زنده می­کند. در ابتدای امر، بیونیک به کاربردهای علمی منحصر می­شد و طرح­هایی را که اساس شکل­گیری آن­ها موجودات زنده بودند بررسی می­کرد. در بازه زمان تعریف جامع­تری بدست آمد: “بیونیک عبارت است از هنر بکار گرفتن دانش سیستم­های زنده برای حل مسائل فنی”. این تعریف مبین این است که بیونیک از ابتدای حیات انسان همواره با ما همراه بوده و بسیاری از پژوهشگران پیش از آن که بیونیک به این نام معروف شود، آن را بکار گرفته­اند. می­توان گفت بیونیک یک انضباط بین علمی است که برای بهبود طراحی، ساخت ابزارها و ماشین­های مورد استفاده بشر، بکار گرفته می­شود و دستاوردهای بسیار سودمندی به بشر داده است. هدف اصلی و پرفایده از بکارگیری این دست­آوردها این است که به جای بازآفرینی از موجودات زنده، اصول و قواعد طبیعت و سازگاری آن­ها با یکدیگر مورد مطالعه قرار گیرد. به بیان ساده­تر، بیونیک تأکید بر استفاده­ی صحیح از منابع طبیعی و عدم تخریب محیط زیست دارد. هم چنین با نیم نگاهی به مسائل فنی و تکنولوژیکی خواستار طراحی به روش طبیعت است.

       از دیدگاه بیونیک ساده­ترین راه برداشت از طبیعت، تقلید صادقانه از مدل است. هم­اکنون بیشتر موجودات زنده حاصل دو میلیارد سال تکامل تدریجی هستند که در این بازه زمانی بسیار طولانی، طبیعت هر موجودی را که با هدف نهایی خلقت سازگاری نداشته از میان برداشته است. بنابراین طرح­هایی که شبیه موجودات زنده هستند از این تجربه عظیم بهره­مند می­شوند. از طریق مطالعه فرآیند تکامل می­توان به اطلاعات زیادی دست یافت و در علوم مختلف از آن بهره جست. یکی از این علوم معماری است. بیونیک کمک بسزایی به معماران می­کند. یکی از دیدگاه­های معماران پیرو این سبک این است که “ما در ساختمان­ها زندگی می­کنیم، کار می­کنیم و با دیگران تعامل می­کنیم و به نوعی ساختمان­ها باید به عنوان پوستیبرای انسان باشند.” علاوه بر این ساختمان­ها باید کیفیت زندگی را افزایش دهند و به شرایط محیطی زمین نیز نیم­نگاهی داشته باشند. 

ضرورت طرح­

       معرفی علم بیونیک به عنوان یکی از سه علم برتر دنیا از یک طرف و از طرفی ناکارآمدی و بهینه نبودن برخی ساخته­های دست بشر ما را به سمتی سوق می­دهد که از تجربه طبیعت در زمینه­های مختلف یاری بگیریم. برای رسیدن به این اهداف ضروری است تا مرکزی برای تحقیقات و گسترش این علم در جامعه ایجاد شود، تا از طرفی به شناخت نظام طبیعت پرداخته و از طرف دیگر به گسترش کاربرد آن در علوم مختلف کمک نماید. در این راستا دانشگاه شیراز به عنوان یکی از قطب­های قدرتمند علمی و پژوهشی کشور و سابقه درخشان آن در علوم طبیعی و مباحث تکنولوژی، بستری مناسب را برای تحقیق این امر مهیا می­سازد.

1-2- طبیعت به عنوان منبع خلاقیت و نوآوری

        در گذشته بهره برداری از طبیعت تنها برای استفاده به عنوان یک عامل تولید­کننده بود ولی امروزه به صورت گسترده از منابع آن برای یافتن راه­حل­های خلاق برای مسائل فناورانه استفاده می­شود.

طبیعت بدلیل ویژگی­های خاصی که دارد به عنوان یک منبع ویژه برای رشد و توسعه خلاقیت و نوآوری می­باشد. عمده­ترین این ویژگی­ها عبارتند از:

1- سیستم­های زیستی میلیون­ها سال است برای توسعه و تکامل بهینه شده­اند.

2- آن­ها به صورت چرخه­هایی از مواد هستند که پشت سر هم با یکدیگر ترکیب شده و مواد زائد را مصرف می­کنند.

3- سیستم­های زیستی بر مبنای اصل خود سازمان­دهی[1] کار می­کنند (سیستم­هایی که خودشان تولید، تنظیم، تولید نسل و بهینه­سازی می­کنند).

4- سیستم­های زیستی در اثر عوامل تکاملی در جهت افزایش بهره­وری توسعه پیدا کرده­اند. برای مثال گیاهان می­توانند نیازهای خود را کاهش دهند، تهیه آب را بهبود بخشند، بهتر از نور استفاده کنند و در شرایط ناسازگار مقاومت بیشتری از خود نشان دهند.

5- سیستم­های زیستی می­توانند با جذب حداقل انرژی زنده بمانند و تولید نسل کنند.

6- سیستم­های زیستی دارای توانایی برای نو شدن و ایجاد دوباره اجزاء خود می­باشند بدون اینکه تغییری در ساختار اساسی آن­ها ایجاد شود.

7- سیستم­های زیستی شامل تعداد کمی از عوامل اساسی هستند که با یکدیگر در یک راه همکاری می­کنند و تعداد زیادی از عملکردهای حیاتی را می­توانند تولید نمایند (اصل حداقل نیروی مصرف شده).

اهمیت ساختارهای زیستی در حوزه فناوری از سال 1960 به بعد افزایش یافته و از همین سال نیز بیونیک به صورت یک علم ویژه درآمده است و امروزه بر اهمیت بیونیک افزوده می­شود. (علیرضا منصوریان و سید مهدی گلستان هاشمی، ص40 و 41)

-3- تعریف علم بیونیک

 بیونیک[2] از ترکیب دو کلمه زیست­شناسی[3] وتکنیک[4] تشکیل شده است ودر فرهنگ لغت­های مختلف “بیونیک” را با تعابیر مختلفی معرفی کرده­اند. فرهنگ لغتوبستر[5]بیونیک را کاربرد اصول زیست­شناسی برای مطالعه وطراحی سیستم­های مهندسی توصیف نموده است.طبق تعریف جانین بنیوس[6] (1997)، نویسنده کتاب بیومیمیکری[7]، بیونیک علم مطالعه مدل­های طبیعت و الهام گیری از این طرح ها و فرایند­ها برای رفع مشکلات انسانی است.

ورنر ویلینسکی[8]، پژوهشگر آلمانی دانش بیونیک بیان می­دارد که علم بیونیک از قوانین تکاملی طبیعت که از میلیون­ها سال قبل بدون وقفه وسر سوزنی توقف و با دقت خاص یک ساعت اتمی پیاده شده­اند تبعیت می­کند و به عنوان سازنده­ترین منبع الهام الگو می­شوند ومورد تقلید قرار می­گیرند.

یکی از مهم­ترین رسالت­های متخصصان بیونیک آن است که با دیگر متخصصان این علم در سایر نقاط جهان ارتباط برقرار کنند.

متخصصان بیونیک در مورد مشکلات موجود، از قبیل تغییرات آب و هوا ، بروز شکاف در لایه­ی ازن، رو به پایان رفتن ذخایر انرژی،نابودی محیط­های زندگی، افزایش رو به رشد قحطی و گرسنگی در جهان سوم، راه­حل­های علمی و عملی در نظر دارند. فراورده­های صنعتی همواره احتیاج به تجدید نظر دارند. در واقع آنها را باید به گونه­ای تولید کرد که دوستدار محیط زیست باشند وبین آنها و طبیعت هماهنگی باشد.

مهندسی خلاقیت بیونیکی را می­توان به عبارتی علم استفاده از نتایج تکاملی زیست­شناسی دانست. ایده­ی بیونیک بر این حقیقت استوار است که تکامل به طور مداوم در طبیعت در حال انجام است وفناوری های حیات بهترین حالت و نظم را با یکدیگر دارند. به همین جهت لازم است برای فناوری­های مدرن از حالت­های تکاملی حیات الگوبرداری شود.

بیونیک رویکرد خلاقی است که به مسائل موجودات زنده و ماشین­ها از طریق گرد­آوری پژوهش­های زیست­شناسان، روانشناسان، ریاضی­دانان، مهندسان و ………. می­نگرد. بیونیک محدود به رشته­ای

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...