بخشی از مقاله
تاثیر معماری بیونیک در پیوند با فناوری های مهندسی سازه در عصر جدید
چکیده
امروزه علوم نظری بر شیوه های تحلیل علوم تجربی استوار است .در حقیقت، علوم برخاسته از قوانین طبیعت، همچون فیزیک، زیست شناسی و ... مبنای علوم و هنرهایی مانند معماری شده اند .بسیاری از معماران جدید، بخصوص پیروان دیدگاه هایی همچون آشوب و فراکتال، از علوم تجربی و طبیعی استنتاج معماری می کنند، لذا باید واسطه هایی پیدا کرد تا جزئیات علوم تجربی را کلی کنند و کلیات را در جزئیات معماری بیاورند .برای یافتن این واسطه ها باید سیر از جزء به کل و ازکلیات به جزئیات در معماری انجام شود .نتایج طبیعت نباید مستقیما در معماری طرح شود، بلکه در معماری باید به برداشت هایی کلی از علوم و قوانین طبیعت ارجاع کرد .فرایند از جزء به کل و از کل به جزء در خلق معماری، اگر با اصول بر گرفته از آموزه های طبیعت توام باشد، نتایج پایداری را در محصولات معماری به وجود خواهد آورد که در این مقاله به پژوهش در باب آن ها پرداخته شده است.شناخت معماری بیونیک و تاثیر آن با فناوری های سازه در هزاره سوم هدف اصلی این مقاله است که با جستجوی رازها و اصول ماندگاری پدیده های طبیعت، سعی در عرضه ی اصول ماندگار آن که منجر به پایداری در تولیدات معماری می گردد، اشاره شده است تا این مهم حتی الامکان به آموزش پایدار در معماری منتج گردد.
واژگان کلیدی: سازه، شکل و ساختار، طراحی، طبیعت، مقاومت مصالح، معماری بیونیک
-1 مقدمه
تاثیر طبیعت در معماری، در هر مکتب معماری به طریقی ره گیری می شود .برداشت بسیاری از مکاتب معماری معاصر، از پیچیدگی های طبیعت، برداشت های شکلی و ظاهری است .اما نکته مهم درک زیربنای این پیچیدگی است .به اعتقاد بولدینگ1 ، یکی از مهم ترین نکاتی که در طبقه بندی طبیعت وجود دارد سیر تکاملی ساختارهای طبیعی از غیر زنده به سمت زنده است .زنده بودن زیست شناسانه به معنی تولید مثل، حرکت و ... نیست؛ بلکه آن چه بیش از همه می تواند بر حیات ایجاد شده در معماری تاکید کند، طراحی معماریی است که زائیده اندیشه انسانی است و در تعاملی دو سویه با انسان و طبیعت پیرامونش قرار دارد . (مهدی، (1362
به گفته رایت2 ، همه اشیای بشرساخت، از زندگی برخوردارند و زیبایی آنها در همین نهفته است، این ها گویای کیفیت زندگی استفاده کنندگان آن ها هستند و در ساخت آن ها، عشق مداخله می کند .این عشق به این اشیا جان بخشیده و می تواند کیفیت تمدن سازنده این اشیا را اثبات یا نفی کند (فرانک لوید، (1370
به عقیده چارلز جنکز3 ، سیستم های طبیعت از جنس سیستم های پیش بینی پذیر فراتر رفته و غیر قابل پیش بینی می باشند و معماری نیز باید معلول دیدگاه انسان از خود و جهان پیرامون و شرایط امروز، از نظر علم، فن آوری و فلسفه باشد .مطابق علوم جدید،جهانِ امروز ، ترکیبی از نظم و بی نظمی است ...معماری غیر خطی، کوژ و انحناءدار که امروزه توسعه و رشد می یابد متأثر از دیدگاه های فیزیک امروز است که جهان را با موج و اجزای ذرات می شناسد (جنکز، .(1382
اما دیوید پیرسن4 ، دیدگاهی متضاد با جنکز دارد: ... » آثار آن ها( معمارانی مانند جنکز ) با عقایدش ان در تعارض است؛ چرا که این فرم هایتکّهتکّه، پر از زوایای تند، اشکال جا به جا شده و مصالح مصنوعی پیشرفته، همگی حاکی از شک و تردیدند؛ نه یکپارچگی و طراحی ارگانیک، تا بتوانند آثار معماری را به چیزی فراتر از یک اثر مجسمه گونه ارتقا دهند"
(Pearson, 2001)
نظریه پردازان فراکتال5 برای ساده تر کردن الگوبرداری از هندسه طبیعت، روش کار را به صورت یک اصل در آوردند و آن تکرار همگون از جزء تا کل است .در این نظریه، اصالت با جزء می باشد .به گونه ای که کل تابعی از آن است، اما نه تابع عینی، بلکه تابع تصادفی و به صورت غیر قابل پیش بینی.
امروزه و در ادامه روش های آموزش تدوین شده در هزاره سوم مهندسین سازه به نحوی آموزش می بینند که معیار اصلی آن ها کاربری توام با ایمنی، اقتصادی و پایایی دارد و پرداختن به مباحث زیبایی شناسی را وظیفه اصلی معماری می دانند. از سویی معماران نیز در دانشکده های معماری دارای آموزش های لازم برای بهره گیری و درک روند مناسب از تکنولوژی و دیدگاه های مدرن سازه ای به صورت عمیق نیستند. در نهایت این روند ساختمان هایی را با ظاهری نه چندان زیبا و بسیار هم سان به وجود می آورد و یا ساختمان هایی که با وجود ظاهری زیبا، از نظر اقتصادی با مفهوم راندمان کم در مصرف مصالح و انرژی ناکارآمد هستند و در عمل هر بخش طراحی شامل معماری، سازه، تاسیسات مکانیکی و برقی به صورت مستقل با هماهنگی معمول فعالیت کرده و دیدگاه یکپارچه ایدر طراحی وجود ندارد. در عرف رایج، معماران دارای دیدگاه های ویژه هنری خود بوده و کارشناسان طراح سازه، تاسیسات برقی و مکانیکی سعی در برآورده نمودن خواسته .5 واژه فراکتال (fractal) که فرهنگستان برای آن معادل برخالی را پیشنهاد نموده است، از واژه لاتینی فرکتوس fractura یا fractus به معنی سنگی که به شکل نامنظم شکسته و خرد شده، گرفته شده است. دیدگاه فراکتال، نخست شاخه ای از ریاضیات محض بود که به مطالعه وجوه پیچیده طبیعت، مانند تصویر کوهها وبافتهای گیاهی، می پرداخت که سر از هنر و معماری درآورد . بنیاد این دیدگاه الگوبرداری هندسی از اَشکال پیچیده طبیعت، از مسیر حرکت یک حشره در فضا گرفته تا بافت میوه ها و گلها می باشد. اما هندسه فراکتال یکی از وجوه هندسه ای است که در طبیعت موجود است و نه کل آن. از این هندسه به عنوان وسیل های برای الگوبندی پدیده های پیچیده استفاده می شود. نظریه پرداز اصلی هندسه برخالی شخصی بود. به نام بنویت مندلبروت (Benoit Mandelbrot)
زیبایی ظاهری دارند. با نگرش و بازگشت به طبیعت از نظر استفاده فنی از فرم، حجم، تبادلات انرژی و ساختارهای ایستایی، در عمل اگر چهار شاخه طراحی به صورت مشترک در طراحی بنا از آغاز دخالت نماید، بهترین پاسخ طرح نتیجه می گردد. طبیعت همواره منبع بی پایان الهامات خلاقانه بشر بوده و خواهد بود. انسان با مطالعه و تحلیل فرایندهای رفتاری، شکلی و ساختاری طبیعت همواره بسیاری از مسائل حیاتی خود ر ا حل نموده است و همچنان به این کار ادامه می دهد. مشکلات اقتصادی، تمایل به بیشترین بهره وری از محصولات با کمترین میزان اتلاف انرژی و ماده، ضرورت سازماندهی و هماهنگی مصالح و محیط زندگی با کره زمین، توسعه چشمگیر فناوری های پیشرفته و گسترش توانایی های فنی، بشر را مجبور کرده که به فرایند ها و پدیده هایی که در طبیعت رخ می دهند توجه دقیق تری نماید. ذیمقراطیس 370- 460) قبل از میلاد) نوشته است که عنکبوت به ما بافتن را و پرستو خانه ساختن را آموخت و امروزه در ادامه این جمله معروف می توان اضافه نمود که جذب آب تار عنکبوت به ما در عصر حاضر می آموزد که می توان با الیاف مشابه حتی آب شرب واحد مسکونی را از هوا جذب کرد. (غفوری پور، (1379
-2 معماری بیونیک
انسان از بدو پیدایش تاکنون در طبیعت به کندوکاو مشغو ل بوده و هست، در طبیعتی که همواره برای او ناشناخته و بوده. زمانی او به تدریج از دل طبیعت واژه تکنولوژی و هنر را بیرون کشید وآنها را برای ترکیب در ذهن خود پرواند و حاصل آنرا طی قرنها به زبانهای مختلف باز گو کرد. بنابراین لازم است ارتباطی با اصول منطقی و علمی بین سیستمهای ماشینی و سیستمهای زنده پدیدار شود روح بخشیدن به ساختمان یکی از تمایلات معماری بیونیک است که با توجه به قدرت سازه برای تنفس ( زندهنمایی )، به کمک خطوط مستقیم یا منحنی خالص و القاء آهسته تمامیت سازه به آن دست پیدا میکنند و مهم ترین چیز برای معماری بیونیک آن است که ساختمان بتواند زنده بودن خود را القاء کند.
از بدو آفرینش زمین، طبیعت خود، تبدیل به طراح و معمار نهایی شده است طی این مدت گیاهان و جانوران توانستهاند با تزئینات و طراحیهای لازم بر مشکلات محیط زیست خود فائق آیند و انسان نیز درطول زندگی خود، همیشه سعی داشته برای ساخت و طراحی مکانها و وسایل مورد نیاز خود از طبیعت و محیط زیست اطراف خود الهام بگیرد.
بعنوان مثال:-1خفاش. -2دلفینها -3عنکبوت ها -4 زنبورها -5موریانهها
تقلید از طبیعت مزایای بسیاری دارد. هر جاندار کنونی دارای چندین میلیون سال تکامل است، در این فاصله زمانی طبیعت هر چه را که سازگاری نداشته از بین برده است و این امیدواری را بوجود آورده که بشر بتواند با مطالعه فرآیند تکامل، مکانیسمهای جدید فناوری را از روی موجودات زنده نسخهبرداری کند.
بیونیک یا علم بررسی نظام حیات جانداران، امروزه به عنوان یکی از سه علم برتر جهان ( (IT, Nano, Bionic معرفی گردیده است. در واقع عوامل مهمی که در طبیعت وجود دارد و انسان برای ساخت بناهای خود از آنها استفاده نموده، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
-1پوسته یا جلد -2 ساختار -3 آراستن -4 انرژی
بیونیک در واقع شامل سه بخش است:
علم سیستم هایی که کار آنها از سیستم های زنده گرفته شده است ( ساختار اصلی
علم سیستم هایی که خصوصیاتی شبیه خصوصیات سیستم های زنده را دارند. ( مکانیزم ها
علم سیستم هایی که از نظر ظاهر به سیستم های زنده شبیهند ( دریافت های حسی فرم )
و در واقع هر محصول سه عنصر اصلی بنامهای ساختار، مکانیزم و فرم را داراست و روابط عملکردی موجود با فرم و مواد به صورت زیر می باشد:
آنالیز فرم : -1فرم پایه -2فرم پیچیده -3تعین تناسبات و اندازه – 4 آنالیز مکانیزم -5آنالیز رابطه ی فرم -6 آنالیز رابطه ی عملکرد طراحی بر اساس بیونیک یا بیودیزاین را میتوان بصورت زیر بیان کرد:
-1انتخاب موجودزنده -2شناسایی خصوصیات زیستی -3محیط زندگی -4 عکس العمل ها -5خصوصیات فیزیکی -6 روابط سیستماتیک (نیک نفس مغانلو، (1393
-3 الهام از قواعد طبیعت
بهترین الهام گیری از طبیعت، استفاده از قواعد و قوانین آن است و چون این قواعد، درطبیعت عمومیت دارند، نباید برای بهره گیری از آن ها، از یک نمونه خاص، الهام گرفت. سازه های معماری با بهره گیری از این قواعد طبیعی، به طبیعت نزدیک تر می شوند .حفظ ساختار موجود در مقابل بارها و نیروهای وارد بر آن در پدیده های طبیعت مهم ترین فلسفه وجودی سازه آنها است که در سازه های طبیعی از روش های مختلفی برای مقابله با نیروهای خارجی تهدیدگر استفاده می شود .در ادامه به چهار مورد آن اشاره می شود.(صبری، (1384
1-3 طبیعت همواره سعی دارد که تا حد امکان از تنش های کششی و فشاری در سازه های خود استفاده کند و از تنش های خمشی جز در مواردی که ساختار آن ماهیت لایه ای دارد استفاده نکند .اساسا همه ساختارهای طبیعی بافت لایه ای دارند یعنی سطوح و احجام آن ها از کنار و روی هم قرار گرفتن لایه ها به وجود آمده است .ماهیت لایه ای موجب می شود تا در فرم های طبیعی، فقط عکس العمل های کششی و یا فشاری بوجود آید .چرا که خمش یعنی بیهودگی در مصرف مصالح و در طبیعت هیچ چیز بیهوده خلق نشده است (گلابچی، (1382
در صد سال گذشته روند تکاملی سازه ها، حرکت تدریجی از سازه های خمشی به سمت سازه های کششی و فشاری بوده است که منجر به پیدایش سازه های چادری و پوسته ای در معماری شده است.
2-3 مقاومت در برابر نیروها با انعطاف پذیری و تغییر شکل :این روش در سازه های طبیعی به وفور مشاهده می شود و از انعطاف پذیری بالایی برخوردار است .به عنوان مثال بسیاری از پرندگان ترجیح می دهند لانه های خود را بر روی شاخه های نرم و نازک درختان ایجاد کنند، چرا که هر چه شاخه ها از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار باشند، احتمال شکستن آن ها کم تر خواهد بود .چنین رویه ای سبب می شود که ساختار ضمن صرف مصالح کم تر، پاسخ گوی مقاومت به گونه بهتری نیز باشد.
3-3 فرار از نیرو و جا خالی دادن در برابر آن :این روش نیز یکی از روش های مقابله طبیعت در برابر نیروها است .و در حقیقت مبنای آن کاستن از مقدار و شدت نیروی وارد است. مثلا درختان در اثر وزش باد های شدید با خم شدن خود امکان عبور مقداری از نیروها را از بالای خود می دهند و به این ترتیب از میزان نیروی وارده بر تنه آن ها کاسته می شود.
4-3 استفاده از نیروهای مزاحم علیه یکدیگر و یا خودشان :درختان در هنگام باد، خم می شوند و مقداری از نیروی باد را به شکل انرژی پتانسیل درخود ذخیره کرده و در حرکت های رفت و برگشتی، بخشی از این نیرو را خلاف جریان باد، تخلیه می کند .قرارگیری شاخه های درخت به گونه ای است که وزن یک سمت از درخت باعث نگه داری سمت دیگر درخت می شود و بالعکس .در معماری مشابه این رفتار در ساختار دکل و دهانه اصلی پل آلامیلو اسپانیا طراحی شده توسط کالاتراوا (شکل (1، دیده می شود .در طراحی وساخت این پل، تعادل بین دکل و دهانه با تلفیق بر اصول زیبایی شناختی به صورت غیر متقارن برقرار شده است، به گونه ای که دکل و دهانه اصلی پل هر یک عاملی برای نگه داری دیگری می باشند.(خاک زند، (1386
