仿生建築設計作業

A. 立體構成仿生作業

1、作為研究形態創造與造型設計的獨立學科。所涉及的學科建築設計、景觀設計、室內設計、工業造型、雕塑、廣告等設計行業。除在平面上塑造形象與空間感的圖案及繪畫藝術外，其它各類造型藝術都應劃歸立體藝術與立體造型設計的范疇。它們的特點是，以實體佔有空間、限定空間、並與空間一同構成新的環境、新的視覺產物。由此，人們給了它們一個最摩登的稱謂：「空間藝術」。
2、三大構成即平面構成、色彩構成與立體構成，是現代藝術設計基礎的重要組成部分。

B. 什麼是仿生建築

自然界的生物經過數十萬年的衍變，形成了適應環境的能力，其進化而來的居住結構往往令人類嘆為觀止：蜂巢輕巧而牢固，蜘網精細而柔韌，鳥巢簡單而功能齊全，水獺窩則秘密而安全……

大自然永遠是人類的老師，生物的奇妙構造給建築設計無限的遐想和啟迪。於是，仿生建築誕生了。

仿生建築是建築設計師模仿自然生物的形態、構造而新創的一種新型建築，這些建築從外形到結構、功能都與某些生物有相似之處。

建築師模仿王蓮的葉脈結構，在跨度約100米的屋頂縱肋之間，設計了波紋形的橫隔，形如網狀，使建築物大廳頂面結構牢度大大加強。

英國曾試製成功了一種蜂窩牆壁，中間填充著樹脂和硬化劑合成的六角形泡沫狀物質。這種牆壁不但大大減輕了整個建築的重量，而且具有很好的保暖性能，使住宅變得冬暖夏涼。

建築學家還從輕巧省料、牢固完全的觀點出發，建造出一大批薄殼建築。薄殼建築常見於一些大跨度的體育館、展覽廳，根據精確計算和精心施工而成的薄殼屋頂，厚度雖然僅數厘米，卻能承受風吹雨打，這都得歸功於蛋殼的奇妙特性所給予的啟迪。

蜘蛛網精妙絕倫的懸索結構引起了建築師的高度興趣。他們模仿蜘蛛網建造出大跨度橋梁和大跨度屋頂，利用建築的幾何形狀和力學特性使得這些建築輕巧而精美。

人們還根據洞穴建造出窯洞，模仿蛙囊造出充氣建築，蛛網演化出懸索大橋，蜂巢變化成網狀鋼梁……這是大自然給人的奇思妙想，而這些奇思妙想便是許多仿生建築的生命所在。

C. 仿生設計經典案例

甲殼蟲汽車
飛機
X用品
可口可樂瓶

D. 仿生建築的基本原理和應用

摘要：自修復是生物的重要特徵之一。自修復的核心是物質補給和能量補給，其過程由生長活性因子來完成[5]。自修復混凝土是模仿動物的骨組織結構受創傷後的再生，恢復機理，採用修復膠粘劑和混凝土材料相復合的方法，對材料損傷破壞具有自修復和再生的功能，恢復甚至提高材料性能的一種新型復合材料。

關鍵詞：自修復 混凝土

1 自修復混凝土的基本特徵

自修復是生物的重要特徵之一[4]。自修復的核心是物質補給和能量補給，其過程由生長活性因子來完成[5]。自修復混凝土是模仿動物的骨組織結構受創傷後的再生，恢復機理，採用修復膠粘劑和混凝土材料相復合的方法，對材料損傷破壞具有自修復和再生的功能，恢復甚至提高材料性能的一種新型復合材料。

據此，學者們設想具有自修復行為的智能材料模型為，在材料的基體中布有許多細小纖維的管道。管中裝有可流動的物質——修復劑。在外界環境作用下，一旦材料基體開裂，則纖維隨即裂開，其內裝的修復劑流淌到開裂處，由化學作用自動實現粘合，從而抑制開裂修復材料。這可以提高開裂部分的強度，增強延性彎曲的能力，從而提高整個結構的性能[6]。若採用低模量的膠粘劑修復混凝土，則可以改善建築結構的阻尼特性，以減輕地震的大風對建築物的破壞；如果膠粘劑彈性模量較大，則可以恢復結構的剛度和強度；不同凝固時間的膠粘劑可以用於對結構的彎曲進行控制。

自修復混凝土，從嚴格意義上來說，應該是一種機敏混凝土。機敏混凝土是一種具有感知和修復性能的混凝土,是智能混凝土的初級階段,是混凝土材料發展的高級階段[7]。由這種材料構建的混凝上結構出現裂紋和損傷後，如何利用自身的材料特性達到自修復、自鈍化，對混凝土結構起到自防護的作用，是我們關注的主要問題。近年來,損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土、仿生自癒合混凝土等一系列機敏混凝土的相繼出現為智能混凝土的研究和發展打下了堅實的基礎。未來，可在自修復混凝土的基礎上，進一步融入信息科學的內容，如感知、識別和驅動控制等。從而達到適應環境、調節環境、材料結構和健康狀況的自診斷和自修復等目的。使其具有多種完善的仿生功能，包括骨骼系統（基材）提供的承載能力，神經系統（感測網路）提供的檢測和感知能力，肌肉系統（驅動元件）提供的康復能力，真正達到混凝土材料的結構——智能一體化的境界[8]

2 國內外的研究狀況與存在的問題

智能混凝土是材料學的一個研究分支，其起源可追溯到上世紀六十年代，當時的蘇聯科學家採用碳墨為導電組分制備了水泥基導電復合材料。八十年代末期，日本土木工程界的研究人員設想並著手開發構築高智能結構的所謂「對混進變化具有感知和控制功能」的智能建築材料。美國在1993年，由於有國家科學基金的資助，開辦了與土木建築有關的智能材料與智能結構的工廠。然而，正如前面所說，智能混凝土材料是具有若干個S行為的材料[9],即具有自我診斷功能(self-diagnosis)、自我調節功能(self-tuning)、自我恢復功能(self-recovery)、自我修復功能(self-repair)等多種功能的綜合,缺一不可，以目前的科技水平，制備完善的智能混凝土材料是相當困難的，也是不現實的。

2.1 國外的研究現狀

近年來，國內外雖然先後開展了智能仿生混凝土的研究，並取得了一些有價值的成果。如相繼出現的水泥基導電復合材料、水泥基磁性復合材料、具有屏蔽磁場和電磁波的水泥基復合材料、損傷自診斷水泥基復合材料、自動調節環境溫度、濕度的水泥基復合材料等。但是如何對混凝土結構的裂紋和損傷進行及時、有效、快速的修復和癒合，還未形成比較完善的理論和成熟的工藝技術，目前只有美國、日本等少數國家處於實驗室探索階段，尚未取得實質性的進展。

研究混凝土裂紋的自防護最早可以追溯到1925年[10]，Abram發現混凝上試件在抗拉強度測試開裂後，將其放在戶外8年，裂紋竟然癒合了，而且強度比先前提高了兩倍。後來挪威學者Stefan Jacobsen的研究也表明，混凝土在凍融循環損傷後，將其放置在水中2～3個月，混凝土的抗壓強度有了4～5％的恢復。在混凝土裂紋自防護問題上，國內外的研究者提出了各種方法。研究者受生物界的啟示，模仿動物的骨組織結構和受創傷後的再生、恢復機理，採用粘接材料和基材相復合的方法，使材料損傷破壞後具有自行修復和再生功能。在混凝土傳統組分中復合特殊組分或者在混凝土內部形成智能型仿生自癒合網路系統，當混凝土材料出現裂紋時，部分膠粘劑流出並深入裂縫，使混凝土裂縫重新癒合。

美國加州大學伯克利分校的日本學者J.-S.Ryu 和東京理工大學的Nobuaki Otsuki教授應用電化學技術對鋼筋混凝土裂縫實施癒合作了一些研究[11]，並取得了一定實驗性成果。首先，他們在100×100×200mm混凝土試件上預制裂紋，可以是表面裂紋也可以是穿透裂紋，然後將帶有預制裂紋的試件浸泡在0.1mol/L的MgC12或Mg(NO3)2溶液中，施加電流密度為0.5～1.0A/m2的直流電源。由於裂紋尖端附近存在更高的電流密度，電沉積先在裂紋尖端形成，裂紋尖端的曲率半徑逐漸增大，最後可以達到完全鈍化；然後，在混凝土表面覆蓋約0.5~2mm的電沉積物。在通電的前兩個星期內，裂紋閉合速度最快，4～8個星期後，裂縫幾乎完全閉合，而且滲透率降低了。還有學者在混凝土中摻入特殊的活性無機料和有機化合物，依靠自身的進一步水化反應和有機物在鹼性條件下緩慢硬化的特性，使混凝土裂紋達到自修復、自鈍化的目的。

九十年代初期，日本東北大學學者三橋博三[12]教授將內含膠粘劑的空心膠囊或玻璃纖維摻入混凝土材料中，分別用水玻璃、稀釋水玻璃和環氧樹脂作為修復劑，將其注入空心膠囊或空心玻璃纖維中，一旦混凝土在外力作用下發生開裂，部分膠囊或空心纖維破裂，膠粘劑流出深入裂縫，膠粘劑可使混凝土裂縫重新癒合。他們的試驗方法是：通過製作齡期為7天和28天的混凝土試件，來測試經不同修復劑修復開裂後，混凝土試件的強度恢復率。

日本學者沼尾達彌[13]還研究了自修復混凝土中的不同的纖維摻量、尺寸和不同的水灰比等因素對混凝土自修復產生的影響，直徑為3mm～5mm，摻量 3％～5％的玻璃纖維對混凝土抗壓強度的影響差別不大。但是過多的摻入玻璃纖維，將會導致混凝土強度的下降。不同水灰比對修復混凝土抗壓強度也有較大的影響，水灰比越大，混凝土的抗壓強度越低。

1994年，美國Illinois大學的Carolyn Dry教授將縮醛高分子溶液作為膠粘劑注入到玻璃空心纖維或者空心玻璃短管中並埋入到混凝土中，從而形成了智能型仿生自癒合神經網路系統。當混凝土結構在使用過程中出現損傷和裂紋時，管內或短管內裝的修復劑流出滲入裂縫，由於化學作用使修復膠粘劑固結，從而抑制開裂，修復裂縫。修復後的混凝土試件經過三點彎曲實驗發現，其強度比先前還有了較大提高，並且材料的延性也得到了較大的改善[3,6]。

1995年，美國國家科學基金會和Illinois大學合作，提出了用充滿修復膠粘劑的具有感測功能的裝置來感知混凝土構件的開裂，並使其癒合的可能性，實現混凝土的自診斷、自修復[14]。

1996年，美國Illinois大學的ATRE實驗室在混凝土橋面內預裝有低模量的內含修復膠粘劑的修復管，混凝土產生橫向收縮時，橫向收縮應變使管破裂，修復膠粘劑從管中留出，填充癒合橋面的裂縫[15]。實驗證明，這種方法用來修復橋面橫向收縮引起的裂縫是可行的。由於修復膠粘劑彈性模量低，裂縫癒合區比未開裂前有更大的承受變形的能力。

在此基礎上, Carolyn Dry教授還根據動物骨骼的結構和形成機理，嘗試制備仿生混凝土材料[16]。其基本原理是採用磷酸鈣水泥（含有單聚物）為基體材料並在其中加入多孔的編織纖維網，在水泥水化和硬化過程中，多孔纖維釋放出聚合反應引發劑，與單聚物聚合成高聚物，聚合反應留下的水分參與水泥水化。由此，在纖維網的表面形成大量有機及無機物質，它們互相穿插粘接，最終形成的復合材料是與動物骨骼結構相似的無機有機相結合的復合材料，其性能具有優異的強度及延性。而且，在材料使用過程中，如果發生裂紋或損傷，多孔有機纖維會釋放高聚物，癒合裂紋或損傷。日本學者H．Hilalshi[17]和英國學者S．M．Bleay[18]分別在1998、2001年採用類似的方法研究了混凝上裂紋的自防護問題。

2.2 國內的研究現狀

目前，國內對智能材料結構的研究一般都集中在對它的自診斷、自適應功能的研究上，對於自修復的研究尚處於起步階段。

南京航空航天大學的智能材料與結構航空科技重點實驗室，在我國的智能復合材料研究領域處於領先地位。在1997年，他們研究了利用形狀記憶合金（SMA絲）和液芯光纖對復合材料結構中的損傷進行自診斷、自修復的方法。對總體方案進行了分析,採用E44和E51的環氧樹脂，做了初步的試驗：在混凝土中埋入形狀記憶合金和液芯光纖，光纖的出射光由光敏管接受，當損傷發生時,由液芯光纖組成的自診斷、自修復網路使膠液流入損傷處，同時局部激勵損傷處的SMA短纖維,產生局部壓應力,使損傷處的液芯光纖斷裂，膠液流出,對損傷處進行自修復[19],而且當液芯光纖內所含的膠粘劑流到損傷處後，SMA激勵時所產生得熱量，將大大提高固化的質量，使得自修復完成得更好。

2001年，南京航空航天大學的楊紅[20]提出了利用空心光纖來實現智能結構的自診斷、自修復。該文首創了用於智能結構的空心光纖研究方法，並對其進行了應用基礎研究。此外，還設計了埋入空心光纖的復合材料診斷與修復系統用於檢測復合材料損傷程度與位置以及對損傷處進行自修復等。在復合材料中，還埋入了形狀記憶合金(SMA)絲以提高復合材料的強度、安全和可靠性。研究的對象是紙蜂窩和樹脂基兩種復合材料，利用空心光纖注膠的方法進行了復合材料自修復的研究。實驗表明，修復後的紙蜂窩復合材料完全達到正常材料的使用性能，樹脂基復合材料在完全破壞的情況下，經修復後，材料的拉伸和壓縮性能得到很大的恢復。

同濟大學混凝土材料研究國家重點實驗室等研究的仿生自診斷和自修復智能混凝土是模仿生物對創傷的感知和生物組織對創傷部位癒合的機能，在混凝土傳統組分中復合特殊組分即所謂的第六組分，如仿生感測器、含膠粘劑的液芯纖維等，使混凝土內部形成智能型仿生自診斷、自癒合網路系統。當混凝土材料內部出現損傷時，仿生感測器可以及時診斷預警，當內部出現微裂紋時，部分液芯纖維破裂，膠粘劑流出深入裂縫，使混凝土裂縫重新癒合，恢復並提高混凝土材料的性能。該智能復合材料的研究可實現對混凝土材料的能動診斷、實時監測和及時修復，以超前意識確保混凝土結構的安全性，延長混凝土構築物的使用壽命[8]。

E. 什麼是仿生建築 仿生建築有哪些

仿生建築就是以生物界某些生物體功能組織和形象構成規律為研究對象，探尋自然界中科學合理的建造規律，並通過這些研究成果的運用來豐富和完善建築的處理手法。那麼，在我們所熟知的建築中，都有哪些是屬於仿生建築呢？一起來看看吧。

仿生建築之台北101，相信這是很多人都不陌生的，但是你知道它是仿照什麼樣的生物嗎？事實上它的設計靈感來源於竹子，它寓意著學習和成長。在晚上的時候，它的周圍都是綠色的燈光，再加上建築是一節一節升高的狀態，所以在晚上看的時候就更像竹子了。

F. 立體構成仿生作業怎麼做

你就做一個就行了 用泡沫膠粘 有立體感 我就是這么做的 效果還行。。。 努力啊

G. 介紹一個仿生設計的作品，分析一下設計的理念和設計的優缺點，字數300字。

來個蝙蝠的。。雷達
工作原理
雷達所起的作用和眼睛和耳朵相似，當然，它不再是大自然的傑作，同時，它的信息載體是無線電波。 事實上，不論是可見光或是無線電波，在本質上是同一種東西，都是電磁波，傳播的速度都是光速C, 雷達
差別在於它們各自占據的頻率和波長不同。其原理是雷達設備的發射機通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達天線接收此反射波，送至接收設備進行處理，提取有關該物體的某些信息(目標物體至雷達的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。 測量距離實際是測量發射脈沖與回波脈沖之間的時間差，因電磁波以光速傳播，據此就能換算成目標的精確距離。 測量目標方位是利用天線的尖銳方位波束測量。測量仰角靠窄的仰角波束測量。根據仰角和距離就能計算出目標高度。 測量速度是雷達根據自身和目標之間有相對運動產生的頻率多普勒效應原理。雷達接收到的目標回波頻率與雷達發射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達與目標之間的距離變化率。當目標與干擾雜波同時存在於雷達的同一空間分辨單元內時，雷達利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標。
優點
白天黑夜均能探測遠距離的目標，且不受霧、雲和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點，並有一定的穿透能力。因此，它不僅成為軍事上必不可少的電子裝備，而且廣泛應用於社會經濟發展(如氣象預報、資源探測、環境監測等)和科學研究(天體研究、大氣物理、電離層結構研究等)。
星載和機載合成孔徑雷達已經成為當今遙感中十分重要的感測器。以地面為目標的雷達可以探測地面的精確形狀。其空間分辨力可達幾米到幾十米，且與距離無關。雷達在洪水監測、海冰監測、土壤濕度調查、森林資源清查、地質調查等方面顯示了很好的應用潛力。

來自網路，Lz自己再慢慢篩選吖~

H. 建築中的仿生學例子有哪些

建築仿生學的表現與應用方法，歸納起來大致有四個方面： 城市環境仿生，使用功能仿生，建築形式仿生，組織結構仿生。 當然，往往會出現綜合性的仿生應用， 形成一種城市與建築的仿生整體。 ===在城市環境仿生方面==== 早在1853年時，巴黎塞納區行政長官歐思曼(G.E. Haussmann) 為了執行法國皇帝拿破崙第三的巴黎建設計劃， 曾對巴黎市區進行了大規模的改建， 它不僅要表示對帝國首都的贊美， 而且要在城市結構功能上進行改善，使城市交通、環境綠化、 居住水平都達到一個新的境界。為了實現這一理想， 他的巴黎改建規劃在某種程度上就是模擬了人的生態系統而進行規劃 設計的。例如當時在巴黎東、西郊規劃建設的兩座森林公園， 東郊維星斯公園和西郊布倫公園的巨大綠化面積， 就象徵著人的兩肺，環形綠化帶與賽納河就象是人的呼吸管道， 這樣就使新鮮空氣可以輸入城市的各個區域。 市區內環形和放射的各種主幹與次要道路網就象是人的血管系統， 使血流能夠循環暢通。這種城市環境仿生思想， 不僅在當時已起到了積極的作用， 解決了困擾巴黎的城市交通與環境美化問題， 使巴黎在世界上成為城市改建的成功範例， 而且城市環境仿生理論今後仍然值得借鑒和完善。 1950年，法國建築師勒· 科布西埃在設計法國孚日山區的朗香聖母院期 間，一枚蟹殼給了他無窮靈感。 他選擇了與以往任何設計作品都不同的屋頂 樣式。該屋頂各邊都像殼一樣向上彎曲， 在殼易碎的超薄材料里蘊藏著自然 力和堅韌性。 芬蘭著名建築師阿爾托設計的德國不萊梅的高層公寓(1958— 1962)的平面就是仿自蝴蝶的原型， 他把建築的服務部分與卧室部分比作蝶身與翅膀， 不僅造成內部空間布局新穎，而且也使建築的造型變得更為豐富。 又如勒·柯布西耶在1950— 1955年間設計建造的法國朗香教堂的平面就是模擬人的耳朵， 象徵著上帝可以傾聽信徒的祈禱。正是因其平面具有超現實的功能， 以致在造型上也相應獲得了奇異神秘的效果。 類似的情況還有許多，比較著名的如1960—1963年夏朗( Hans Scharoun) 在柏林設計建造的愛樂音樂廳內部空間則是仿自樂器內部空間共鳴的 效果而建造了這一復雜奇特的形體。 1966年由丹下健三在日本山梨縣建成的文化會館是一座新陳代謝 派的著名作品，它的平面組合就是仿照植物新陳代謝的功能， 設計了一個個垂直的圓形交通塔，內為電梯、樓梯與各種服務設施， 所有辦公空間則建立其間，這樣可以根據需要不斷擴建或減少。

I. 未來或許會出現怎樣的仿生建築，試舉一例說明其特點和作用

未來也許會出現像蜂巢形一樣的仿生建築。

特點就是堅固，不怕地震。