معماری بیونیک چیست؟ هر چیزی که باید از اصول و نمونه های بیونیک بدانید!

معماری بیونیک به چه معناست؟ طبق تعریف معماری بیونیک (Bionic) این واژه از ترکیب دو کلمه یونانی Bios به معنای زندگی و کلمه انگلیسی Technics به معنای مطالعه کردن گرفته شده است. در واقع این واژه برای توضیح یک روند جدید علمی انتخاب شد که در آن معماران تمایل داشتند تا از ارگانیسم و بخش های طبیعی محیط خود برای ساخت سازه های و فناوری های مختلف استفاده کنند. مفهوم معماری بیونیک اولین بار در سال 1958 توسط یک سرهنگ ارتش آمریکا به نام جک استیل (Jack E. Steele) و دانشمند شوروی به نام اوتو اشمیت (Otto Schmitt) در طی یک پروژه اخترشناسی استفاده شد که در حال مطالعه بر روی حوزه رباتیک بودند. در ادامه بیشتر با تاریخچه، انواع، خصوصیات و ویژگی ها، مزایا و معایب سبک معماری بیونیک آشنا خواهید شد و به نمونه های معروف نیز اشاره خواهیم کرد.

تاریخچه معماری بیونیک

مطالعات باستان شناسی نشان می دهند که اولین فرم های سبک بیونیک به دوران یونان باستان (قبل از قرون 18 و 19 میلادی) برمی گردد که عمدتا بر پایه مطالعات و مشاهدات آناتومیکی بدن انسان بوده است. در واقع یونانیان به ویژگی های بدن انسان و آناتومی آن بسیار علاقه مند بودند به همین دلیل سبب پیدایش طراحی متقارن در معماری آنها شد. حتی نمونه هایی از کاربرد فناوری معماری بیونیک در عصر یونان وجود دارند که از گیاهان استفاده کرده اند که ایده اولیه آن را دانش آموزان پولیکلیتوس دادند.

در طی قرن های 18 و میلادی و بعد از انقلاب صنعتی، وقتی که نگران مفاهیم پیشرفت ها و مفاهیم سبک مدرن و فناوری بودند، ایده سبک های بیونیک یا مبتنی بر طبیعت دوباره جان تازه ای گرفتند و ساختمان هایی که در این دوره ساخته می شدند سبک آینده نگرانه داشتند. به عنوان مثال کلیسای ساگرادا فامیلیا در بارسلون اسپانیا که توسط آنتونی گائودی ساخته شده، در آن از الگوها و شکل های مختلف گیاهان برای فرم کلی و از ستون فقرات انسان برای ستون های آن الهام گرفته است. از دیگر نمونه های معماری بیونیک در گذشته می توان به ساختمان کریستال پالاس لندن اشاره کرد که توسط جوزف پاکستون ساخته شد و در آن از طرح شبکه ای مانند ساختار استخوان انسان، بافت آوندی نیلوفرهای آبی و استخوان ران انسان الهام گرفت.

در قرن های 20 و 21 به دنبال نگرانی های پیرامون گرمایش زمین و تغییرات اقلیمی و همچنین پیشرفت های وسیع در حوزه فناوری، سبک بیونیک به سمت استفاده از روش های مقرون به صرفه و کارآمد و مدرن پیش رفت. از جمله نمونه های معماری بیونیک به شیوه مدرن می توان به آسمان خراش تجاری سنت ماری اکس لندن اشاره کرد که طرح آن از یک جانور دریایی با اسکلت خارجی شبکه ای مانند و فرم دایره ای الهام گرفته شده که نیروهای جریان آب را دفع می کند. بنابراین طرح نهایی ساختمان به صورت آلومینیومی با روکش استیل و مورب در آمد که کل فرایند خنک سازی، گرم کردن، تهویه و نورپردازی به شکل کاملا طبیعی و غیر فعال انجام می گیرد.

بنابراین همانطور که مشاهده می کنید معماری بیونیک و الهام از طبیعت ریشه در تاریخ دارد و امروزه یکی از سبک های پرطرفدار است. اگر اصول و قواعد این سبک و نمونه بناهای آن شما را نیز به سمت خود جلب کرده تا انتهای مطلب با ما همراه باشید.

انواع معماری بیونیک

معماری بیونیک انواع مختلفی دارد که در تمامی آنها هدف یک چیز است و آن هم الهام از طبیعت برای ایجاد ساختارها و سازه های بسیار مستحکم و قدرتمند می باشد. در ادامه به معرفی انواع معماری بیونیک در طراحی سازه می پردازیم:

• سازه های کابلی با الهام از تار عنکبوت (Cable Structures):

معماری بیونیک در سازه های کابلی با الهام از تار عنکبوت گرفته شده که بهترین معماران ساختمانی در جهان هستند. با توجه به اینکه ساختار تار عنکبوت بسیار مستحکم و سبک بوده و می تواند تا 25 برابر وزن خود فشار و نیروی کششی تحمل کند، از فرم و ویژگی های آن در ساختمان ها استفاده کرده اند. نمونه معروف آن می توان به استادیوم المپیک مونیخ اشاره کرد که برای بازی های المپیک تابستانی سال 1972 ساختند. سقف چادری و شبکه مانند این استادیوم با مساحت 74800 متر مربع بسیار مشهور است.

• سازه های صدفی با الهام از صدف دریایی، حلزون، تخم مرغ و پوست آجیل (Thin-Shell Structures):

ساختار صدفی که ساختارهای دیواری نازک فضایی است که در آن دو سطح منحنی شکل در بالا و پایین قرار می گیرند و بین این دو سطح را ضخامت سازه های صدفی پر می کند و این فاصله بسیار کمتر از سایر ابعاد آن است. با توجه به قطر محور و ضخامت بدنه، فشار زیادی توسط ساختارهای صدفی قابل تحمل است و همین ویژگی در معماری بیونیک مورد استفاده قرار گرفته است. 

از جمله نمونه های معماری بیونیک در سبک سازه های صدفی می توان به سالن نمایشگاه مرکز صنایع و فناوری ملی پاریس اشاره کرد که در سال 1905 ساخته شده و سقف آن شبیه به صدفی است که با ساختارهای بتنی هذلولی شکل تقویت شده و سطح کلی به فرم مثلث سفید رنگ شبیه شده است. در این ساختار کل فشار و ظرفیت نیروهای حامل به شکل یکسان در کل آن پخش شده و در نتیجه ساختمان فشار زیادی را تحمل نمی کند.

• سازه های غشایی، چادری، پارچه ای یا ممبران با الهام از سلول (Membrane Structures):

سازه های غشایی یا ممبران که به آنها چادری یا پارچه ای هم می گویند نوع دیگری از معماری بیونیک است که در آن از ساختار و رفتار سلول های بدن الهام گرفته اند که چطور تحت فشار هیدرواستاتیک، عمل کرده و رفتار می کنند. در واقع با این پدیده طبیعی، شکل سلول ها به کمک جریان سیالات و فشارهای داخلی و خارجی همیشه به شکل ثابتی حفظ می شود. در معماری بیونیک از غشاهای پنوماتیک استفاده می کنند تا عملکرد تنشی متریال ها را بهبود ببخشند ضمن اینکه مقرون به صرفه و سبک وزن هم هستند. این سازها در ساختمان و دستگاه های موقت استفاده می شوند. سطح ساختمان مرکز ملی ورزش های آبی پکن براساس این نوع از معماری بیونیک ساخته شده است. در این ساختمان از ETFE و فضای شبکه ای فوم مانند استفاده شده تا شیشه کمتری بکار بگیرند و نیاز کمتری به استفاده از فولاد باشد.

• سازه های حفره مانند (Cavity Structure):

سازه حفره مانند با هدف استفاده از انرژی های طبیعی مثل باد، باران و انرژی های خورشیدی است تا شبیه به غارهای زیستی باشند. از جمله نمونه های کاربرد معماری بیونیک از نوع سازه های حفره مانند می توان به آتریوم، پاسیو، خروجی های هوا و دیگر فضاهای داخلی برای کنترل آب و هوای داخلی اشاره کرد. ساختمان مینارت که بخشی از توسعه کمپ Uithof در دانشگاه اوترخت هلند بود براساس همین نوع معماری بیونیک ساخته شده که هم فضایی برای گردش هوا و حفظ انرژی های سبز و هم مکانی برای ملاقات های اجتماعی است.

موارد گفته شده از مهمترین نمونه ها و انواع معماری بیونیک بودند که در رابطه با هر یک به بررسی مبانی معماری بیونیک و مثال های شاخص پرداختیم. برخی دیگر از مدل های رایج معماری بیونیک عبارتند از:

• سازه های کمانی شکل (Arch Structures): سازه هایی که ساختار آنها براساس ستون فقرات یا نخاع جانوران الهام گرفته می شوند و ساختاری بسیار مستحکم و مقاوم دارند.

• سازه های پاف مانند و برجسته (Puffing Structure): این سازه ها با الهام از سلول های جانوری و گیاهی ساخته می شوند و بیشتر جنبه تزیینی و دکوراتیو در معماری دارند.

• سازه های پیچشی و اسپیرال (Spiral Structure): این سازه ها با الهام از برگ درختان چنار و توانایی آن برای تنظیم نور خورشید ساخته شده اند و این گونه ساختمان ها نورگیری فوق العاده ای دارند.

خصوصیات و ویژگی معماری بیونیک

همانطور که تا اینجا از توضیحات و مثال های زده شده متوجه شدید، تمامی نمونه های معماری بیونیک بر یک اصل و ویژگی مشترک استوار هستند: استفاده و الهام از ساختارهای طبیعی برای ساختمان ها و فناوری های مختلف.

بنابراین خصوصیات معماری بیونیک را می توان به شکل خلاصه این چنین بیان کرد:

• استفاده از متریال هایی که به نمونه های طبیعی و ساختار آنها شباهت بیشتری دارند؛

• تأکید بر استفاده از المان های طبیعی برای افزایش مقاومت و استحکام ساختمان؛

• لزوم الهام گیری از ارگانیسم ها و ساختارهای زنده برای ساخت ساختمان ها؛

• سازه های متنوع بر اساس اصول مهندسی برگرفته از نمونه های طبیعی و موجودات زنده؛

• استفاده از انرژی های طبیعی برای کنترل میکرو اقلیم ها در داخل ساختمان های اداری، تجاری و مسکونی

مصالح معماری بیونیک

متریال و مصالح معماری بیونیک براساس خصوصیات فیزیکی و ترکیبات شیمیایی مواد بیولوژیکی است تا از آنها به نحوی مؤثر در صنعت ساختمان سازی و معماری استفاده کنند. هدف نهایی این است که استفاده از این متریال ها در نهایت منجر به افزایش عملکرد و بهبود کارکرد ساختمان و مقاومت کلی آن شود.

علم مواد در معماری بیونیک به عنوان شاخه جدیدی از مهندسی و معماری به خدمت گرفته شده تا بتوانند به کمک معماری بیونیک، ساختمان های سبز یا الهام گرفته از طبیعت بسازند. با این کار استفاده از منابع به شدت کاهش پیدا کرده و انتشار کربن و گازهای مضر نیز کاهش زیادی پیدا می کند که در راستای هدف کلی محیط زیست یعنی کاهش گرمای زمین و گازهای گلخانه ای است.

رایج ترین مصالح و متریال های مورد استفاده در معماری بیونیک عبارتند از:

• TIW

• کرتین های وال های شیشه ای دو جداره (DGCW)

• دیوارهای ترومب (Trombe)

• متریال هایی شبیه به کندو زنبور عسل

• متریال های با خاصیت خود پاک کنندگی (Self-Cleaning)

• متریال های با خاصیت خود ترمیمی (Self-Healing)

این موارد در حال تکمیل شدن هستند و روز به روز به تنوع مصالح افزوده می شود.

مزایا و معایب معماری بیونیک

مزایای معماری بیونیک در دنیای امروزی بسیار زیاد و متنوع است اما شاید بتوان گفت که بزرگترین مزیت آن این است که به ثبات و پایداری محیط زیست کمک بیشتری می کند چون از متریال های تجدیدپذیر، انرژی های طبیعی و الگوهای زنده کمک می گیرد. البته از جمله فواید معماری بیونیک باید به کاهش استفاده از متریال هایی مثل فولاد و بتن نیز اشاره کرد که در نهایت صرفه جویی عظیمی در منابع و سرمایه های جاری خواهد شد.

به عنوان مثال در پروژه جنگل صحرای بزرگ آفریقا یا SFP تلاش کرده اند با الهام گرفتن از یک نوع سوسک بیابانی صحرای نامیبیا که قادر به تنظیم دمای بدن و تبدیل مه صبحگاهی به آب تازه در آب و هوای گرم و بسیار خشک است ساختمانی بسازند که مجهز به سیستم تبخیر آب شور، خنک سازی و مرطوب کنندگی است و شرایط را برای کشت گیاهان در کل سال فراهم می کند. هوا تبخیر شده به آب تازه تبدیل می گردد و گلخانه را در شب نیز گرم نگه می دارد. نمک استخراج شده هم به شکل کریستال های کلسیم کربنات و سدیم کلرید در می آید که از آن مصالح و بلوک های ساختمانی می سازند و هدر رفت بسیار کمی هم دارد.

این موارد تنها بخشی از مزایای خارق العاده و فواید معماری بیونیک در زندگی امروزی است.

ولی عیب معماری بیونیک هم بیش از حد تکنیکی بودن آن است به همین دلیل معماران باید بسیار حرفه ای و دانش آموخته از مراکز بسیار معتبر باشند. به عنوان مثال در پروژه ایست گیت یا مرکز دروازه شرقی در هراره پایتخت کشور زیمباوه، قوانین بسیار سختگیرانه ای داشت و معماران آن ادعا می کردند که دیوارهای خارجی این بنا نباید تحت نور مستقیم خورشید باشند و نسبت به پنجره به دیوار باید حدود 25% باشد و پنجره ها باید کاملا عایق در نظر گرفته شوند تا در برابر آلودگی و نویز و آب و هوای غیر قابل پیش بینی مقاومت نشان دهد.

پیشگامان معماری بیونیک

همانطور که از ابتدای مطالب تاکنون به آن پرداخته ایم، بیونیک در معماری از صدها سال پیش تاکنون مرکز توجه زندگی انسان ها به خصوص معماران بوده است. شاید بتوان گفت که از پیشگامان معماری بیونیک، لئوناردو داوینچی است که برای ساخت بسیاری از اختراعات خود از جمله ماشین پرنده از ساختار و بیولوژی موجودات زنده الهام گرفته است.

پس از او و در حدود 400 سال بعد که صحبت از ماشین های پرنده شده، معماری بیونیک با الهام از بدن خفاش به کمک ما آمده است. زیر دریایی ها نمونه دیگری هستند که از دلفین ها الهام گرفته شده اند. 

چارلی لوکستون از دیگر پیشگامان طراحی معماری بیونیک است فردی که با هر کدام از سازه ها و ساختمان های خود ما را به دل طبیعت می برد.

از دیگر پیشگامان مبانی معماری بیونیک می توان به:

• گرگ لین (Greg Lynn)

• بیتس اسمارت (Bates Smart)

• نیکولاس گریمشاو (Nicholas Grimshaw)

• سانتیاگو کالاتراوا (Santiago Calatrava)

• کن یینگ (Ken Yeang)

• دانیل لیبسکیند (Daniel Libeskind)

• جان کاپلیکی (Jan Kaplický)

• موتی بودک (Moti Bodek)

• سسیل بالموند (Cecil Balmond)

• وینسنت کالبوت (Vincent Callebaut)

• ژک روژری (Jacques Rougerie)

این اشخاص از مهمتری معماران معماری بیونیک در جهان هستند که هر یک با آثار خود سبب تحولات عظیمی در این سبک و نگاه ما به معماری مدرن شده اند.

تفاوت معماری بیونیک و ارگانیک

معماری ارگانیک (Organic) و شنیدن نام ارگانیک شاید شما را به یاد سبزیجات یا میوه ها و محصولات این چنینی بیندازد که تگ ارگانیک در فروشگاه ها  دارند اما در معماری لزوما به این شکل معنا نمی شود. معماری ارگانیک که اولین بار در سال 1908 مطرح گردید به طراحی ساختارها و فضاهایی گفته می شود که با محیط طبیعی اطراف به تعادل می رسد. اولین بار اصطلاح معماری ارگانیک توسط فرانک لوید رایت مطرح گردید که تلاش کرد در معماری خانه ها هر چیزی از محیط طبیعی اطرافش الهام گرفته شود.

با این حال در دهه 1950 آقای رایت مطرح کرد که اگر امکان داشت به جای معماری ارگانیک از رویکرد معماری بیونیک استفاده می کرد چرا که در دنیای علوم طبیعی و جهان های علمی – تخیلی شناخته شده تر است. اما بین مبانی معماری بیونیک و ارگانیک چه تفاوتی وجود دارد؟

در معماری ارگانیک برای ساخت و ساز از فرم و رنگی که در المان های محیطی است بیشتر از همه الهام می گیرند اما از اهداف معماری بیونیک ای است که از شیوه عملکرد و سیستم کاری محیط های طبیعی و اطراف الهام بگیرند. به همین دلیل اگر شما قصد داشته باشید طبق فناوری معماری ارگانیک در منطقه کویری خانه بسازید باید کاملا با محیط اطراف یکی شود و یا اگر قصد طراحی ویلای جنگلی دارید باید چوب به همان فرم طبیعی استفاده شود به طوری که انگار این ساختمان از ابتدا بخشی از طبیعت بوده است. 

اما طبق بررسی معماری بیونیک که در این مطلب انجام دادیم لزوما رنگ و متریال ها نیز طبیعی نیستند و ممکن است دیوارها شیشه ای باشند و یا بدنه از بتن و فولاد باشد ولی از مکانیسم موجودات و پدیده های طبیعی الهام گرفته است. پس با این تفاسیر به تفاوت بیونیک و ارگانیک پی بردید.

مهمترین بناهای معماری بیونیک در جهان

در این بخش قصد داریم با معرفی معروف ترین بناهای دنیا که براساس رویکرد معماری بیونیک ساخته شده اند تحلیل و شناخت بهتری داشته باشیم. از جمله آثار معماری بیونیک که در شاخص ترین بناهای جهان می بینیم را در ادامه معرفی کرده ایم:

• ساختمان ضد مه و دود پاریس (Anti-Smog Building):

این ساختمان توسط معمار معروف و از پیشگامان معماری بیونیک یعنی وینسنت کالبوت ساخته شده که فضاهای داخلی بسیار زیادی دارد. کاربرد این ساختمان برای گردهمایی، گالری های عمومی یا جلسات خصوصی و محرمانه است. این ساختمان بر روی کانال ها و خطوط ریلی متروکه در ناحیه 19 پاریزین فرانسه با فناوری های زیستی ساخته اند. در سقف این ساختمان مرداب طبیعی ایجاد کرده اند و نمای کل شهر را خواهید داشت. این ساختمان مه و دود اطراف را جمع کرده و محیط را پاک سازی می کند.

• برج روبلینگ در کنتاکی کانادا (Roebling’s Bridge):

این ساختمان 20 طبقه بسیار زیبا یکی از شاهکارهای معماری بیونیک است. در این ساختمان یک استخر شنا و 70 واحد مسکونی، یک فضای عمومی بزرگ برای برگزاری رویدادهای مختلف، امکانات و تجهیزات برای براغ و یک رستوران در طبقه پلازا قرار داده اند. معماری برج بیونیک روبلینگ توسط دانیل لیبسکیند ساخته شده و به شکلی است که از هر واحد می توانید ویو اسکای لاین داشت.

• برج بیونیک شانگهای (Bionic Tower):

ساخت برج بیونیک شانگهای از سال 1997 شروع شده و به دلیل پیچیدگی های بسیار زیاد و مشکلات فنی هنوز به طور کامل افتتاح نشده است. پیچیدگی بسیار زیاد برج بیونیک شانگهای به این دلیل است که یک شهر عمودی با گنجایش هزاران خانواده خواهد بود که تمامی نیازهای ساکنین توسط برج رفع خواهد شد و نیاز چندانی به محیط اطراف نخواهد داشت.

• سیتی هال یا تالار شهر لندن (City Hall):

سیتی هال لندن در بخش جنوبی رودخانه تامس قرار گرفته و یکی از مهمترین پروژه های شهر لندن با تکیه بر معماری بیونیک است. برای ساخت این بنا از پیچیده ترین محاسبات کامپیوتری و مدل سازی پیشرفته کمک گرفته اند تا روی متریال های پایدار و تجدیدپذیر بنا شود و هیچ گونه آلودگی تولید نکند.

• مرکز ملی فضایی بریتانیا (National Space Centre):

یکی از شاهکارهای معماری بیونیک و البته از جاذبه های گردشگری انگلستان باید به مرکز ملی فضایی بریتانیا اشاره کرد. یکی از اولین بناهای معماری بیونیک که در دنیای مدرن ساخته شد همین مرکز ملی فضایی انگلستان است که معمار آن نیکولاس گریمشاو بوده و کل ساختمان از فولاد سبک ساخته شده است. کل ساختار با الهام از موشک یا پرتابه های فضاپیما ساخته شده و روکش ساختمان از اتیلن تترافلوئوراتیلن است.

• برج ترنینگ تورسو مالمو سوئد (Turning Torso):

برج تورسو چرخان یا برج پیچنده توسط یکی از پیشگامان معماری بیونیک یعنی سانتیاگو کالاتراوا ساخته شده که با 54 طبقه و 190 متر ارتفاع خودنمایی می کند. این ساختمان بلندترین آسمان خراش سوئد است که و لقب بلندترین سازه کشورهای اسکاندیناوی را یدک می کشد. این برج از 9 مکعب غول پیکر ساخته شده که حول یک محور مرکزی پیچ و تاب می خورد که در بالاترین قسمت شاهد چرخش 90 درجه ای هستیم.

تعداد ساختمان ها و بناهای معماری بیونیک بسیار زیاد هستند که برای مطالعه بیشتر می توانید به این لینک مراجعه کنید.

جمع بندی مطالب

در طراحی شهرک مسکونی و یا هر نوع ساختمان اداری و تجاری می توان برساس تحلیل معماری بیونیک و اصول آن عمل کرد تا علاوه بر صرفه جویی در هزینه ها، با ساختاری بسیار مستحکم روبرو باشید. گروه معماری آد از معدود شرکت های طراحی و معماری ایران است که قادر به ارائه پیشنهاد و طرح های علمی و اصولی براساس مبانی و مفاهیم معماری بیونیک می باشد. شما می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس حاصل فرمایید.