生物技术在建筑中的 7 大应用

​生物技术在建筑中的 7 大应用

碳中和学习与实践 2024-06-29 07:31 河南 2人听过

以下是正文。

在建筑领域，生物技术的融合已成为一个开创性的前沿，重塑了我们构思、设计和居住建筑环境的方式。随着全球对可持续实践迫切需求的认识日益加深，建筑师和设计师越来越多地将建筑中的生物技术作为建筑行业创新和转型的催化剂。

根据联合国最近的统计数据，建筑环境占全球能源消耗的近 40%，约占温室气体排放量的三分之一。此外，建筑行业还会产生大量废物，建筑和拆除垃圾占全球垃圾填埋场废物的很大一部分。面对这些严峻的现实，可持续建筑的需求从未如此迫切。

进入生物技术——一个多学科领域，利用生物体的力量、生物过程和仿生原理来彻底改变建筑实践。从可持续材料和自适应立面到生物结构和生物发光特征，生物技术为建筑师提供了多种工具包，用于创建不仅对环境负责，而且美观且功能创新的建筑。

在这次探索中，我们深入研究了生物技术在建筑领域的各种应用，研究了它如何推动可持续设计、提高建筑性能和重塑建筑环境。通过全面研究案例研究、技术进步和新兴趋势，我们发现了生物技术的变革潜力，可以解决建筑行业面临的紧迫挑战，并为更可持续、更具弹性的未来铺平道路。

目录

生物技术在建筑中的应用

1.可持续材料

2. 自适应立面

3. 生活建筑

4. 亲生物设计

5. 自修复结构

6. 建筑中的仿生学

7. 生物发光建筑特征

结论

生物技术在建筑中的应用

在不断发展的建筑领域，生物技术已成为一股变革力量，有望彻底改变我们设计、建造和居住建筑的方式。在这里，我们深入探讨生物技术将塑造建筑未来的主要方式：

1.可持续材料

近年来，建筑生物技术已成为行业材料革命的一条有希望的途径，尤其是在追求可持续性方面。这种向生物衍生材料的范式转变为建筑师和设计师提供了创造不仅美观而且对环境负责且具有弹性的结构的机会。在这里，我们从可持续材料的视角深入探讨生物技术在建筑中的应用。

1. 生物衍生材料：建筑中的生物技术促进了源自生物体或生物过程的材料的开发和利用。例如，由细菌制成的生物砖，这些细菌将沙子粘合在一起，或由真菌生长的菌丝体复合材料。这些材料不仅减少了对混凝土和钢铁等传统能源密集型建筑材料的依赖，而且还有可能在生长过程中封存二氧化碳。

2. 环境效益：在建筑中使用生物衍生材料具有显著的环境效益。这些材料通常是可再生、可生物降解的，与传统替代品相比，碳足迹较低。例如，由玉米或甘蔗等植物来源制成的生物塑料可以取代石油基塑料，减少对化石燃料的依赖并减轻塑料污染。

3. 提高耐用性和性能：与可持续材料可能损害耐用性的误解相反，生物技术衍生材料通常表现出令人印象深刻的性能特征。例如，生物砖表现出与传统砌体材料相当的出色抗压强度，而基于菌丝体的复合材料具有固有的耐火性和绝缘性能。此外，这些材料可以设计为自我修复，从而进一步提高其使用寿命。

4. 定制和适应性：建筑中的生物技术使材料能够定制和适应特定的建筑需求。通过基因工程和仿生设计原理，可以定制材料以增强强度、柔韧性和颜色等特性。这种程度的定制使建筑师能够创新并突破传统建筑材料的界限，为创意表达和功能设计开辟新的可能性。

5. 促进建筑业的循环经济：通过利用生物衍生材料，建筑师为促进建筑业的循环经济做出了贡献。这些材料可以可持续地采购、回收或在生命周期结束时返回自然环境，从而最大限度地减少浪费和资源枯竭。此外，这些材料的可生物降解性减少了与建筑和拆除活动相关的环境影响。

通过使用可持续材料将生物技术融入建筑，是朝着创造更环保、更具弹性的建筑环境迈出的重要一步。通过利用自然的力量，建筑师可以设计出不仅能最大限度地减少环境危害，而且能为居民和地球的健康和福祉做出积极贡献的建筑。随着生物技术的不断发展，可持续建筑的创新潜力是无限的，为人类与建筑环境之间建立更可持续、更和谐的关系铺平了道路。

2. 自适应立面

自适应立面，也称为动态或响应式立面，代表了建筑设计的重大进步，使建筑物能够智能地响应环境条件。建筑中的生物技术在这些创新建筑围护结构的开发中发挥了关键作用，将传统的静态立面转变为能够适应各种外部刺激的动态系统。在这里，我们探讨了生物技术在自适应立面中的应用及其对可持续建筑的影响。

1. 生物启发设计：建筑中的生物技术从大自然的适应机制中汲取灵感，引领建筑师和工程师开发出模仿生物过程的立面系统。通过研究人类皮肤或植物结构等自然系统，设计师可以模仿生物体根据外部因素调节温度、湿度和光照水平的能力。

2. 响应性材料和系统：生物技术的进步促成了能够实时改变属性的响应性材料的诞生。例如，嵌入微生物或响应性聚合物的智能材料可以根据阳光强度或温度波动等环境因素改变其透明度、导热性或绝缘性能。这些材料构成了自适应立面系统的基础，该系统能够动态调整以适应不断变化的条件。

3.建筑节能和舒适度：自适应外墙通过实时优化建筑性能，提高能源效率和居住者舒适度。通过调节日光穿透、太阳热增益和自然通风，这些外墙减少了对机械加热、冷却和照明系统的依赖，从而降低了能源消耗和运营成本。此外，居住者还可以从改善的热舒适度和自然光中受益，从而促进幸福感和生产力。

4. 传感器和控制系统的集成：建筑中的生物技术有助于将传感器和控制系统集成到自适应立面设计中，从而实现对环境参数的精确监测和调节。嵌入立面的传感器可以检测温度、湿度、空气质量和日光水平的变化，而控制算法则可以相应地调整立面的配置。传感器、执行器和建筑管理系统之间的这种无缝交互可确保最佳性能和适应性。

5. 可持续建筑实践：将生物技术融入自适应外墙符合可持续建筑的原则，可减少能源消耗、最大限度地减少对环境的影响并增强建筑的弹性。通过利用自然过程和材料，这些外墙有助于创造更加生态负责的建筑环境，减轻气候变化的影响并提高资源效率。

建筑中的生物技术彻底改变了自适应立面的设计和功能，为建筑师和设计师提供了前所未有的机会，创造出反应灵敏、高效且环境可持续的建筑。随着技术的不断进步，将生物启发的系统和材料融入建筑实践，为可持续设计的未来带来了巨大的希望，开创了一个与自然世界和谐相处的动态和自适应建筑环境时代。

3. 生活建筑

生物建筑代表了建筑设计领域的范式转变，其结构将生物体作为整体组成部分。建筑生物技术在生物建筑的发展中发挥了至关重要的作用，使建筑不仅能提供庇护，还能为生态平衡和人类福祉做出积极贡献。在这里，我们探讨了生物技术在生物建筑中的多方面应用及其对可持续城市发展的影响。

1. 生物有机体的整合：建筑生物技术使建筑师能够将各种生物有机体（如藻类、苔藓、植物和微生物）整合到建筑系统中。这些生物有机体可以整合到外墙面板、屋顶花园、内墙和其他建筑元素中，从而创造出动态且具有生物活性的环境。例如，可以将充满藻类的生物反应器整合到建筑外墙中，以捕获二氧化碳并通过光合作用产生可再生能源。

2. 环境可持续性：生态建筑通过增强建筑环境内的生态系统服务来促进环境可持续性。生物在空气净化、碳封存、水过滤和生物多样性保护方面发挥着至关重要的作用。通过利用这些生物的自然过程，生态建筑可以减轻空气和水污染，减少城市热岛效应，并支持当地生态系统，从而促进城市整体复原力和可持续性。

3. 亲生物设计原则：建筑中的生物技术使建筑师能够采用亲生物设计原则，强调人类与自然的内在联系。生活建筑将自然元素、图案和材料融入建筑设计中，培养居住者的联系感和幸福感。绿墙、屋顶花园和室内植物等亲生物特征不仅可以增强美感，还可以促进心理健康、减轻压力并提高生产力。

4. 适应性和响应性环境：生物建筑可创造适应性和响应性环境，与不断变化的环境条件进行动态互动。生物体（如响应性植物和藻类）可以根据光线、温度、湿度和空气质量的变化调整其生长模式、颜色和代谢活动。这种适应性能力使建筑物能够调节内部气候、优化能源使用并为居住者创造舒适健康的室内环境。

5. 城市生物多样性和连通性：建筑中的生物技术有助于创造活建筑，从而增强城市生物多样性和连通性。融入建筑的绿色屋顶、垂直花园和城市湿地为各种动植物物种提供了栖息地和走廊，促进了人口稠密的城市地区的生态恢复力和物种生存。这些绿色空间还提供了教育、娱乐和社区参与的机会，促进了人们对城市环境中自然的更深层次的欣赏。

生物技术与生物建筑的结合代表了一种变革性的建筑设计方法，该方法优先考虑生态可持续性、人类福祉和城市韧性。通过利用生物体的力量，建筑师可以创造出积极促进环境健康、促进亲生物联系并适应不断变化的环境条件的建筑。随着生物技术的不断发展，生物建筑的创新潜力巨大，为城市化和气候变化的复杂挑战提供了有希望的解决方案。

4. 亲生物设计

亲生物设计是一种源于人类与生俱来的对自然的亲和力的概念，旨在将自然元素和过程融入建筑环境，以增强幸福感、生产力和可持续性。生物技术在推进亲生物设计原则方面发挥着至关重要的作用，为建筑师提供了创新的解决方案，以创造让居住者与自然世界重新联系的空间。在这里，我们探讨了生物技术在亲生物设计中的多种应用及其对建筑实践的变革性影响。

1. 仿生材料和纹理：建筑中的生物技术可以开发出模仿环境中的自然图案、纹理和颜色的材料和纹理。通过仿生设计方法，建筑师可以创造出唤起大自然感官体验的表面、饰面和结构元素，例如木纹纹理、叶子图案或类似石头的表面。这些仿生材料不仅增强了美感，还唤起了舒适、宁静和与自然世界的联系感。

2. 绿墙和垂直花园：建筑中的生物技术促进了绿墙和垂直花园的创建，将植被融入建筑立面和室内空间。绿墙利用水培或土壤系统来支持各种植物物种，改善建筑内的空气质量、湿度调节和热舒适度。自动灌溉系统和模块化种植系统等生物技术创新使室内和室外环境中的绿墙维护和管理成为可能，为居住者带来亲生物体验。

3. 生物发光照明：建筑中的生物技术提供了新颖的照明解决方案，灵感来自自然界中发现的生物发光生物。生物发光照明系统利用基因工程微生物或合成材料发出自然、柔和的光线，让人联想到月光或萤火虫。这些生物发光灯具创造了迷人的视觉体验，促进了昼夜节律，减少了对人工照明的依赖，促进了与自然界昼夜节律的更深层次联系。

来源：绿色城市公司

4. 植物化学空气净化：生物技术使室内环境中的空气净化能够利用植物化学过程。某些植物物种具有吸收和代谢空气污染物（如挥发性有机化合物 (VOC) 和甲醛）的天然能力。通过将这些空气净化植物融入室内空间，建筑师可以改善室内空气质量，减少呼吸道疾病，并为居住者创造更健康、更高效的环境。

5. 亲生物数据可视化：生物技术促进了生物数据和模式的可视化，从而为设计决策提供信息并创造互动的亲生物体验。通过生物信息学，建筑师可以分析生态数据，例如生物多样性热点、季节性迁徙模式或自然生态系统，并将这些信息转化为可视化、艺术品或嵌入建筑空间的交互式装置。这些亲生物数据可视化让居住者与自然世界互动，培养环保意识和生态素养。

生物技术为建筑师提供了丰富的工具和技术，将亲生物设计原则融入建筑环境，创造出滋养心灵、身体和精神的空间。通过利用生物技术的变革潜力，建筑师可以设计出模糊室内外界限的建筑，唤起自然的感官体验，促进居住者的整体健康。随着生物技术的不断发展，亲生物设计的创新可能性是无限的，为城市化、气候变化和人类健康的挑战提供了有希望的解决方案。

5. 自修复结构

自修复结构代表了一种开创性的建筑设计方法，建筑具有自主修复损坏的能力，类似于生物体内的再生能力。建筑生物技术在自修复材料和系统的开发中起着关键作用，为建筑师提供了创新的解决方案，以提高建筑环境的耐久性、弹性和可持续性。在这里，我们探讨了生物技术在自修复结构中的多种应用及其对建筑实践的变革性影响。

1. 仿生材料：生物技术使人们能够开发出受自然界生物系统启发的自修复材料。例如，研究人员已经探索利用细菌、真菌和其他微生物来制造能够自主修复混凝土结构裂缝和断裂的生物胶凝材料。这些仿生材料模仿了生物体内观察到的伤口愈合机制，使建筑物能够保持结构完整性并延长其使用寿命。

2. 微生物介导修复：建筑生物技术利用微生物介导过程来促进受损建筑材料的修复。某些细菌和真菌具有响应环境刺激而沉淀矿物质（如碳酸钙或二氧化硅）的能力，形成自修复生物矿化剂。通过将这些微生物嵌入混凝土或其他建筑材料中，建筑师可以创建自修复结构，随着时间的推移修复裂缝和缝隙，从而减少昂贵的维修和维护需求。

3. 基因工程：生物技术使微生物的基因工程能够增强其自愈能力和与建筑材料的兼容性。研究人员可以操纵细菌和真菌的基因组成，以优化其在特定环境条件下的性能，例如高湿度、低 pH 值或极端温度。通过对微生物进行工程改造，使其产生参与生物矿化过程的特定酶或蛋白质，建筑师可以定制自愈系统，以满足不同建筑项目的独特要求。

来源：代尔夫特理工大学

4. 自主修复系统：建筑中的生物技术促进了嵌入建筑结构中的自主修复系统的发展。例如，研究人员已经探索了使用充满修复剂（如环氧树脂或聚合物）的血管网络将修复材料输送到混凝土或复合材料内的受损区域。这些独立的修复系统可以检测并响应结构损坏，触发修复剂的释放以密封裂缝并加固薄弱区域，确保结构的完整性和安全性。

5. 环境可持续性：自修复结构通过减少资源密集型维修和维护活动的需求，促进了环境可持续性。通过最大限度地减少与传统修复方法相关的材料浪费、能源消耗和碳排放，自修复技术促进了建筑行业的资源效率和生命周期可持续性。此外，自修复结构的使用寿命延长减少了对新建筑材料的需求，进一步减轻了对环境的影响并促进了循环经济原则。

生物技术为建筑师提供了一种革命性的方法，可以创建具有生物体弹性和适应性的自修复结构。通过利用生物系统的再生潜力，建筑师可以设计能够随着时间的推移修复和适应环境压力的建筑，确保长寿、安全和可持续性。随着生物技术的不断进步，将自修复技术融入建筑实践对于塑造弹性和环保的建筑环境的未来有着巨大的希望。

6. 建筑中的仿生学

建筑仿生学是一种设计方法，它从大自然解决复杂挑战的方法中汲取灵感，力求在建筑设计和施工中模仿生物系统和过程。建筑生物技术在推进仿生策略方面发挥着至关重要的作用，使建筑师和工程师能够创造出受大自然启发的创新和可持续的建筑解决方案。在这里，我们探讨了生物技术在仿生学中的多种应用及其对建筑实践的变革性影响。

1. 仿生材料：生物技术可以开发仿生材料，复制生物体内天然材料的结构、机械和功能特性。例如，研究人员已经探索使用生物衍生材料（如纤维素纳米晶体或几丁质基聚合物）来制造用于结构应用的轻质高强度复合材料。这些仿生材料具有可持续性、可生物降解性和可再生来源等优势，使其成为传统建筑材料的理想替代品。

2. 自组装和自组织：生物技术促进了对生物系统中观察到的自组装和自组织过程的研究和复制。通过了解生物体内分子自组装的原理，研究人员可以设计出能够自主组织和组装成复杂形式和配置的材料和结构。例如，自组装纳米材料可用于创建自适应外墙或模块化建筑组件，这些组件可以动态响应环境刺激，从而优化性能和效率。

3. 结构优化和效率：建筑生物技术使建筑师和工程师能够根据效率、弹性和适应性的生物学原理优化建筑结构和系统。通过研究自然生物（如骨骼、贝壳或植物组织）的结构形态，研究人员可以设计出能够最大限度提高强度重量比并最大限度减少材料使用的承重结构。仿生设计方法（如张拉整体结构或分层几何结构）为创建轻量高效的建筑系统提供了创新的解决方案，从而最大限度减少资源消耗和环境影响。

4. 环境感知与适应：生物技术促进了环境感知与适应机制融入建筑设计，其灵感来自生物体的感知能力和适应性反应。例如，研究人员已经探索了使用生物启发的传感器（如合成受体或基因工程细胞）来检测和响应环境条件的变化，如温度、湿度或空气质量。这些仿生传感系统使建筑物能够优化能源使用，改善室内舒适度，并增强居住者的幸福感，以响应外部刺激。

5. 生态整合和栖息地改善：生物技术使建筑师能够设计出与自然生态系统无缝融合的建筑，并增强城市环境中的生物多样性。仿生设计策略，如绿色屋顶、绿墙或人工栖息地，为野生动物栖息地的创造、生态修复和城市绿化计划创造了机会。通过模仿自然生态系统并为动植物提供栖息地，仿生建筑有助于生态系统服务，如授粉、害虫控制和空气净化，从而增强整体环境的可持续性和恢复力。

生物技术为建筑师和工程师提供了一套强大的工具包，可以将仿生原理融入建筑实践，创造出不仅高效、有弹性、适应性强，而且生态和谐、可持续的建筑。通过利用自然的经验，仿生建筑为塑造建筑的未来带来了巨大的希望，建筑可以与自然环境无缝融合，优化资源利用，并增进人类和环境的福祉。

7. 生物发光建筑特征

生物发光建筑特征代表了生物技术与建筑环境的创新融合，提供受生物发光自然现象启发的迷人且可持续的照明解决方案。生物技术在这些特征的开发中起着关键作用，使建筑师能够利用生物体或合成材料的发光特性来创造令人着迷且节能的照明装置。在这里，我们探讨了生物技术在生物发光建筑特征中的多种应用及其对建筑设计的变革性影响。

1. 生物体作为光源：建筑生物技术使建筑师能够将生物体（如发光藻类、细菌或真菌）作为建筑设计中的光源。通过基因工程改造这些生物体，使其通过化学反应发光，建筑师可以创建自给自足的生物发光装置，发出柔和的自然光，让人联想到月光或萤火虫。这些活体光源为传统电力照明系统提供了节能替代品，减少了与人工照明相关的能源消耗和碳排放。

2. 合成生物发光材料：生物技术促进了合成生物发光材料的开发，这种材料可以复制生物体的发光特性。研究人员可以设计合成蛋白质、纳米颗粒或化学化合物，当受到特定刺激（例如压力、温度或 pH 值变化）激活时，它们能够发光。这些合成生物发光材料在设计和应用方面具有灵活性，使建筑师能够在建筑空间中创建自定义照明效果和动态视觉显示。

3. 昼夜节律照明系统：生物技术能够创建受人体和环境自然节律启发的昼夜节律照明系统。通过采用模拟自然日光强度和色温的生物发光照明设备，建筑师可以调节昼夜节律，改善睡眠质量，并增强建筑物居住者的整体幸福感。这些昼夜节律照明系统可促进室内环境的健康和生产力，减少人工照明对人类生理和行为的负面影响。

4. 环境信号和路线指引：生物发光建筑特征可作为环境信号和路线指引元素，引导居住者穿越建筑空间并增强空间定位。通过将生物发光路径、标牌或标记融入建筑设计中，建筑师可以创建直观的导航系统，以适应不断变化的环境条件，例如黑暗或低能见度。这些生物发光路线指引元素可提高室内和室外环境的安全性和可达性，从而提高用户体验和满意度。

5. 可持续照明解决方案：生物发光建筑特色有助于减少对传统电力照明系统的依赖，并最大限度地减少能源消耗和碳足迹，从而促进可持续发展。生物体和合成生物发光材料为传统照明技术提供了可再生和可生物降解的替代品，促进了建筑设计的资源效率和环境管理。此外，生物发光照明装置所需的维护和运营成本极低，进一步提高了其可持续性和生命周期性能。

建筑中的生物技术为建筑师提供了多功能工具包，可将生物发光建筑特征融入建筑设计，打造视觉上令人惊叹且环境可持续的照明装置。通过利用生物体和合成材料的发光特性，建筑师可以将建筑空间转变为明亮而身临其境的环境，激发好奇心、促进幸福感并为更可持续的未来做出贡献。随着生物技术的不断发展，生物发光建筑的创新潜力是无限的，为建筑环境中的创意表达和生态和谐提供了令人兴奋的机会。

结论

近年来，生物技术与建筑的结合引发了可持续和创新建筑实践的革命。从材料和外墙到生物结构和照明功能，生物技术在建筑设计的各个方面都为创造力、可持续性和弹性开辟了新途径。

生物衍生材料的使用体现了这种变革性转变，为建筑师提供了创造结构的机会，这些结构不仅可以最大限度地减少对环境的影响，而且具有出色的耐用性和性能。通过生物技术，建筑师可以利用生物体的再生能力来开发自我修复结构，确保使用寿命并降低维护成本。此外，将生物体纳入建筑设计不仅可以增强环境可持续性，还可以促进生物多样性、生态系统服务和人类福祉。

建筑中的生物技术还促进了自适应外墙、昼夜节律照明系统和生物发光建筑特征的发展，这些特征不仅可以对环境刺激做出智能反应，还可以提高居住者的舒适度、健康和生产力。通过从大自然解决复杂挑战的方法中汲取灵感，建筑师可以创造出与周围环境无缝融合的建筑，优化资源利用，并与自然界建立更深层次的联系。

随着生物技术的不断发展，建筑创新的潜力是无限的。从模拟生物过程的自愈结构到令人着迷的生物发光特征，生物技术为建筑师提供了丰富的工具和技术，以创造不仅实用美观，而且可持续、有弹性和变革性的建筑。通过拥抱生物技术，建筑师有机会塑造一个未来，让建筑环境与自然和谐相处，丰富人类体验，并为更可持续和公平的世界做出贡献。