生物建造是以生物為載體進行工程建設,或以生物為基礎研發新材料、新裝備和新工藝的新型工程建造模式,主要代表為微生物建造、植物建造、動物建造和仿生建造,具有綠色、低碳及與自然相融等典型特徵。
基本介紹
- 中文名：生物建造
- 外文名：Biogenic Construction
- 所屬學科：土木工程
生物建造的內涵,生物建造體系,
生物建造的內涵
土木工程建造與生態自然和諧共生是當今社會發展的必然趨勢。在土木工程建造中，應以可持續發展理念為指導，最大限度地減少對自然資源的消耗和破壞。通過科學規劃和設計，致力於實現工程項目與周圍生態環境的融合，保護生態系統的完整性和穩定性。《“十四五”建築節能與綠色建築發展規劃》指出，要堅持“綠色發展，和諧共生”的建設理念。《中共中央 國務院關於完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和國務院《2030年前碳達峰行動方案》明確了城鄉建設領域降低碳排放的任務要求。由此可見，實現下一代土木工程建造發展的核心是“綠色生態”與“低碳”。
生物建造是圍繞土木工程建造與生態自然和諧共生的理念，倡導低碳與高效的新一代土木工程建造方式。生物建造可譯為bioconstruction或biogenic construction，曾被用於指代生物基建築材料或珊瑚修復，然而全面系統地定義生物建造的內涵還未有報導。自然界生物，包括微生物、植物、動物，能夠給予土木工程建造足夠靈感。代表性的有：微生物方面，近年來礦化微生物被套用於岩土生態加固、製備生物混凝土和混凝土裂隙自修復，具有替代水泥產品的潛力；植物方面，幾千年前的利用木材榫卯結構進行工程建造；竹子強重比高、質量輕，可用作結構支撐或者牆體加筋，常用於建築施工；動物方面，珊瑚通過分泌鈣質物質，在海底形成堅固的珊瑚礁結構，不僅為海洋生物提供了棲息地，還有助於減緩海浪衝擊，保護沿岸地區免受海洋侵蝕，被譽為海洋中的工程師；仿生建造方面，考慮到仿生建造是模仿生物的結構、功能和行為進行的工程建造模式，是前三者的延伸，因此將仿生建造也歸類於生物建造。仿生建造能使建築和施工設備更有效地適應環境、提高效率、降低能耗和資源消耗。總體而言，生物建造是以生物為載體進行工程建設,或以生物為基礎研發新材料、新裝備和新工藝的新型工程建造模式,主要代表為微生物建造、植物建造、動物建造和仿生建造,具有綠色、低碳及與自然相融等典型特徵。
生物建造體系
生物建造的理念和設計思路是，在實現建造功能的基礎上，從微生物、植物，以及動物的行為中汲取靈感，以“綠色低碳”和“自然相融”為基本原則，促進土木工程建造和環境發展的和諧統一。圍繞微生物建造、植物建造、動物建造和仿生建造4個方向，從理論、技術、材料、裝備、檢驗檢測等方面，初步構建了生物建造技術體系。
地球生物主要由微生物、植物和動物構成，生物建造技術以3種生物類別劃分，同時，仿生建造在生物本體之外融合了3種生物的技術優勢。4種生物建造研究方向可歸納為：
1.微生物建造：利用微生物代謝產生的尿酶等活性物質及微生物代謝周圍微環境，通過控制微生物的生長、代謝行為，開發綠色低碳建築材料，從而形成一種新型建造技術。這種技術結合了生物學、化學、材料學和建築學等多個領域的知識，可以用於生產環保、可持續的建築材料，如生物水泥、微生物土和自癒合混凝土等。
2.植物建造：利用植物生長特性和植物材料來實現建築結構、加固、裝飾和功能的新型建造技術。這種技術將植物作為建築材料或設計元素，結合了植物的生態友好性、可再生性和美學特點。
3.動物建造：利用動物的新陳代謝產物或者藉助動物行為，進行建築或建築材料的創造而形成的一種新的建造技術。儘管對這種技術的研究和套用相對較少，但自然界中一些動物的建築行為和身體結構的確為土木工程建造提供了一些啟示，為人類的建築實踐提供了新的思路。
4.仿生建造：利用生物學原理和從自然界中生物結構、功能等得到的啟發，設計和構建建築物的新型建造技術。這種技術將生物學與工程學相結合，通過模仿生物體的結構、形態、功能和行為，創造出具有優異性能的建築結構、材料和系統。
