如今,建築物智能化、仿生化的程度越來越高,學術界新近出現的生命建築構想就是其中的佼佼者。
何謂生命建築?1994年,15個國家的科學家在美國聚會,提出運用新材料和新技術,建築與生物界相仿的、能感受外界和自身變化並作出反應的建築物,這就是生命建築。
生命建築的基本特征有:
生命建築具有“肌肉”,對外界變化能很快作出反應。橋梁損壞的主要原因,是車輛在行駛中產生的共振,損壞的薄弱環節是用不同材料合成的梁。而用能自動收縮和舒張的智能材料,如電熱控製的記憶合金,就可改變梁內部的力和形狀,使梁的振動頻率變化,使橋梁承受振動的能力增高10倍。正在研究中的其他“肌肉”材料還有壓電陶瓷、磁致伸縮材料、電磁流變液體等,它們已經在一些建築上試驗成功。
生命建築有能獲得“感覺”的“神經”。加拿大和美國科學家將光纖維或壓電聚合物製成厚僅200~300微米的壓力感應薄膜,並把這種“神經”埋在房屋、道路、橋梁中。這種“建築神經”不僅能“感覺”到整座建築或橋梁內部的受力變化,甚至能感應檢測到一輛汽車開過時,橋梁所受的震動和橋的變形。如果橋梁產生裂縫,“神經”信號就會中止,從而便於預防,並能及時查出建築的隱患所在。
生命建築要有能自動調節控製的“大腦”。在一座大型生命建築或橋梁內,會有許許多多的“神經”和“肌肉”材料埋在關鍵部位,它們之間的相互作用也十分繁複,需要有一個控製和協調的中心,這就是生命建築的“大腦”——一台大型電腦,它具有能判斷、決策並進行協調的程序,對重要程度不同的部位所傳遞的信息,作出迅速的反應和處理。
這便是由係統控製、人工神經網絡和大腦所代表的未來生命建築的主要特征。建築設計師指出,如果沒有人工生命的控製中心,由無數光纖傳感器、驅動執行器堆砌起來的建築很可能是一座“代價昂貴,行為愚蠢的結構”、“像一個患腦溢血的病人”。
當地震和風暴造成建築物大幅振動進而摧毀建築物時,生命建築就能在災害發生時保護自己,生存下來。近年來,日本發展了智能化的質量阻尼技術。地震發生時,生命建築中的驅動器和控製係統會迅速改變設在建築物內的阻尼物(如流體箱)的質量,從而改變阻尼物的振動頻率,以此來抵消建築物的振動。這種方法也可以減小超高大廈和懸掛式橋梁因風力引起的搖擺。
美國正在研究地震發生時怎樣讓生命建築之間能自動伸出各自的驅動阻尼器,並連接在一起,就像人在搖晃的船甲板上手拉手一樣,不易傾倒。
地震造成的建築振動往往有若幹個振動周期,美國科學家用化學混沌動力去幹擾和破壞這樣的周期振動,使建築物的破壞性大幅振動轉變為無序的能量分散的混沌運動。這如同一個振動著的音叉與一個率亂運動的小物體相遇,音叉的有序振動會變成雜亂無章的振動。這是一種以少量能量去影響和減少巨大能量對結構破壞的有效途徑。
生命十分可貴,康複對於生命而言十分重要。美伊利諾斯大學已研製出生命建築自我康複的方法。它的執行元件是充有異丁烯酸甲酯粘結劑和硝酸鈣抗蝕劑的小管;當生命建築出現裂縫時,小管斷裂,管內物質流出,形成自愈的混凝土結構。這個方法已獲成功。這完全像人體血液中的血小板,能夠自動堵塞創口,使肌體康複。
生命建築是模擬生命而設想的,它具有生命的基本模式和功能,是一種地地道道的未來建築。