Universitatea de Arhitectură și Urbanism “Ion Mincu” · 2020. 1. 31. · Mecanismele de...

Universitatea de Arhitectură și Urbanism “Ion Mincu”

România, București

O METODOLOGIE DE PROIECTARE INTERDISCIPLINARĂ

BAZATĂ PE MECANISMELE NATURALE DE ADAPTARE,

CU ACCENT PE EXPANSIUNEA VERTICALĂ

Afshin Amini

ARCHITECTURĂ

Îndrumător | Prof. Univ. Dr. Arch. Cristina Victoria Ochinciuc

Drepturi de autor, 2019, de Afshin Amini

TEZĂ DE DOCTORAT

Declaraţie

Prin prezenta declar că lucrarea prezentată în această teză nu a fost depusă pentru nicio altă

diplomă sau calificare profesională și că este rezultatul activității mele independente.

Afshin Amini

Data

Cuprins

Lista figurilor ........................................................................................................................... XI

Lista tabelelor........................................................................................................................ XIV

Sumar ..................................................................................................................................... XV

Rezumat ............................................................................................................................... XVII

Capitolul 1 | Introducere ................................................................................................................. 1

1.1 Prezentare generală ............................................................................................................... 1

1.2 Scopul și obiectivele studiului ................................................................................................ 5

1.3 Limitările studiului ................................................................................................................. 6

1.4 Semnificația studiului ............................................................................................................. 8

1.5 Metodologia cercetării ........................................................................................................... 9

1.6 Structura cercetării .............................................................................................................. 11

Capitolul 2 | Analiza literaturii ....................................................................................................... 12

2.1 Analiza istorică și teoretică .................................................................................................. 12

CUVINTE CHEIE | Nature Inspiration, Sustainable Development, Adjustment,

Natural Mechanisms, Architecture, Urbanization, Vernacular, Modern,

Climatology, Ecology, Biology, Climate, Habitat, Organisms, Ecosystem,

Acclimation, Habituation, Adaptation, Climate Change, Passive Strategies,

Biodiversity, Technology, Analyzing and Simulating Programe, Natural

Environment, Integrative Collaboration, Design Process, Vertical Expansion,

Built-environment, Computational Analysis.

1

TITLUL CAPITOLULUI PAGINA

CUVINTE CHEIE | Bio-inspired Design, Sustainable Approaches, Bionic,

Natural Forms, Biomimicry, Regenerative Design, Biomimetic, Architecture,

Urban Planning, Organic, Green Architecture, Eco-efficiency, Climatology,

Ecology, Biology, Climate, Habitat, Organisms, Ecosystem-based,

Acclimation, Habituation, Adaptation, Climate Change, Passive Strategies,

Biodiversity, Tall Building, Urban Sprawl, Energy Efficiency, Interdisciplinary

Collaboration, Design Process, Vertical City, Environmental Performance.

2

Capitolul 3 | Aclimatizarea ............................................................................................................ 32

3.1 Introducere .......................................................................................................................... 32

3.2 Aclimatizarea și schimbările climatice ................................................................................. 34

3.3 Clima .................................................................................................................................... 36

3.4 Clasificări climatice ............................................................................................................... 37

3.4.1 Clasificări climatice spațiale bazate pe scară ................................................................ 37

3.4.1.1 Microclimatul ............................................................................................................. 39

3.4.1.2 Clima locală ................................................................................................................ 39

3.4.1.3 Mesoclimat ................................................................................................................ 40

3.4.1.4 Macroclimat ............................................................................................................... 41

3.4.2 Abordări ale clasificărilor climatice ............................................................................... 42

3.5 Clasificarea climatică Köppen .............................................................................................. 43

3.5.1 Clima tropicală .............................................................................................................. 44

3.5.2 Clima aridă .................................................................................................................... 44

3.5.3 Clima temperată ........................................................................................................... 45

3.5.4 Clima continentală rece ................................................................................................ 46

3.5.5 Clima polară .................................................................................................................. 47

3.6 Bioclimat .............................................................................................................................. 47

3.6.1 Proiectare bioclimatică ................................................................................................. 48

3.6.1.1 Sisteme de bază de proiectare bioclimatică .............................................................. 49

3.6.1.1.1 Sistem de încălzire solară pasivă ..................................................................... 50

3.6.1.1.2 Sistem de răcire pasivă ................................................................................... 52

3.6.1.1.3 Sistem de lumină de zi pasivă ......................................................................... 53

3.7 Proiectare sensibilă la climă în expansiunea verticală ......................................................... 55

3.8 Concluzie .............................................................................................................................. 57

CUVINTE CHEIE | Bioclimatic Design, Sustainable Approaches, Biomimetic

Methods, Urbanization, Climate-responsive System, Green Design, Tall

Building, Climatology, Ecology, Biology, Climate, Ecosystem-based,

Acclimation, Climate Change, Climatic Measurements, Mitigation Strategies,

Biodiversity, Urban Sprawl, Heat Island, Energy Efficiency, Passive Strategies,

Interdisciplinary Collaboration, Design Process, Environmental Performance,

Skyscrapers, Computational Programs.

3

Capitolul 4 | Acomodarea .............................................................................................................. 58

4.1 Introducere .......................................................................................................................... 58

4.2 Acomodare și schimbări climatice ....................................................................................... 61

4.3 Habitat ................................................................................................................................. 62

4.3.1 Habitat creat de om ...................................................................................................... 66

4.3.1.1 Arhitectură Vernaculară ............................................................................................ 68

4.3.1.1.1 Arhitectura Vernaculară în Clima Tropicală .................................................... 71

4.3.1.1.2 Arhitectura Vernaculară în Clima Uscată ........................................................ 72

4.3.1.1.3 Arhitectura Vernaculară în Clima Temperată ................................................. 74

4.3.1.1.4 Arhitectura Vernaculară în Clima Continentală rece ...................................... 75

4.3.1.1.5 Arhitectura Vernaculară în Clima Polară ........................................................ 76

4.3.1.2 Urbanizare modernă .................................................................................................. 78

4.3.1.3 Urbanizare verticală ................................................................................................... 80

4.3.2 Habitat natural .............................................................................................................. 82

4.4 Concluzie .............................................................................................................................. 85

Capitolul 5 | Adaptarea ................................................................................................................. 86

CUVINTE CHEIE | Ecological Design, Environmental Elements and Stimulus,

Sensitivity, Nonassociative Learning, Sensory Evaluation, Morph-ecology,

Hierarchizing Process, Urban Planning, Biotic and Abiotic Conditions, Niche

Construction, Green Architecture, Eco-efficiency, Ecology, Biology, Habitat,

Organisms, Habituation, Biodiversity, Biophilic Design, Environmental

Change, Tall Building, Urban Sprawl, Climate Change, Design Process,

Environmental Performance, Ecosystem Engineers, Habitat Creation.

4

CUVINTE CHEIE | Biomimetic Design, Regenerative Development, Bionic,

Evolution Process, Natural Selection, Biomimicry, Performed-based Design,

Morphology and Physiology, Form-finding Strategy, Phenotype Traits,

Building Skin, Hierarchical Layers, Bio-adaptative System, Parametric and

Digital Design, Green Architecture, Ecosystem-based Approache, Ecology,

Biology, Organisms, Adaptation, Climate Change, Biomorphism, Zoomorphic,

Biodiversity, Tall Building, Urban Sprawl, Morphogenesis.

5

5.1 Introducere .......................................................................................................................... 86

5.2 Adaptare și schimbări climatice ........................................................................................... 88

5.3 Tipuri de adaptare ................................................................................................................ 90

5.3.1 Adaptare structurală ..................................................................................................... 92

5.3.1.1 Adaptarea structurală în procesul de proiectare ...................................................... 94

5.3.2 Adaptare comportamentală ......................................................................................... 99

5.3.2.1 Adaptare comportamentală în procesul de proiectare ........................................... 100

5.4 Concluzie ............................................................................................................................ 104

Capitolul 6 | Concluzie ................................................................................................................. 106

6.1 Rezumatul și concluzia ....................................................................................................... 106

6.2 Cercetări viitoare ............................................................................................................... 109

Bibliografie ................................................................................................................................... 111

CUVINTE CHEIE | Design Methodology, Urbanization, Natural Adjustment

Mechanisms, Architecture, Sustainable Development, Nature-based, Life

Quality, Climatology, Ecology, Biology, Climate, Habitat, Organisms,

Ecosystem, Acclimation, Habituation, Adaptation, Climate Change,

Biodiversity, Analyzing and Simulating Programe, Natural Environment,

Interdisciplinary Teamwork, Design Process, Vertical Expansion, Built-

environment, Natural Habitat, Urban Habitat, Polarization, Vertical Habitat.

6

O METODOLOGIE DE PROIECTARE INTERDISCIPLINARĂ BAZATĂ PE MECANISMELE NATURALE DE ADAPTARE, CU ACCENT PE EXPANSIUNEA VERTICALĂ

O METODOLOGIE DE PROIECTARE INTERDISCIPLINARĂ BAZATĂ PE MECANISMELE

NATURALE DE ADAPTARE, CU ACCENT PE EXPANSIUNEA VERTICALĂ

Afshin Amini

UNIVERSITATEA DE ARHITECTURĂ ȘI URBANISM “ION MINCU” | 2019

Teză de Doctorat

Natura, ca un ansamblu organizat, armonizat și sofisticat, a fost mereu în curs de

dezvoltare și evoluție prin diferite metode bazate pe condițiile și limitările potențiale

existente. Acest fapt exprimă o chestiune esențială, și anume că prin vizualizarea și

studierea cu atenție a diferitelor caracteristici ale naturii, vom putea să înțelegem mai bine

acest sistem fantastic și, de asemenea, să învățăm cum să transferam această sursă

cuprinzătoare de cunoștințe ca model în diferite aspecte teoretice și empirice de proiectare

și creație durabilă.

Organismele și diversitatea lor în întreaga lume sunt componente principale ale

naturii, care, în calitate de instructor, reprezintă modalități semnificative de existență

durabilă și de coexistență în mediul înconjurător. Acest fapt prezintă în special necesitatea

înțelegerii și utilizării mecanismelor naturale în mediul nostru detașat, distructiv și nefiresc.

Prin urmare, această cercetare a examinat în general trei mecanisme naturale care

evidențiază interconexiunea dintre animale și plante cu mediul lor și modalitățile de

implementare a acestor procese ca un algoritm în metodele de proiectare. Aceste

mecanisme includ aclimatizarea, acomodarea și adaptarea, care subliniază cele două

domenii principale ale habitatului și climei.

Ființa umană, ca o altă parte a întregului naturii și ca și alte organisme, a căutat

întotdeauna să păstreze o relație cu originea sa în diferite direcții, de exemplu, prin

încercările continue pe termen lung în a găsi modalități de a face față elementeor de mediu

și condițiilor climatice. Cu toate acestea, scopul creării unei legături potrivite cu mediul

Cuvinte cheie | Natură, Climat, Habitat, Organisme, Aclimatizare, Acomodare, Adaptare

REZUMAT


natural și-a pierdut sensul în timp și a ajuns până la rolul dominant al omului în natură. În

consecință, acest studiu acoperă atât arhitectura vernaculară cât și arhitectura

contemporană ca două metode diferite în ceea ce privește relevanța pentru mediu. Pe de

altă parte, propunerea unei noi abordări în proiectarea urbană și extinderea clădirilor este

esențială, având în vedere rolul proeminent al urbanizării și construcțiilor în crearea

schimbărilor climatice și, de asemenea, alte probleme precum cele sociale și economice,

dar și creșterea și densitatea populației.

Prin urmare, această cercetare subliniaza noua abordare a expansiunii verticale

bazată pe integrarea disciplinelor esențiale ale biologiei, ecologiei, climatologiei,

tehnologiei și arhitecturii. Această colaborare într-un cadru specific va duce la un sistem

cuprinzător dincolo de strategiile durabile către o dezvoltare regenerativă care funcționează

ca un ecosistem natural.

În cele din urmă, această teză își propune să exprime o nouă metodologie de design

inspirată din natură pentru urbaniștii și arhitecții care doresc să îmbunătățească legătura

mediului construit cu cel natural și, de asemenea, să stimuleze calitatea vieții și protejarea

biodiversității.

Capitolul 6 | Concluzie


Chapter 6 | Conclusion

Concluzie

6.1 Rezumatul și concluzia

Această teză cercetează o nouă metodologie de proiectare și urbanizare prin

prezentarea rolului mecanismelor de ajustare naturale ca o chestiune esențială pentru

dezvoltarea și performanțele viitoare durabile. Pentru a atinge acest scop, studiul a

investigat elementele de bază ale cercetărilor anterioare și principiile relevante ale

diferitelor teorii bazate pe natură. Obiectivul comun al unor astfel de abordări, pe lângă

îmbunătățirea calității vieții, este rezolvarea problemelor care necesită soluții durabile și

eficiente. Cu toate acestea, problemele schimbărilor climatice care sunt o amenințare critică

și extensivă pentru condițiile de viață de pe pământ influențează performanța durabilă și

eficacitatea soluțiilor emulate. În consecință, luând în considerare subiectul problemelor

privind schimbările climatice în centrul activității de cercetare, această teză a încercat să

caute printre studiile biologice, tipurile de mecanisme potențiale de ajustare naturală care

reacționează în expunerea la condiții și schimbări de mediu.

În ceea ce privește sfera de investigare, întreaga cercetare este împărțită în trei

categorii, inclusiv climă, habitat și organisme, pentru a obține un rezultat pozitiv global.

La fiecare trei zone împărțite ale naturii există parametri și măsurători care, la rândul lor,

CUVINTE CHEIE | Design Methodology, Urbanization, Natural Adjustment Mechanisms, Architecture, Sustainable Development, Nature-based, Life Quality, Climatology, Ecology, Biology, Climate, Habitat,

Organisms, Ecosystem, Acclimation, Habituation, Adaptation, Climate

Change, Biodiversity, Analyzing and Simulating Programe, Natural

Environment, Interdisciplinary Teamwork, Design Process, Vertical

Expansion, Built-environment, Natural Habitat, Urban Habitat, Polarization.

CAPITOLUL6



influențează condițiile de viață din medii. Pe de altă parte, există legături durabile între

acești factori naturali care evoluează continuu. De exemplu, organismele făcând față

constrângerilor, identificând posibilitățile și, de asemenea, facând unele schimbări în

mediul lor încearcă să construiască un microhabitat extrem de durabil pentru supraviețuire.

În plus, habitatul prin regularitatea sa în continuă schimbare obligă ființele vii să evolueze,

să se adapteze și să reacționeze în consecință. Acest tip de conexiune este, de asemenea,

binecunoscut și tangibil în efectul climei asupra adaptabilității organismelor, atât structural

cât și comportamental în mediul lor.

Această teză încearcă, de asemenea, să se concentreze pe relația dintre formele de

viață și factorii de mediu pentru a evalua metodele și mecanismele naturale dezvoltate pe

termen scurt sau lung în condiții diferite. Acest fapt își propune să facă o schimbare

completă în configurația și performanța mediilor construite prin traducerea mecanismelor

de ajustare naturale. Prin urmare, granițele existente între două lumi naturale dezechilibrate

și cele umane vor dispărea treptat. Înseamnă că vom asista la un sistem fundamental de

dezvoltare urbană și conexiuni cu mediul înconjurător, pe care biodiversitatea și

coexistența sunt bazate în special.

Mecanismele de ajustare naturală bazate pe relația de mediu a organismelor din cele

trei categorii împărțite ale naturii includ aclimatizarea, obișnuirea și adaptarea.

Semnificația studierii acestor mecanisme și funcționalitățile lor în procesul de proiectare și

pentru îmbunătățirile mediilor construite se încadrează în două motive. În primul rând, se

datorează capacităților ridicate ale acestor sisteme și trăsături în abordarea schimbărilor

climatice și de mediu și, în al doilea rând, consolidării unei conexiuni durabile cu mediul

înconjurător. Aceste scopuri se referă în primul rând la lipsa unor astfel de conexiuni în

habitatele urbane actuale, astfel încât această problemă a devenit un factor proeminent în

distrugerea surselor naturale și încălzirea globală.

Un alt aspect important al mecanismelor de ajustare este potențialul ierarhizării

condițiilor și elementelor de mediu, precum și intensitatea răspunsului la datele

înconjurătoare și stimulii colectați în consecință. Această caracteristică poate revoluționa,

de asemenea, metodele convenționale durabile de abordare a schimbărilor climatice, prin



definirea unui sistem inteligent și a unui program algoritmic de transfer de date diferite la

diferite niveluri sau scale.

Limitarea principală cu care se confruntă proiectanții și inginerii din acest domeniu

de cercetare este lipsa cunoștințelor și a expertizei suficiente în domeniile asociate precum

biologia, ecologia și climatologia. Această problemă pune accentul pe necesitatea unei

colaborări interdisciplinare menționate anterior în această cercetare. Pe de altă parte, este

de asemenea nevoie de optimizarea instrumentelor, a analizelor de programe și a designului

simulării digitale, atât pentru transferul funcționalității și modelelor comportamentale, cât

și pentru fabricarea trăsăturilor fizice ale formelor naturale. În plus, furnizarea unei baze

de date cu specificații naturale și împărtășirea lor în diferite moduri, cum ar fi predarea la

niveluri educaționale și expunerea lor la public, este o abordare practică de familiarizare și

instruire a proiectanților și a planificatorilor pentru a spori creativitatea și inovația

designului.

Problema suprapopulării și a cererilor tot mai mari de locuințe din oraș sunt fapte

esențiale care au condus această teză la o tipologie de dezvoltare verticală. Deci, având în

vedere aspectele implementării mecanismelor de ajustare naturală și a studiilor de caz în

domeniul arhitecturii și urbanizării sunt axate în principal pe clădiri înalte și urbanizare

verticală.

Indiferent de punctele de vedere convenționale către clădirea înaltă, consecințele

extinderii urbane și distrugerii naturale ale terenurilor au determinat acest tip de clădire să

se dezvolte rapid și inevitabil. Cu toate acestea, creșterea turnurilor de construcție în multe

aspecte a avut loc necontrolat și nefiresc. Prin urmare, în funcție de schimbările climatice

și de impactul negativ asupra mediului, această tipologie necesită o nouă metodologie de

proiectare și o îmbunătățire a planificării urbane. În urma acestui fapt, în ultimele decenii,

multe încercări de la turnuri verzi și ecologice până la orașe verticale bionice au avut semne

semnificative de progres în acest context, astfel încât multe limitări conexe au fost

rezolvate. Deși, în majoritatea cazurilor, din cauza omisiunii problemelor privind

schimbările climatice și gravitatea acesteia în procesul de proiectare, funcționalitatea și

performanța preconizate ale strategiilor durabile din proiecte au scăzut treptat. Acest fapt

se referă la cadrul dezvoltării durabile, care se concentrează în principal pe atenuarea



impactului schimbărilor climatice și nu la strategiile de adaptare. Cu alte cuvinte, este

nevoie de consolidarea strategiilor de adaptare în proiectare, ceea ce înseamnă o schimbare

a gândirii și a considerației de la durabilitate la dezvoltarea regenerativă. Acest sistem, ca

paradigmă naturală, trebuie să aibă capacitatea de a se adapta la schimbări, atât structural

cât și funcțional. Cercetările anterioare legate de abordările biomimetice și bionice au

exprimat această idee prin trasarea cadrului și a nivelurilor biomimicriei în procesul de

proiectare. Deși, chestiunea care nu este prezentată în mod special până acum este

capacitatea ridicată a mecanismelor de ajustare naturală de a face față schimbărilor

climatice. Astfel, prezentând aceste mecanisme separat, această teză reprezintă efectele

benefice potențiale ale implementării unor astfel de sisteme la niveluri structurale și

funcționale, ca prototip de habitat vertical.

Potrivit definiției științifice conform căreia „Un habitat nu este neapărat o zonă

geografică - pentru un organism parazitar este corpul gazdei sale sau chiar o celulă din

corpul gazdei” (A.H.D, 2005), un sistem cuprinzător poate fi considerat că în forma sa în

afară de habitatul înconjurător are microclimatul și microhabitatul său unic. Acest sistem

auto-durabil, dacă se dezvoltă la scară mai mare ca rețea de clădiri înalte inteligente bazate

pe ecosisteme, poate avea un efect evolutiv în urbanizare și în termeni de beneficii

economice, sociale și de calitate a vieții.

Atingerea acestui nivel de urbanizare și proiectare, în ciuda timpului, necesită

cercetări integrative complete și constante în acest context. De asemenea, este esențială

îmbunătățirea cunoștințelor publice despre necesitatea utilizării și executării unor

mecanisme ajustabile și responsive în mediile construite, care se schimbă rapid și afectează

fiecare aspect al vieții la nivel global.

6.2 Cercetări viitoare

Un aspect aparent al acestei teme este extinderea cercului de cercetare și a

subiectelor conexe care necesită mai multe investigații și articole complementare prin

cercetări de colaborare între arhitecți și biologi. Înaintând în studierea mai multor forme

naturale în diferite medii, structura acestei cercetări poate atinge noi aspecte ale

mecanismelor de ajustare naturală care pot evolua condițiile de viață actuale și viitoare.

Acest fapt poate crește și domeniul de cercetare de la a fi doar în materie biologică la



domeniile de proiectare și inginerie. În plus, poate ajuta la rezolvarea neîntelegerilor

publicului referitoare la interacțiunea acestor mecanisme unele cu altele datorită asemănării

cu conceptul de ajustare.

În materie de arhitectură, procesul de proiectare pentru luarea în considerare a

mecanismelor naturale are nevoie în esență de programe și instrumente capabile pentru

evaluarea și simplificarea complexității trăsăturilor structurale și comportamentale, precum

și de lucru în echipă interdisciplinar. Acest fapt trebuie promovat la diferite metodologii și

abordări de proiectare pentru a oferi o schimbare efectivă mai largă în viitor.

Pe de altă parte, implementarea unor astfel de mecanisme într-o construcție

verticală bazată pe ecosistem este în principal pentru îmbunătățirea calității vieții și crearea

unei legături durabile cu mediul natural. Caracteristicile structurale și funcționale ale

acestui sistem cuprind straturi ierarhice responsive și reglabile care funcționează ca un

filtru în expunerea la factorii climatici și de mediu. Cu toate acestea, conexiunea dintre

mediul înconjurător și un sistem vertical nu este doar pentru îmbunătățirea durabilă a

condițiilor de viață ale locuitorilor, ci și pentru eliminarea polarizării dintre habitatul

natural și habitatul urban.

Oferirea condițiilor pentru dezvoltarea acestui tip de habitat vertical la scara

orașului promite o tipologie urbană care definește în primul rând coexistența și

biodiversitatea sub forma unui ecosistem durabil. În al doilea rând, un aranjament format

din mai multe habitate urbane verticale pe termen lung poate realiza un rol urban de

susținere în sustenabilitate a vieții pe pământ.

Universitatea de Arhitectură și Urbanism “Ion Mincu” · 2020. 1. 31. · Mecanismele de...

Documents

Transcript of Universitatea de Arhitectură și Urbanism “Ion Mincu” · 2020. 1. 31. · Mecanismele de...