XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Природа - Великий архитектор

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Шаталова С.А. 1

---

1ОГБОУ "Лицей № 9 г. Белгорода"

Мироненко О.В. 1Шаталова О.Н. 2

---

1ОГБОУ "Лицей № 9 г. Белгорода"

2ОГАОУ ОК "Алгоритм Успеха"

Работа в формате PDF

4.2 MB

Введение.

Белгородская область – регион с развитым строительным комплексом, один из самых благоустроенных регионов России. По темпам жилищного строительства и обеспечению населения жильем область относится к одной из наиболее передовых в стране.

Проект «Новая жизнь» - качественно новый проект для Белгорода. Это проект по обеспечению качественным жильем молодых специалистов и их семей по доступной цене и на льготных условиях.

На примере этого проекта рассмотрены все этапы строительства жилья: от выбора земельного участка до благоустройства территории и ввода дома в эксплуатацию.

В работе детально рассматриваются вопросы строительства жилищ животными, обитающими в Белгородской области. Используя методы анализа и сравнения, сделаны выводы о сходствах и различиях в подходах и конструктивных решениях при строительстве домов людьми и жилищ животными.

Природа – гениальнейший конструктор, инженер, художник и величайший строитель. Любое творение природы представляет собой совершенное произведение, отличающееся поразительной надежностью, прочностью, экономичностью расхода строительного материала при разнообразии форм и конструкций и эргономичностью пространства.

В последнее время актуальными считаются знания, возникшие на стыке нескольких научных сфер, носящими междисциплинарный характер. К таким направлениям относится архитектурная бионика, органично объединяющая биологию и архитектуру.

Изучив основные идеи и принципы архитектурной бионики, мне захотелось создать своими руками макет детской площадки, используя метод моделирования. Результат работы носит не только исследовательский и проектный характер, но и имеет практическое применение. Надеюсь, что макетом моей бионической детской площадки заинтересуются белгородские архитекторы.

ТЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ: Природа – Великий архитектор.

ЦЕЛЬ – изучить и сравнить, как строят дома люди и как строят свои жилища животные, обитающие в Белгородской области.

ГИПОТЕЗА: я предположила, чтопри строительстве домов людьми и жилищ животными используются аналогичные конструктивные решения и подходы.

ЗАДАЧИ:

1. Изучить в теории и посмотреть на практике все этапы строительства домов людьми;

2. Узнать из различных источников, как строят свои жилища животные;

3. Проанализировать, сравнить и сделать выводы, в чем сходства и различия в строительстве домов людьми и жилищ животными.

Для доказательства моего предположения был составлен план работы:

1. изучить литературу по данной теме из разных источников;

2. спросить у взрослых, в том числе узнать мнение экспертов в этой области;

3. найти необходимый материал в интернете;

4. посетить школьную библиотеку;

5. посетить Государственный историко-краеведческий музей в г. Белгороде;

6. посетить микрорайоны г. Белгорода;

6. сделать выводы;

7. изготовить макет детской площадки.

МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ПРОЕКТНОЙ РАБОТЫ:

1. наблюдение;

2. сбор информации;

3. анализ;

4. сравнение;

5. моделирование.

1. Как люди строят дома.

Меня зовут Шаталова Серафима. Я ученица 3 «В» класса Лицея № 9 г. Белгорода. Мои папа и мама работают в сфере строительства. Родители часто рассказывают мне о своей работе. Не так давно папа устроил мне настоящую экскурсию по строительной площадке одного из своих последних проектов «Новая жизнь».

Фото 1. Экскурсия по стройплощадке микрорайона «Новая жизнь».

Что же рассказал мне папа, когда мы были с ним на строительной площадке? Стройка начинается задолго до того, как устанавливаются строительный забор или привозят первую машину бетона. Сначала необходимо выбрать место для строительства дома или жилого комплекса, а затем создать архитектурный проект.

Фото 2. Выбран земельный участок для проекта «Новая жизнь».

При разработке проекта учитываются все детали: есть ли на месте будущего строительства дороги или их нужно специально прокладывать, откуда в дом будет поступать электричество, тепло и вода. На этом этапе создания проекта самые главные специалисты – это архитекторы. Они создают образ нового дома: продумывают его внешний вид, делают необходимые расчеты, чтобы здание было устойчивым и надежным, безопасным и удобным. И потом разрабатывают рабочие чертежи, на основании которых будет вестись строительство нового дома.

Фото 3. В ГУП «Облпроект» знакомлюсь с чертежами проекта и проектной деятельностью.

Подготовка к строительству – дело долгое и непростое. Прежде чем архитекторы создадут проект дома, сначала геодезисты должны сделать съемку местности.

Геодезическая съемка – это точное измерение территории, на которой планируется строительство. Надо измерить все необходимые для подготовки проекта углы, расстояния и особенно высоты.

Когда проект готов, начинается следующий важный этап – это согласование. Это очень сложная процедура. В разных организациях специалисты разных профессий оценивают правильность разработки проекта и выдают разрешение на строительство.

Строительство фундаментов относят к работам нулевого цикла. Эти работы ведутся ниже уровня земли, который считается нулевым. Поэтому и цикл считается нулевым. Фундаменту нужно время, чтобы набрать прочность.

На этом этапе прокладываются все необходимые коммуникации. Для этого рядом с будущим домом необходимо выкопать траншеи.

Следующий этап – возведение стен. Каменщики с помощью специальных ручных инструментов сооружают колонны, стены и прочие конструкции.

Фото 4. Кладка стен дома.

Следующий этап после возведения стен – строительство крыши. После того как возведены стены, перекрытия и крыша, строители говорят, что коробка здания готова. Здание действительно пока похоже на пустую коробку. Ничего в нем нет, кроме пола, стен и крыши.

Теперь необходимо смонтировать окна и наружную дверь. Этим займутся монтажники. Они занимаются установкой, соединением, закреплением и подключением различных строительных элементов, сантехники, систем вентиляции, теплосети, котлов. Теперь необходимо обеспечить здание водой, электричеством, газом, канализацией.

Траншеи для труб были вырыты еще на этапе земляных работ, теперь же происходит укладка коммуникаций и подключение здания к централизованному водоснабжению и другим сетям.

Ну а самый последний этап – это внутренняя отделка помещений. Теперь в работу включаются маляры, штукатуры и плиточники. Внутренняя отделка закончена, дом готов, осталось закончить благоустройство территории и можно вводить его в эксплуатацию!

Фото 5. Внутренняя отделка квартир проекта «Новая жизнь».

Фото 6. Благоустройство территории как завершающий этап строительства.

2. Как животные строят свои жилища.

В школе на уроках окружающего мира я узнала много интересных фактов о животных. А еще в школе у нас есть факультативный урок «Мой край - родная Белгородчина», который ведет наша учительница Ольга Васильевна каждую неделю. На этом уроке мы знакомимся с историей своей малой Родины, особенностями культуры, а также животным и растительным миром Белгородской области.

На один из уроков Ольга Васильевна принесла нам одну очень интересную книгу «Природный мир Белогорья», которая рассказывает о природном многообразии родного края. Мы долго изучали животных и растения, которыми богат наш родной край, и нам было очень интересно.

Фото 7. Книга, которую мы изучали с учителем на уроке «Мой край – родная Белгородчина».

А еще учитель рассказала нам, что животные сооружают свои собственные жилища, отличные от жилища людей. Некоторые обитают во «встроенных» домах, используют как дом часть своего тела. Например, улитки и черепахи имеют очень твердую оболочку (раковину, панцирь). Они спят под ней и прячутся в целях защиты. Дома животных все очень разные: нора, дупло, берлога, пещера, гнездо…

И мне захотелось узнать, как же животные строят свои дома? Ольга Васильевна посоветовала обратиться за ответами на эти вопросы в школьную библиотеку и Белгородский государственный историко-краеведческий музей.

В школьной библиотеке Оксана Александровна научила меня пользоваться алфавитным каталогом и находить нужную книгу. Вместе с ней мы нашли несколько интересных книг по моей теме: «Улей. Как живут пчелы» и «Муравейник. Как живут муравьи».

Фото 8. В школьной библиотеке.

Посещение краеведческого музея стало для меня настоящим событием и неоценимой помощью в процессе написания работы. Сотрудники музея провели нам экскурсию по залу природы, рассказали очень много интересных фактов о животных Белогорья и их жилищах.

Фото 9. Посещение Белгородского государственного историко-краеведческого музея (слева гнездо ремеза, напоминающего теплую пушистую варежку, справа – чучело бобра)

Фото 10. Макет муравейника и осиного гнезда

От сотрудников Краеведческого музея я узнала, как устроены дома самых разных животных, обитающих в Белгородской области: хатка бобра, муравейник, улей диких пчел и паутина паука.

Муравьи - строители небоскребов.

Фото 11. Муравейник в разрезе.

Наряду с термитами, муравьев можно назвать первыми строителями небоскребов. Самые большие муравейники имеют ширину основания до пяти метров и два метра в высоту. Подземная часть муравейника может быть огромной, как двухэтажный дом, в котором 2000 комнат. Муравьи строят свои дома в теплых, влажных лесах, чаще всего на краю елового леса.

Муравьи – ловкие и очень сильные строители. Природа наделила их огромной силой. Они могут поднимать тяжести в 20 раз больше его собственного веса.

Строительная площадка. Первым делом царица ищет подходящее место, например, на лесной полянке. Почва должна быть твердой, но легко поддающейся обработке

Система вентиляции. Пережеванные муравьями листья выделяют теплый газ. Этот газ поднимается и выходит из муравейника через центральные воздуховоды. А на его место через мелкие воздуховоды по бокам сооружения устремляется свежий воздух. Муравьи создают в муравейнике прекрасную собственную систему вентиляции воздуха. Вентилируя помещения муравейника, они поддерживают в них постоянную температуру.

Муравьиное отопление. Весной, когда еще прохладно, муравьи вылезают на поверхность и стараются лучше нагреть свое тело на солнце. Затем они возвращаются в муравейник и греют его изнутри своими телами.

Строительные материалы.

- земля (она должна быть твердой, но податливой при обработке)

- листья деревьев и кустарников

- рабочие инструменты: ими служат мощные челюсти муравьев, с помощью которых они режут и измельчают листья, а также роют землю.

Рис. 1. Структура муравейника

Хатка на реке.

Фото 12. Строительство бобром своей хатки.

Этот мастеровой грызун населяет реки и ручьи в лесных краях. Он перегораживает реку плотиной и строит себе дом прямо в воде.

Выбор строительной площадки: бобр выбирает для будущей хатки спокойную реку глубиной чуть больше метра. Он срезает острыми зубами стволы деревьев, ветки и кору и строит плотину, чтобы создать заводь.

Надежный фундамент: в центре заводи бобр кладет основу из камней и глины, а сверху набрасывает ветки и траву так, чтоб они выступали над водой. Вот и готов фундамент для дома.

Крепкая крыша: на готовом фундаменте бобр сооружает хатку – шалашик из веток, сухих листьев и переплетенных стеблей травы, которые он покрывает сверху влажным илом и мхом. Замерзая, ил и мох становятся твердыми как камень.

Двери: входы в хатку расположены под водой. Их всего два: через один бобры входят и входят сами, а через второй затаскивают корм. Ну разве они не талантливые строители?

Вентиляция: для проветривания хатки бобр оставляет в крыше отверстие. Все продумано до мелочей.

Безопасность: готовый дом бобр окружает «пахучей» оградой – глиняными холмиками, политыми «бобровой струей» (секретом желез с очень неприятным запахом). Этот запах настолько сильный, что чужаки стараются к ним не приближаться.

Постоянный уход за жилищем (эксплуатация дома): бобр все время подправляет и достраивает хатку. Вот как бережно он относится к своему домику!

Строительные материалы:

- глина и камни для сооружения фундамента, на котором возводится хатка;

- ветки, сухие листья и трава – основной материал, из которого сооружается шалашик и которым выстилается внутренняя камера;

- влажный ил или мох накрывает хатку сверху. Замерзнув, они образуют крепкое покрытие.

Рис. 2. Устройство бобровой хатки.

Домик-городок диких пчел.

Фото 13. Улей диких пчел, устроенных на ветках дерева.

Дикие пчелы живут особенной жизнью. Они самостоятельно строят свои ульи, человек не вмешивается в их существование. Это просто невероятно, насколько маленькие крылатые труженицы организованы, чтобы построить подобное жилище. Пчелы могут жить в дуплах деревьев, в расщелинах скал и просто на ветках деревьев.

Строительство пчелиного гнезда. Пчелы используют 8-9 килограммов меда и пыльцы, чтобы произвести один килограмм воска. Воск вырабатывается восемью железами на брюшке пчелы. Железы выпускают крошечные капельки, размером — 0,2 мм. Рамка из 80 000 ячеек требуется 80 000 часов работы и состоит из 991 000  капелек воска.

Пчелы цепляются друг за друга своими ножками, чтобы образовывать длинные цепочки. Они образуют гроздь вокруг будущего сота, так пчелам легче строить свежие соты. Капли воска выделяются железами, на брюшке пчелы. Затем каждая пчела в полости рта замешивает воск со своей слюной и тщательно растирает его. Полученную строительную смесь пчела соединяет с сотом. Пчелы отстраивают из воска ячейки гексагональной формы. Усики помогают пчелам строить геометрически правильную сотовую ячейку.

Принципы строительства улья.

Выбирают место: например, дупло в стволе дерева или высокая крепкая ветка.

Непосредственно само строительство: рабочие пчелы тщательно очищают поверхность, на которой будет крепиться улей (можем сравнить с подготовительными работами в строительстве по подготовке земельного участка). В отличие от наших домов, улей строится сверху вниз. Пристраивая ячейки к ячейкам, пчелы создают соты.

Вентиляция: свесившись из улья, пчелы висят друг на друге, чтобы лучше пропускать поток воздуха, который они гонят в улей в результате взмахивания крыльями. Пчелы циркулируют воздух, когда температура в улье слишком высокая.

Уход и эксплуатация улья: ячейки, в которых хранится мед и развиваются личинки, пчелы запечатывают воском и прополисом. Так они защищают их содержимое от грибков и бактерий.

Строительные материалы:

- ветка или ствол дерева: крепкая ветка или внутренние стенки дупла – подходящая основа, чтобы закрепить на ней улей;

- воск: это главный строительный материал, который производят рабочие пчелы. Они пережевывают его, мешая со слюной, чтобы размягчить. Челюстями придают ему нужную форму, а затем лепят ячейки сот;

- прополис: вещество, которое защищает соты от инфекций.

Подвесной мост паука.

Фото 14. Подвесной мост паука.

Паук – очень прожорливый хищник и охотник-одиночка. Он питается другими видами животных, которых парализует собственным ядом. Кроме того, плетет из паутины сети-ловушки для своих будущих жертв.

Как строится домик паука.

Надежное крепление: паук выбирает крепкие опоры для своих нитей, такие как ветки, камни или стыки стен.

Паук начинает вырабатывать паутинную нить, которая образуется у него в особых железах на брюшке. У некоторых пауков есть до семи таких желез, и каждая вырабатывает нить особого типа для разных надобностей.

Наиболее прочная паутина идет на изготовление несущих нитей, которые крепятся к опорам и на которых растягивается ловчая сеть. На этих нитях паук выкладывает спиралью более тонкую и клейкую паутину. Иногда с помощью самой тонкой паутины он укрепляет соединения между нитями, чтобы сеть получилась более прочной.

Паучьи сети могут иметь форму воронки, но чаще они плоские и сплетены по спирали. Обычно сети растянуты вертикально, но некоторые пауки плетут горизонтальные сети, похожие на батут. Паутинная нить не уступает по прочности стали.

Строительные материалы:

- ветки: на них растягивается все подвесное сооружение;

- паутина: бывает до семи разных типов паутинных нитей.

Используя метод сравнения, я выявила сходства и отличия при строительстве домов людьми и жилищ животными. Результаты я оформила в виде таблицы.

Таблица 1. Сравнительная характеристика строительства домов людьми и жилищ животными:

В результате изучения полученной из разных источников информации, мне удалось выяснить, что дома животных не уступают по инженерной сложности и продуманности современным зданиям. В них есть вентиляция, система регулирования температуры, прочные стены, запасные выходы, специальные камеры.

Они серьезно подходят к вопросу строительства жилища, тщательно выбирают места для строительства своего дома и используют самые лучшие материалы, продумывают систему вентиляции и без чертежей, кирпича и цемента строят поистине чудесные сооружения, которые надежно защищают их от врагов.

3. Мой собственный проект бионической детской площадки.

Работая над своим исследованием, я узнала еще много всего интересного. Папа рассказал мне о двух современных интересных направлениях в архитектуре – архитектурной бионике и архитектурной геонике.

Мне стало интересно узнать об этом подробнее. И снова я попросила родителей помочь мне разобраться с моими многочисленными вопросами: может ли человек создать своими руками то, что создала природа? Кто же все-таки более талантливый архитектор: человек или природа? С родителями мы нашли много интересной информации в Интернете.

Оказывается, идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат орнитоптер, беря за прототип крылья птиц. Так он пытался воссоздать строение птичьего крыла и механизма, приводящего его в движение. Именно с целеустремленного «подглядывания» за природой родилась новая наука — бионика.

Думая над возможностями воплощения сложнейших инженерных идей, человек не мог не обратить свое внимание на результат деятельности гениальнейшего архитектора – Природу. За миллионы лет она создала такие совершенные формы и структуры, которые идеально организованы, гармонично взаимодействуют между собой и находятся в равновесии с окружающей средой. Возможность использования опыта живой природы в строительстве современных архитектурных сооружений и стала предметом изучения этого архитектурного направления.

Каждое живое существо - это совершенная система, которая является результатом эволюции многих миллионов лет. Изучая данную систему, раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в строительстве зданий и сооружений.

Итальянский архитектор Паоло Солери спроектировал мост через реку длиной более километра по аналогии со свернутым живым листом.

Фото 15. Паоло Солери. Мост в виде скрученного листа.

И даже в нашем современном высокотехнологичном мире человек подмечает много преимуществ в творениях природы перед своими собственными созданиями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства, технологические процессы по сравнению со всеми известными в науке.

Кроме зданий, в конструкции которых используются принципы и структуры живой природы, к бионическом сооружениям относят и те, которые копируют не биологические структуры, а формы.

С недавнего времени бионическую архитектуру можно увидеть и в России. В 2003 году в Санкт-Петербурге по проектам архитектора Бориса Левинзона были построен «Дом Дельфин».

Фото 16. Дом-дельфин г. Санкт-Петербург.

Многие архитекторы в настоящее время активно работают над проектами, которые объединяют все бионические принципы – и воспроизведение структур и систем живой природы, и подражание ее формам, и экологичность.

Думаю, когда-нибудь наши дома будут похожи на птиц, деревья или цветы, мы будем дышать чистым воздухом и жить, не причиняя вреда Природе.

Вдохновленная идеями и принципами архитектурной бионики и детской площадкой проекта «Новая жизнь», я решила создать свой макет детской площадки.

Подумав, я решила, что мне нужна будет помощь, и я попросила взрослых помочь мне.

Команда проекта:

Шаталова Серафима – руководитель проекта

Мироненко Ольга Васильевна – учитель начальных классов, эксперт проекта

Шаталова Оксана Николаевна – мама, идейный вдохновитель.

Сроки реализации проекта: 01.02.2025-15.02.2025

Требования к детской площадке:

- детская площадка должна быть разработана на основании принципов архитектурной бионики;

- детская площадка должна быть безопасна для детей.

Бюджет для макета детской площадки установлен в размере 1000 руб.

План мероприятий (что необходимо сделать):

1. Создать эскиз своего будущего макета и решить, на какой возраст рассчитана моя детская площадка;

2. Купить необходимые материалы в соответствии с бюджетом;

3. Работа над макетом;

4. Продумать практическое применение макета.

Сначала я определила, какой должна быть моя детская площадка и найти прототипы составных элементов площадки в природе.

На детской площадке мы сделаем шалаш, прототипом которого является гнездо птицы ремез, обитающей в лесах Белгородской области. Шалаш на дереве – мечта каждого ребенка! Аналогом батута будет паутина паука, песочницу сделаем из морских ракушек, а также установим горку-бревно.

Площадка рассчитана для игр детей в возрасте 4-8 лет.

Для макета детской площадки мне потребовались следующие материалы: форма для запекания из фольги, строительный грунт (чтобы залить основание площадки), морские ракушки, нитки, крупная морская соль, ветки деревьев, белила (или белая гуашь). При покупке необходимых материалов мы с мамой уложились в бюджет 700 руб.

Осталось только воплотить в жизнь все мои мысли. И мы преступили к работе. Процесс завораживал… Я почувствовала себя настоящим строителем и дизайнером! И вот, что у нас получилось в результате:

Фото 17. Мой собственный макет бионической детской площадки.

И вот мой рецепт хорошей детской площадки: игровой рельеф, натуральные материалы (песок, галька, земля — материалы, которые можно преобразовывать), вода (в любом виде, от колонки в песочнице до ручья и водоема), допустимые риски (игровая площадка должна предоставлять возможности для развития, а не быть «камерой хранения» ребенка), качественная среда (наличие деревьев и кустов, света и тени, мест для отдыха).

Моя идея была в том, чтобы создать пространство для свободной игры и самовыражения ребенка. Некоторые родители могут посчитать, что наша площадка небезопасна. Но ребенку необходим разумный риск, чтобы выработать самоконтроль и ответственность за свои поступки, начиная с раннего возраста.

Природная площадка — пока еще новый для России формат игрового пространства. Таких площадок очень много в Европе, и очень мало в России. По сравнению с типовыми пластиковыми городками очень ярких цветов и металлическими детскими площадками, это большой шаг вперед.

Выводы.

В результате своей проектной работы я пришла к следующим выводам:

1. Узнала, как люди строят дома и познакомилась со строительством «изнутри»;

2. Узнала про талантливых животных-строителей и их жилищах;

3. Проанализировала, сравнила и сделала выводы, в чем сходства и различия в строительстве домов людьми и жилищ животными;

3. Познакомилась с новой наукой – бионикой и ее видом – архитектурной бионикой. Выяснила, что архитектурная бионика -  одно из перспективных направлений современной науки, дающее возможности для создания архитектурных сооружений и решения многих технических задач.

5. Природа содержит в себе миллион идей и моделей для созидания. Продумала концепцию и изготовила свой собственный макет экологической детской площадки.

6. Перспективы моего проекта и исследования.

Мой папа, являясь генеральным директором проектной организации ООО «Трансюжстрой», начал проектировать Президентскую школу в г. Белгороде. Он захотел создать школу, которая бы стала образовательным учреждением будущего, объединяющим новейшие образовательные методики с современной инфраструктурой и передовыми технологиями. И я предложила папе построить школу, применив принципы бионики в архитектуре, экологичный подход и природные материалы, а также погружение архитектуры в природный контекст. Папе очень понравилась эта идея и вот, что у него получилось.

Это реальный проект Президентской школы в Белгороде.

Также я предложила папе создать школу молодых дизайнеров и архитекторов, которых могли бы обучать его сотрудники. Ведь дети часто предлагают огромное количество креативных идей, которые можно использовать на практике. И папа согласился!

Вот так благодаря моему проекту «Природа – Великий архитектор» в основу проектирования Президентской школы были положены принципы архитектурной бионики, и скоро у нас в городе появится «Школа юных архитекторов»!

Список литературы.

1. Фотоархив Департамента строительства и транспорта Павительства Белгородской области;

2. Как это построено: от мостов до небоскребов. Иллюстрированная энциклопедия / Дэвид Маколи; пер. с англ. М. Гескиной. – 3-е изд. – М.: Манн, Иванов и Фербер, 2018. – 192 с.;

3. Как построить дом. Технические сказки. / Мартин Содомка; пер. с англ. Марии Сухотиной. – 2-е изд. – М.: Манн, Иванов и Фербер. 2017. – 60 с.;

4. Муравейник. Как живут муравьи? – СПб.:Питер, 2017. – 24 с.;

5. Улей. Как живут пчелы? – СПб.: Питер, 2017. – 24 с