VDI 6226 Blatt 1-2015 Biomimetics - Architecture civil engineering industrial design - Basic principles.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREBionik Architektur, Ingenieurbau, IndustriedesignGrundlagenBiomimeticsArchitecture, civil engineering, industrial designBasic principlesVDI 6226Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Technologies of Life Sciences (TLS)Fachbereich BionikVD

2、I-Handbuch BionikVDI-Handbuch ArchitekturVDI-Handbuch BautechnikVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch/Available at BeuthVerlag GmbH,10772Berlin Alle Rechtevorbehalten/All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V.,Dsseldorf2015Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reprod

3、uction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 07.080, 91.010.01Februar 2015February 2015The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbeme

4、rkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 52 Normative Verweise. . . . . . . . . . . . . . . 63Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Bionisches Arbeiten und Bionik gestalten . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . 104.1 Bionisches Arbeiten . . . . . . . . . . . . . 104.2 Bionik gestalten . . . . . . . . . . . . . . . 155 Vorgehensstrategien . . . . . . . . . . . . . . 155.1 Strategien der Natur . . . . . . . . . . . . . 155.2 Konstruktionsprinzipien der Natur . . . . . 206 Ergebniss

6、e bionischen Arbeitens . . . . . . . 226.1 Flectofin. . . . . . . . . . . . . . . . . . 236.2 BOWOOSS-Sommerpavillon . . . . . . . . 256.3 COCOON_FS . . . . . . . . . . . . . . . . 276.4 Rckbauroboter BRACHYO . . . . . . . . 296.5 BioSkin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296.6 Fin Ray Effect.

7、. . . . . . . . . . . . . . 316.7 Wasserspeicher fr ein passives Pflanzenbewsserungssystem . . . . . . . . 336.8 Bionic Manufacturing-Verfahren am Beispiel Freischwinger (Cellular Loop) . . . . . . . . . . . . . . . 347 Potenziale bionischen Arbeitens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.1 In

8、terdisziplinaritt der Bionik . . . . . . . . 367.2 Bionik und Nachhaltigkeit. . . . . . . . . . 377.3 Hoher Marketingwert bionischer Entwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . 39Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9、. 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Normative references . . . . . . . . . . . . . . 63 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . . 74 The biomimetic process and biomimetic design . . . . . . . . . . . . . . . . 104.1 T

10、he biomimetic process . . . . . . . . . . . 104.2 Biomimetic design . . . . . . . . . . . . . . 155 Strategic approaches . . . . . . . . . . . . . . 155.1 Strategies in nature . . . . . . . . . . . . . . 155.2 Design principles in nature . . . . . . . . . . 206 Results of the biomimetic process . .

11、. . . . . 226.1 Flectofin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236.2 BOWOOSS Summer Pavilion . . . . . . . . 256.3 COCOON_FS . . . . . . . . . . . . . . . . 276.4 BRACHYO demolition robot . . . . . . . . 296.5 BioSkin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296.6 Fin Ray Effect. . . . . . . . . . .

12、. . . . . 316.7 Water reservoir for a passive plant watering system. . . . . . . . . . . . . 336.8 Bionic manufacturing processes based on the example of a cantilever chair (Cellular Loop) . . . . . . . . . . . . . . . . 347 The potential of the biomimetic engineering process . . . . . . . . . . . .

13、 . . . 367.1 Interdisciplinarity of biomimetics . . . . . . 367.2 Biomimetics and sustainability. . . . . . . . 377.3 Higher marketing value of biomimetic developments . . . . . . . . . . 39Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40FrhereAusgabe:10.13 Entwurf,deutschFormeredition:10/1

14、3 Draft,inGermanonlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8CD9NormCD - Stand 2015-02Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20152 VDI 6226 Blatt 1 / Part 1VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-

15、linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.d

16、e/richtlinien), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/6226.EinleitungDie Schritte des bionischen

17、 Arbeitens in allgemeinerForm sind in der Rahmenrichtlinie VDI 6220 aufge-nommen. Die vorliegende Richtlinie spricht primrdie Disziplinen Architektur, Bauingenieurwesen undIndustriedesign an. Hierbei werden die DisziplinenArchitektur und Bauingenieurwesen auf den Hoch-bau und den Ingenieurbau besond

18、ers in den TeilenBaukonstruktion oder Entwurf fokussiert und im Fol-genden als Bauwesen bezeichnet. Auf andere wich-tige Disziplinen, wie Grundbau, Verkehrs- und Was-serwesen, sowie Architekturgeschichte, Architektur-theorie und Stadtplanung wird an dieser Stelle nichtexplizit eingegangen. Den anges

19、prochenen Disziplinen Bauwesen und In-dustriedesign ist gemeinsam, dass fr eine erfolgrei-che Aufgabenbearbeitung eine generalistische Denk-und Arbeitsweise erforderlich ist. Sie arbeiten nichtisoliert fachspezifisch, sondern grundstzlich inter-disziplinr. Typischerweise bernehmen sie in Pro-jekten

20、die Gesamtverantwortung, wodurch sie sichnicht nur mit dem Entwurf auseinandersetzen ms-sen, sondern ebenso mit dem Entwurfskontext, derEntwurfsrealisierung und der Entwurfsimplementie-rung in die Gesellschaft oder in den Markt. Kennt-nisse in mglichst vielen fachfremden Disziplinensind bei der Proj

21、ektbearbeitung deshalb von Vorteil.Die Vielfalt an Fragestellungen innerhalb eines Pla-nungs- und Entwicklungsprozesses erfordert einebreite Perspektive und die Integration verschiedenerFachgebiete. Das transwissenschaftlich interdiszipli-nre Arbeiten in der Bionik erweitert den allgemei-Preliminary

22、 noteThe content of this standard has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either of

23、the full text or of extracts.The use of this standard without infringement of cop-yright is permitted subject to the licensing conditionsspecified (www.vdi.de/richtlinien) in the VDI No-tices.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.A catalogue of all available

24、 parts of this series ofstandards can be accessed on the Internet atwww.vdi.de/6226.IntroductionThe general steps involved in biomimetic engineer-ing are handled in the framework standard VDI 6220.The present standard is intended primarily for the dis-ciplines of architecture, civil engineering, and

25、 indus-trial design. In the architecture and civil engineeringdisciplines, it focuses on building construction andstructural engineering, and in particular on the areasof structural design and construction planning. In thefollowing, they are collectively referred to as build-ing construction. This s

26、tandard does not explicitly in-clude other important disciplines such as foundationengineering, traffic engineering, or water manage-ment, nor does it cover architectural history, architec-tural theory, or city planning. What the building construction and industrial designdisciplines mentioned have

27、in common is that it isnecessary to think and work like a generalist in orderto complete a task successfully. They are inherentlyinterdisciplinary and are not restricted to a specificfield of specialization. People working in these disci-plines usually have overall responsibility for projects,and co

28、nsequently, they usually not only need to dealwith the construction plan itself, but also with its con-text, realization, and implementation in society or inthe market. This means knowledge of as many out-side disciplines as possible is an advantage whenworking on a project. The variety of questions

29、 arisingin a planning and development process requires awide perspective, and therefore a need to integrateknowledge from different fields. The trans-scientificinterdisciplinary work in biomimetics thus expandsthe general work process used by architects, civil en-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09D

30、CBB7EF8CD9NormCD - Stand 2015-02All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 6226 Blatt 1 / Part 1 3nen Arbeitsprozess von Architekten, Bauingenieurenund Industriedesignern damit um eine weitere Me-thodik.Ideen dienen dazu, in einem spezifischen Arbeitsum-feld oder fr ein

31、 konkretes Problem Lsungen undAntworten auf Fragestellungen zu generieren. DieseIdeen werden durch vielerlei Einflsse geformt, ihreRandbedingungen entstammen aus allen Lebensbe-reichen eines kulturell und technisch geprgten Men-schen. Die einzelnen Aspekte beeinflussen die Idee,sich aber auch gegens

32、eitig, was zu iterativen Arbeits-prozessen fhrt1).Bei der Konzeptfindung im Industriedesign und demEntwurf im Bauwesen handelt es sich um einen offe-nen und kreativen Prozess, der nicht durch Vorbedin-gungen eindeutig definiert ist. Bewertungskriterienund Entwicklungsziele sind zu Beginn nicht volls

33、tn-dig definiert. Sie werden erst im Prozess przisiertund sind stndiger Vernderung und Anpassung un-terworfen. Die in Bild 1 abgebildete Ideenfindungzeigt, dass neben der Entwicklung technischer L-sungen auch der Arbeitsprozess beziehungsweise dieBauweisen durch Prozesse der Natur inspiriert seinknn

34、en. Damit erweitert sich die Definition des bio-nischen Arbeitens nach VDI 6220 um den Aspekt desergebnisoffenen Gestaltens und Entwerfens.Fr eine generalistische Denk- und Arbeitsweise istes entscheidend, alle wesentlichen Aspekte zu be-trachten und einzubeziehen. Im Rahmen dieserRichtlinie stehen

35、Natur und Technologie als Teilder vom Mensch gemachten Kultur im Fokus, ihreSymbiose wird mit den Themen der Bionik behan-delt.Die besondere Qualitt biologisch inspirierter Konst-ruktionen und Produkte in Bauwesen und Industrie-design wird aus ihrer inneren und/oder ueren Funk-tion entwickelt. Sie o

36、rientiert sich an biologischenPrinzipien, wobei ihre Form und Gestaltgebung in ih-ren Grundzgen nicht zwingend an lebende Organis-men erinnern muss, vielmehr kann es sich auch umeinen bionischen Entwurfsprozess handeln. Die Ent-stehung liegt in der biologischen und technischenHerleitung begrndet, un

37、d ist durch die prozessorien-tierte Entstehungskette gekennzeichnet, die in derRichtlinie VDI 6220 und in der vorliegenden Richtli-nie beschrieben ist.1)Um diese Iterationen zu verdeutlichen, wurden in Bild 1Mensch, Technologie und Markt von der Kultur losgelstdargestellt, auch wenn sie dieser in ei

38、nem greren Zusam-menhang direkt zuzuordnen sind.gineers, and industrial designers through the additionof a new methodology.Ideas in this case serve to generate solutions and an-swer questions for a specific problem or in a specificwork environment. These ideas are shaped by variousinfluences, and th

39、eir constraints come from every as-pect of the life of a culturally and technically orientedperson. Each of these aspects influences an idea, butthey also influence each other, which results in itera-tive work processes1).The development of a concept in industrial designand the design of a building

40、construction are openand creative processes that are not clearly defined bypreconditions. Not all evaluation criteria and devel-opment goals are fully defined at the beginning. Theyare defined more precisely only after the process hasstarted and are subject to constant changes and adap-tations. The

41、development of new ideas illustrated inFigure 1 shows that in addition to being an inspira-tion for the development of technical solutions, pro-cesses in nature can also be an inspiration for thework process or construction method used. Thismeans the definition of the bionic development pro-cess acc

42、ording to VDI 6220 has been expanded to in-clude the aspect of open-ended design and planning.A decisive factor for thinking and working like a gen-eralist is to examine and consider all essential as-pects. In the context of this standard, the focus is onnature and technology as part of man-made cul

43、ture and their symbiosis is handled using topics in bio-mimetics.The special quality of biologically inspired designsand products in building construction and industrialdesign is developed from their internal and/or exter-nal function. It is based on biological principles, al-though the basic design

44、 and shape do not necessarilyhave to mimic those of a living organism. In fact, theresult may be a biomimetic design process instead. Itscreation is based on biological and technical deriva-tion and is characterized by a process-oriented devel-opment chain, which is described in the standardVDI 6220

45、 and in this standard.1)To illustrate these iterations, Figure 1 depicts people, tech-nology, and market as separated from culture even thoughthey would be considered a direct part of culture when exam-ined from a wider perspective.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8CD9NormCD - Stand 2015-02

46、Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20154 VDI 6226 Blatt 1 / Part 1Bild 1. Ideenfindung im Rahmen der Projektgesamtverantwortung auf Basis beispielhaft aufgefhrter Wissens- und InspirationsquellenFigure 1. Development of new ideas in the framework of overall project r

47、esponsibility based on examples of possible sources of know-ledge and inspirationB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8CD9NormCD - Stand 2015-02All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 6226 Blatt 1 / Part 1 5Bedeutung der Bionik im BauwesenAn Baukonstruktionen we

48、rden immer komplexere,sich teilweise widersprechende und im Laufe des Le-benszyklus sich verndernde Anforderungen ausNutzung, kologie und konomie gestellt. Dadurchangetrieben wurden in den letzten Jahren erheblichetechnische Fortschritte erzielt, z.B. bei der Gebu-deautomatisierung oder der Baustoff

49、entwicklung, diejedoch meist als Einzelkomponenten in tradierte Ge-budekonzepte integriert werden. Ganzheitliche neueAnstze fr strukturell, funktional und kologisch ef-fiziente Gebudestrukturen lassen sich aus Strategienund Konstruktionsprinzipien der belebten Natur ab-leiten und mit der interdisziplinren Methodik derBionik effizient umsetzen. Bedeutung der Bionik im IndustriedesignDie Methode der Bionik ist fr den Industriedesignereine kreative Bereicherung im Produktgestaltungs-und Entwicklu