建筑科学与文化（转）

　　　　　　　　　　　　　1.1　从智能产品说起

　　随着现代科技的进步及互联网络的普及，智能化产品已开始进入社会和家庭。目前，世界上一些大公司正竞相开发功能各异的智能化产品。因此，智能化产品在21世纪将成为现代社会和家庭的新宠及追求。
　　美国摩托罗拉公司计划研制一系列智能化产品：其中带有电子标签的衣服可“告诉”智能洗衣机如何洗涤；智能冰箱能够“解读”食品上的标签，提醒主人及时添置食品；智能洗碗机则可与其他智能家电相互“协商”并“和睦相处”，以决定噪音大小或使用多少能源。该公司预计上述产品将在21世纪初问世。
　　日本松下电器公司研制的一种电子热水瓶已在50户家庭中进行试验。这种热水瓶附有液晶显示屏，类似“高龄者居家安全确认系统”的终端机，人们可通过电话每天两次检查老人是否使用热水瓶的情况，还可通过语音查询了解其他资讯情况。此外，松下公司还将研制具有家庭伺服器功能的智能冰箱，这种冰箱可集中管理电视、音响、热水器、空调等家用电器。针对独居老人寂寞的生活，松下公司将推出可与老人简单对话的智能玩具——宠物猫。这种”猫”除可为老人解除孤独、寂寞，还可与互联网连接，记录老人与“猫”对话的次数，起到监护老人安全的目的。
　　英国IcL电脑公司和伊莱克斯公司不久前研制出智能冰箱。这种冰箱不仅可提醒主人存储的食品是否快吃完，而且还能上网发送电子邮件。美国鲁特格尔斯大学研制的智能微波炉也已进入实用测试阶段。这种微波炉能够根据食品上的条形码标签信息烹好食品，不仅操作简便，而且可根据条形码信息“决定”加热食品时间及烹饪的温度。
　　除智能家电外，智能材料的研制步伐也在加快。英国雷丁大学已研制成智能型温室覆盖材料，这种材料可通过控制温室光照起到杀灭细菌、减少病虫害、提高作物生长质量的作用。德国研制的智能纤维增强材料，重量轻、强度高，可根据外界环境变化控制材料改变形状。该材料应用广泛，可用于航空、建筑等领域。
　　智能汽车的研制几年前便已起步并取得了可喜的成果。最近，美国和日本的科研人员正共同研制一种智能汽车。该车依据车上的电脑及装于方向盘、油门、制动器上的探测器，能够预测司机做出诸如转弯、加速、超车的意图、动作，自动启动车内警报或制动系统，提醒甚至制止司机的危险动作。在模拟测试中，该车可在司机做出危险动作前12秒，预测到司机的危险动作，其预测的准确率据称高达95％。
　　智能化住宅的研制也取得长足的发展。美国国际商用机器公司和贝尔大西洋电话公司与建筑商合作，为人们提供集“电脑、通信、建筑”三合一的智能化住宅。这种住宅墙壁内装“家庭管理系统”网络设备，住户可通过预设的指令，遥控家中的任何电器。目前，能够辨认出主人并自动开启的自动门、自动启动一些家用电器的视听设备等已进入家庭。
　　随着现代科技的进步，智能产品将越来越面对公众生活，具有智能型的建筑将应运而生，如用计算机管理建筑已成为时尚且效果尤佳。如美国得克萨斯州开发的500栋新型建筑物能够自己控制能源的消耗，与普通建筑物相比，可以节约能源20％左右。它们利用微型计算机管理包括照明、加热、取暖、制冷和空调设备等在内的全部耗能系统，节能效果十分显著，而且可以减少管理人员。美国能源管理部门十分看好这项新技术，计划在全国推广。
　　西班牙隆卡建筑事务所最近推出一种旋转式公寓住宅，很引人注目。这幢住宅约24小时旋转1周，或者按季节调整其旋转方位和周期，以保证每个房间都可以得到充足的阳光和流通的空气。它的旋转机构设计独特，全部由计算机操纵和控制。
　　美国建筑专家巧妙构思，研制出一种由计算机控制的旋转房屋。它里面安装了一种如同雷达的红外线跟踪器，屋内的马达天一亮就会启动；接着整座房子便像向日葵似地迎着太阳缓缓转动，一直与太阳保持着最佳的角度，从而确保屋内能够射人最多的阳光；在太阳下山后，房屋又慢慢地回复到原位。这种新式房屋一方面充分利用太阳能驱动房屋运动，确保了室内的日常供热和用电；另一方面能够储存宝贵的光能，以便阴雨天和晚间使用。
　　日本科技人员在东京的麻布地区修建了一座现代化的房屋，以解决大自然如何协调的问题。它设计新颖，有一个半露天式庭院，在室内的感应装置能够随时测量出天气的温度、湿度和风力等，然后将各种数据及时输送给地下的计算机系统。后者以此为根据，控制着门窗的开闭和空调器的开关，使房间保持住户感到最舒适的状态。最有趣的是，在计算机的指挥下，房屋内的各种仪器配合默契、工作协调。例如，遇上刮风下雨的坏天气，门窗会立即自动关闭起来，而调整室内温度的空调器随之开始运转。倘若住户正在看电视，这时电话铃响了，电子控制系统便马上自动地把电视音量缩小。
　　三泽房产公司是日本的大建筑公司之一，它的研究人员开发的新式住宅系统可以节能1／4，被广泛应用。这种节能住宅由于选用的是隔热窗框和热反射玻璃，因此隔热能力和密封性分别提高了7倍和50倍。新住宅每套面积130平方米，造价为200万日元左右。因为使用了计算机控制的节能系统，所以大大地减少了使用冷暖设备的费用，每年可省下能源费用25万日元。日本竹中建筑公司在东京市中心建了一栋6层大楼，它在强烈的模拟地震试验中安然无恙。这栋新建筑物之所以能抗震，一方面在于有一个液压支架系统，能减弱和抑制40％的震动；另一方面是楼的顶层安装了一个大滑块，在大楼受到飓风或地震的影响将倾斜时，这块9吨重的滑块会根据计算机的指令朝相反的方向移动。
　　“建筑是凝固的音乐”，但使建筑具有生命已不再是人类的梦想。什么是生命建筑？它是有生命的，以生物的方式感知建筑内部的状态和外部环境，并及时做出判断和反应，一旦灾害发生，它能进行自我保护。生命建筑概念是1994年底来自15个国家的科学家在美国讨论时提出的。而在此之前，已有科学家在研究试验，结果是令人振奋的。如美国的彼得·弗尔教授把光纤直接埋在建筑材料中作为建筑物的“神经”。光纤是光纤传感器的一部分，通过感知光信号的相对变化特征，从而反映出建筑物变形和振动的情况。美国南加州大学的罗杰斯研究小组，则在建筑物的合成梁中埋植记忆合金（SMA）纤维，由电热控制的SMA纤维能像人们的肌肉纤维一样产生形状和张力变化，从而根据建筑物受到的振动改变梁的刚性和自动振动频率，减少振幅，使框架结构的寿命大大延长。此外，生命建筑还应具有‘大脑”，能自动调节和控制建筑物内的无数光纤维传感器，驱动执行器有条不紊地工作而不致于乱成一团。于是，科学家们为它们设置了一种计算程序，这个程序模仿一个真实的神经细胞，称为人工神经细胞，它能在突发的建筑事故中，具有判断能力，或是由神经网络处理，或是送往远端的中央处理器处理。同时，生命建筑还设置了自动适应系统，以便在必要时自动接换各自的传感器等。同样，由于地震和风暴会造成建筑物大幅度振动，从而使其崩塌而被摧毁，因此生命建筑应在灾害发生时能自我保护。于是，日本发展了智能化的主动质量阻尼技术，当地震发生时，生命建筑中的驱动器和控制系统会迅速改变建筑内的阻尼物（如流体箱）的质量，从而改变阻尼物的振动频率，以此来抵消建筑物的振动。美国则研究地震发生时如何让生命建筑之间能自动伸出自己的驱动阻尼器，并连在一起，就像人在摇晃的船甲板上手拉手一样不易跌倒。至于生命建筑的自我康复，美国科学家已找到了好办法，它的执行元件是充有异丁烯酸中酯黏结剂和硝酸钙抗蚀剂的水管。当生命建筑有裂缝时水管断裂，管内物质流出，形成自愈的混凝土结构。