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刘汉龙：《生物建造介绍与展望》
2026-06-27 09:32:12
作者：刘汉龙（中国工程院院士，重庆大学土木工程学院教授）
生物建造是以生物为载体进行的工程建设，或以生物为基础研发新材料、新装备和新工艺的新型工程建造模式，主要代表为微生物建造、植物建造、动物建造和仿生建造，具有绿色、低碳及与自然相融合等典型特征。生物建造的理念和设计思路在实现建造功能的基础上，从动物、植物以及微生物汲取灵感，以“绿色低碳”“自然相融”为基本原则。围绕微生物建造、植物建造、动物建造和仿生建造4个方向，从理论、技术、材料、装备、检验检测等方面，初步构建了生物建造体系和发展思路。
微生物建造是一种利用微生物生产特定生物材料的方法，以加强和改善建筑材料的性能和功能。通过应用特定微生物菌株，并在适宜的环境条件下，合成无机矿物、生物胶、生物纤维等材料，然后将其应用于建筑结构加固、土壤固化、环境治理等领域。这项技术具有可持续性和环保性，能够降低对传统材料的依赖，减少对环境的影响。
植物建造技术在土木工程领域的应用展现了对可持续发展和生态友好建造的追求，这种技术不仅将植物作为建筑物的装饰元素，更是将其融入到建筑结构、材料和设置之中，发挥其独特的生态功能和环境适应性。植物建造包括植物建造行为和植物建造材料。生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。植物建造中涉及的生物力学包括植物材料如植物纤维的多尺度结构力学行为和植物不同尺度的水力运移机制等，分别可为植物基纤维复合增强材料以及植物-土壤水力传输提供理论指导。
结构优化设计是在给定约束条件下，按某种目标（如重量最轻、成本最低、刚度最大等）求出最好的设计方案。结构优化理论通常与数值模拟和计算机辅助设计工具结合使用，以快速评估不同设计方案的性能，并找到最优解。植物复合材料可考虑材料的组分特性、结构特性、界面特性等，通过植物组织中不同成分的结合方式、相互作用，以及协同工作的模式，从而形成具有特定性能和功能的复合建筑材料结构。
生物建造将生物多样性、可再生性、高效性和生态友好性融入到建筑设计和工程建造过程中，旨在创造更加健康、环保和可持续的工程建造环境。生物建造也为建筑材料的选择提供了更多元化的可能性，传统的建筑材料如混凝土、钢铁等往往存在着资源消耗大、能源消耗高、碳排放量大、污染严重等问题，而生物建造则可以利用生物质材料（如微生物、植物、动物材料等），降低工程建造对自然资源的依赖，减少碳排放和对环境的影响。生物建造有望推动建筑的生态化和智能化发展。生物建造不仅关注建筑材料的生物性，更注重工程建设与自然环境的融合。通过结合生物学原理，可以设计出具有自洁、自修、自保护等特性的建筑，使建筑更加适应周边环境的变化。
生物建造作为一种全新的生态自然和谐共生的建造理念，为未来第五代土木工程建造开辟了新的领域。生物建造有望成为未来建造技术的主流方向，推动土木行业向着更加生态化和可持续化的方向迈进，为人类创造出更加美好、健康、可持续的建筑环境。
作者介绍：
刘汉龙：中国工程院院士，重庆大学土木工程学院教授、博士生导师，山地城镇建设与新技术教育部重点实验室主任，重庆大学学术委员会主任，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，享受国务院政府特殊津贴，国家级人才。曾任河海大学土木与交通学院院长、岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室主任、重庆大学土木工程学院院长、重庆大学党委常委、副校长，山地城镇建设与新技术教育部重点实验室主任，重庆大学党委常委、常务副校长。刘汉龙院士长期从事软弱地基加固与桩基工程、环境岩土力学与防灾减灾工程等方向的教学与科研工作。作为项目负责人已申请获国家自然科学基金项目8项，其中重点基金2项、杰出基金1项、面上项目4项，江苏省自然科学基金2项，中华人民共和国教育部科技计划3项等；获国家专利32项，其中发明专利18项；在国内外学术期刊和重要学术会议上发表学术论文180多篇，其中被SCI、EI等国际三大检索收录有125篇次；主编国家、行业与地方标准7部，参编ISO国际标准1部；出版中、英文专著4部。研究成果获国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖1项、军队及省部级科学技术一等奖6项，获中国专利优秀奖3项、中国产学研合作创新成果奖2项和中国发明创业奖1项。
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