時間-2013年1月28日及2月4日     

蜂巢深入探索

訪談建築專家：國立臺北科技大學建築系張崑振副教授

這次研究過程，為了更清楚了解大自然界各種生物的巢穴，我們邀請俊平爸爸來為我們解說蜂巢、蟻窩結構和人類建造房子的方式有什麼不同？俊平爸為我們講解昆蟲界的建築、蜂巢的組成、建築物力的分析、蜂巢力的分析、蜂巢六角形的秘密、蜂巢結構強度及蜂巢內部結構等。

昆蟲界的建築

俊平爸說人類和動物的建造方式幾乎一樣，動物和昆蟲的家和人類的房子都是利用1.挖掘2.雕刻3.堆積4.塑形5.折疊6.黏結7.編織的方式形成的。不同的動物會有不同的建造方式，不同的國家也會有不同的建造方式，雙方都有異曲同工之妙。例如：土耳其的愛斯基摩人出外打獵時，如果遇到夜晚，無法回到帳篷，就會蓋一個冰屋在裡面過夜。冰屋的建造的方式和蜜蜂一樣是一層一層堆疊的。

建築物力的分析

但是〈昆蟲、動物、人類〉房子需要能抗壓力、抗拉力、抗扭力。只是有一些材料不同而已表現方式不同。在介紹壓力、拉力、扭力的意思中，教授解釋為什麼蜂巢是垂吊式的，在與它掛的地方會產生拉力，為什麼呢?因為蜂巢，而被牠掛的地方就要承受蜂巢垂吊的力量，就產生拉力。那壓力是什麼呢?壓力就是假如你把一枝筆立在桌子上，用你的手去壓它，就產生了壓力。蜂巢掛的地方就要承受蜂巢垂吊的力量，所以就產生拉力。而扭力就是拿一條沾滿水的抹布，把它擰乾變成螺旋狀，就是一種扭力。

蜂巢的組成

蜂巢材質外面是由樹皮、泥土和水混合而成，當然牠們會把混和好的材料搓成一顆顆的小泥球，小心翼翼的把泥球一顆顆的黏上去，慢慢地一層一層的組合，就會形成一顆球狀的蜂巢了。還有人類的蒙古包，他們先用堅硬的樹枝搭好支架再用牛皮縫和上去。像這兩種例子，都是像蜜蜂一樣就地取材絕，對不會千里迢迢跑到很遠的地方取材料，因為這樣不但費時又費力。

蜂巢力的分析

蜂巢的基本結構，是由一個個正六角形組合而成，房口全朝下或朝向一邊、背對背對稱排列組合而成的建築物。每一房室大小統一、上下左右距離相等；蜂房直徑約0.5 公分，房房緊密相連，整齊有序。當氣候炎熱、蜂巢內溫度升高時，工蜂會在蜂巢入口的地方，鼓動翅膀搧風，使朝內的空氣流動，因而變為涼爽。根據科學家的研究發現，正六角形的建築結構，密合度最高、所需材料最簡、可使用空間最大。因此，可容納數量高達上萬隻的蜜蜂居住。用這樣的角度建造出來的蜂巢，一定是相同容積中最省材料的建構法。蜂巢的六角形式最緻密的結構，各方受力大小均等，且容易將受力分散。

蜂巢六角形的秘密

俊平爸爸問我們為什麼蜜蜂要用六角形的方式來築巢，有三角形正方形圓形，這麼多種，而且圓形面積那麼大?這個問題看起來很簡單，其實很難，後來俊平爸爸看我們回答不出來，他就說，先從面積最大的圓形開始說，蜜蜂之所以不用圓形的原因是，因為圓形黏接以後會出現縫隙，當颱風來時，就會垮掉，如果你把縫隙塡起，既浪費時間又浪費材料。三角形和正方都很浪費空間，所以蜜蜂選擇最能利用空間的圖形，也就是六角形。後來，俊平爸爸又問我們為什麼蜂巢內不怕太陽？但我們不知道為什麼，俊平爸爸舉了一個例子，兩層的隔音窗戶的中間有空氣，而中間的空氣可以讓熱能要從Ａ點傳到Ｂ點時，空氣可以阻隔熱能，所以熱能到達Ｂ點時，這個熱已經消失了。聽完俊平爸爸的講解後，我們終於了解到為什麼蜂巢內會如此的舒適。

蜂巢內部結構

因為蜜蜂在築外面時，是一個弧形一個弧形慢慢堆疊成一個大蜂巢，而一個大蜂巢需要幾個弧形？好幾個對吧！而且弧形裡的空間充滿了空氣，那麼這麼多的空氣是不是防熱效果特別好，所以這就是蜂巢不怕熱的原因。俊平爸爸又問了一個問題，蜂巢能夠抵擋蜜蜂所有的天敵嗎？答案是，不能全部，像熊和養蜂人就不行。雖然養蜂人不行，但是其他人就可能可以，因為其他人沒穿防護衣。蜜蜂還有一個最大的敵人，就是大自然的災害，也可以說是大自然的天候。像如果蜂巢在沒有避雨的地方，遇到大雨颱風和一些可怕的災害，牠們就完蛋了，但這些狀況卻是蜜蜂們無法避免的。像有些住在地底下的白蟻，下雨時，就會飛到住戶家避雨，知道為什麼嗎？因為地底下的溫度變了，而且又很潮濕，白蟻不習慣，所以才會跑到住戶避雨，這種也是無法避免的。

蜂巢結構強度

另外，蜂巢還有很神奇的特色，那就是「共振傳達」，當蜜蜂搖擺舞的振動在蜂巢中傳遞時，大多數六角形蜂房相對的巢壁會同時以相同的方向振動；但在距離震源二或三個蜂房的巢室，相對的巢壁會以相反的方向振動，這種現象稱為「相反轉」。

蜂巢的六角形結構為何能產生「相反轉」，但這種現象卻有助於建築師研究建造抗地震的建築物。因為蜜蜂在蜂巢中所引發的振動，就有好像小型地震般；這種振動的反應，可以幫助建築師預測建築物的哪些部分特別容易在地震中受損，只要強化這些區域，甚至在建築物無關緊要的區域中引入一些「弱點」，藉此吸收、消耗掉一些有害的振動，就可增加建築物的抗震能力。