CC BY
112
УДК 711.4:711.55
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СТРУКТУРЫ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВЕ
В. В. Воробьев, к. арх., доц., Я. Д. Козак, магистр
Ключевые слова: кинематическая пространственная структура, полиморфизм, полифункционалъностъ, динамичность, бионика, кристаллография, фрактальная геометрия.
Введение. В истории мировой цивилизации градостроительство сформировало два типа города - стационарные города и мобильные города кочевников. Идеальная организация городской среды на протяжении многих веков в обеих версиях ассоциировалась с неизменными, вечными формами, символизирующими связь человека с миром горним и миром дольним. Архитектура трактовалась как пространственное воплощение фиксированной совокупности духовных и физических требований. Они и определяли пути поиска идеальных планировочных схем генеральных планов. Примером тому служат, в частности, планы идеальных городов Филарете XV века [5]. Они представляли собой правильные квадратные и восьмиграннные в плане центрические композиции с четко выявленными осями, центром и структурой. Неизбежный отход от статичной, абсолютной схемы трактовался в рамках данной концепции как вынужденная дань несовершенству жизни, но не как отражение ее органической природы.
Множество подобных подходов прослеживается и у других авторов, ушедших в даль столетий. Связывая форму древних городов с их культурными и символическими значениями, можно утверждать, что положенные в основу генпланов круг и квадрат символизировали духовно-семантическую модель поселения: небесная сфера (круг) проекционно опущена в материальный мир (квадрат). Существует значительное количество современных публикаций, описывающих этот процесс в различных цивилизациях и культурах в зависимости от религиозной концепции и национальной идеи ("Человек и архитектура: семиотика отношений" А. А. Барабанов [2], "Антропологические коды" У. Эко [8]).
Двадцатый век, век информации, наделил города гипервысокой, а не вялотекущей, как в прошлом, динамичностью, обязывая их непрестанно изменяться, приобретать новые функции, расширять сферу своего влияния, наращивать объемы производства и непроизводственной деятельности, стягивать к себе увеличивающиеся человеческие массы. Усложняющаяся сущность современного города приходит в противоречие с унаследованной от прошлого малоподвижной планировочной структурой, складывавшейся иногда веками. Все сильнее проявляется несоответствие формы и содержания. Социальные перемены, экономические преобразования и научно-технические изменения в обществе происходят с большой скоростью, вызывая потребность в приспособлении градостроительных структур к качественно новым требованиям - трансформативности, адаптивности и мобильности в пространственно временном континууме города. Одним из путей решения такого противоречия могут стать кинематические пространственные структуры (КПС). Внедрение КПС в городскую среду позволяет решать многие градостроительные, архитектурно-строительные и социально-экономические задачи в сложившейся застройке, в районах реконструкции и на территориях нового строительства. КПС позволяют:
- смягчить противоречия между спросом и предложением в градостроительных системах;
- повысить сроки морального износа застройки;
- заложить возможность полифунцкиональности и полиморфности;
- повысить эффективность использования городских территорий.
Цель исследования: выявление принципов кинематических структур в
градостроительстве.
Задачи исследования:
1) оценка роли КПС в градостроительстве;
2) определение временного статуса КПС;
3) выявление основы КПС.
Человечество постоянно находилось в движении, поиске своего места в мироздании в соответствии с этапом и уровнем развития человеческой цивилизации. Эту тенденцию можно проследить еще с Библейских текстов. Архитектор Л. А. Балакина на основе анализа текста Ветхого Завета разработала гипотетические схемы планировочных структур Райского Сада,
Стана Израильского, Иерусалима Небесного. Название "стан" часто встречается в Библии. Станами проживали различные разноплеменные народы, ведущие кочевой образ жизни: египтяне, мадиамитяне, филистимляне, сирийцы [1]. Описание Стана Израильского отражает сорокалетнее странствие евреев по пустыне. Стан имел центрическую планировочную структуру, конфигурацию плана правильной геометрической формы, сориентированной по сторонам света: скорее всего, круглой. По истечении сорока лет странствия Стан Израильский прекратил свое существование в связи с обретением Земли обетованной.
Следующим этапом "земного" пути стали кочевые поселения народов Азии. Это уникальное явление во всемирной истории градостроительства. Многовековая эволюция кочевой юрты выработала ее четкие сомасщтабные человеку формы, правила сборки и разборки, а также пропорции. Природно-климатические условия и система государственной организации кочевых образований на территории Центральной Азии выработала два вида ставок: кочевые временные ставки, возникавшие во время завоевательных походов или во время летних перекочевок, и стационарные ставки, служившие столицами и монастырями, крепостями и торговыми поселениями, образовавшимися в результате сосредоточения ремесленников, торговцев, пленников, семей воинов. Сооружения кочевой архитектуры перемещаются в пространстве, полностью сохраняя свою определенную планировочную структуру и облик на каждом новом месте. Например, кочевые монгольские станы располагались по кругу - прием, наиболее рациональный и удобный по отношению к природным условиям степи. Такая градостроительная структура разворачивалась с учетом рельефа, направления господствующих ветров и инсоляции, освещения, влажности, ориентации на зодиакальные созвездия и других естественных факторов, образуя, как в природе, единый организм.
С эпохой индустриализации общества проблема создания и эксплуатации мобильных градостроительных структур стала актуальна как в нашей стране, так и за рубежом. Многочисленными фирмами и организациями проведены научно-исследовательские и практические разработки в области проектирования, создания и эксплуатации мобильных типов зданий и для различных условий эксплуатации (в отечественной практике: по вопросам расселения, планировки и застройки мобильных поселений ЛенНИИПградостроительства, Гипрогором, по социально-демографическому обоснованию и типологии зданий, природно-климатическому районированию и типологии исследования велись ЛенЗНИИЭПом, институтом географии АН СССР; в зарубежной практике фирмы "АТСО", "IHI", "Diplomat", "Ambassador" и др. [7]). Большее значение в экономике стран приобрело освоение новых районов, содержащих значительную часть потенциальных ресурсов. Отечественный и зарубежный опыт создания и эксплуатации трансформируемых мобильных зданий иллюстрирует развитие тенденций, подталкивающих к появлению кинематической архитектуры. Она уже сейчас нашла широкое применение во многих существующих и начинающих развиваться областях человеческой деятельности. Использование принципа конструктивной трансформации, основанного на достижениях строительной техники, открывает большие перспективы для осуществления изменяющихся функциональных процессов в городской среде и за ее пределами.
1960-е стали переломным десятилетием для человечества, чему способствовали исторические предпосылки: начался период объединения общества, возник технологический прорыв (началась эпоха цифровых технологий с появлением таких изобретений как транзистор и микрочип - кредитные карточки, запуск геостационарных спутников и всемирных сетей). В это десятилетия и родился Современный мир. Интересно отметить вступительную статью Г. Кюна в каталоге выставки группы GEAM. "Что такое по сущности мобильность? Это понятие означает подвижность. Оно связано с подвижностью предметов, информации, техники и социальных структур. Но в основе этого явления, несомненно, лежит непрерывно растущая подвижность людей. Они все больше стремятся путешествовать по разному поводу и в разное время. Они все чаще меняют свою одежду, прически, место жительства и место работы".
Первым ответом на эти изменения стала концепция ситуационалиста Констана "Новый Вавилон". "Мы постепенно превращаемся в кочевников", - говорил Констан, представивший образ глобального города, в котором перемещение людей влечет за собой архитектурные трансформации. Он вводит фактор времени, четвертое измерение [10].
В 1958 году Й. Фридман пришел к идее «пространственного города», объемной структуры, которая перемещается, трансформируется по желанию их обитателей. Ступенчатое, послойное
развитие ложится в основу принципа «пространственного урбанизма». Связующими звеньями становятся вертикальные коммуникации - колонны [3].
Идеи группы ArcЫgram, основанной в 1964 году, быстро стали популярными, Они ввели новое понятие «мгновенный город», рассматривающий градостроительную структуру как спонтанное «событие»; темпоральность архитектуры; миграцию как образ жизни. По мнению их авторов Кука, Кромтона и Херрона, с помощью новейших технических средств, применяя свет, цвет, запах, проекцию, изменяющую очертания, форму и изображения, т. е. с помощью различных эффектов можно создать впечатление города, которого в сущности нет. Путешествующие структуры, подчиненные тотальному движению, были взяты за основу в концепции моментального города группы «Архигрэм», проектах динамических пневматических структур группы «Химмельблау». Они воплотили идеи мобильного общества [3].
Метаболисты (К. Танге, К. Кикутакэ, К. Курокаве) рассматривали городскую структуру как развивающийся организм, который при известном накоплении количественных изменений испытывает «метаморфическую трансформацию», т. е. в связи с изменениями условий и образа жизни в городе наступают изменения в элементах городского организма. Необходимость преобразования городской среды создана пространственным расширением города при сохранении некоторых форм "старой" застройки; увеличением мобильности населения; усилением и непрерывным изменением связей. Метаболисты исследовали циклические изменения некоторых естественных природных структур и в соответствии с ними определяли и изменения в форме и структуре городской среды. Еще на стадии строительства предусматривалась свобода будущего развития, на стадии дифференциации на первый план выдвигались качества открытости и присоединяемости, обеспечивающие свободу для количественного прироста. На стадии старения и смерти особое значение приобретала взаимозаменяемость составных элементов для регенерации и "омоложения организма". Метаболисты создавали свои модели, ссылаясь на количественные изменения, происходящие в природе, поскольку законы «второй природы» адекватны внутренним закономерностям естественной среды. В отечественной практике ярким примером может служить «Кинетическая система расселения» К. Пчельникова, А. Иконникова, С. Гречанинова, Л. Паника [4].
«Однако создаваемый человеком мир, - говорит А. В. Рябушин, - подчиняется более сложным законам, чем природы, ему присущ вероятностный характер развития». «Вторая природа» одновременно является частью бытия природы и бытия общества. Она основана на изменениях, выходящих за рамки метаболических преобразований, фундаментальную роль в ее развитии играют именно качественные изменения, метаморфические скачки. Предметно-пространственная среда моделируется как динамичная «полевая» система, все компоненты которой должны определяться четырьмя пространственно-временными параметрами. Если для фиксации неизменного точечного объекта было достаточно трех координат, то учет аспекта изменения потребовал ввести четвертую координату - временное изменение, превращая объект в событие. Таким образом, городская среда представляется как поле событий, которые, развиваясь, входят в противоречие с жесткими градостроительными структурами.
На современном этапе, имея возможность прогнозирования развития социальной, культурной и демографической ситуации, необходимо кардинально менять сам подход к проектированию градостроительных структур.
Любой объект обладает фактором морального износа. Если раньше этот срок приближался к 25 - 30 годам (по эстетическим требованиям) то теперь, с развитием экономики, изменением норм проектирования и требованиям к энергоэффективности здания, а также резко возросшим уровнем социальной активности этот срок сократился до 5, а иногда и менее лет. Все это происходит на фоне того, что сроки физического износа конструктивного остова зданий могут превышать не одно столетие. Особенно явно этот факт прослеживается в зонах повышенной общественной активности, где смена функционального назначения и морфологии пространств динамична. Как одно из направлений разрешения этих противоречий предлагается применение кинематических структур в градостроительстве. Кинематическая структура - это сложная динамически равновесная система, в которой гибкость достигается использованием мобильных, трансформируемых и адаптирующихся элементов, способных к самоструктурированию, объединенных в системы, регулируемые кибернетическими, бионическими устройствами. Кинематическая система - это не явление, а процесс.
В наше время приходит более глубокое осознание единства природной и антропогенной среды и единства принципов формообразования в «живой» и «неживой» природе. Это подкрепляется достижениями таких ряда «нелинейных» наук, опирающихся на энтропийно-нэгэнтропийные циклы. В числе таких наук - фрактальная геометрия и теория детерминированного хаоса.
Исследования общности и отличий формообразования архитектурных и природных объектов должны содействовать решению проблем органичного взаимодействия архитектуры и природной среды, способствовать созданию гуманизации архитектурно-ландшафтной среды. Путем сопоставления морфогенеза в градостроительстве живой и неживой природе, биологии, кристаллографии, а также принципов самоорганизации на основе фрактальной геометрии, можно найти общие принципы формообразования на микро-, мезо- и макроуровне в градостроительных системах. Исследования общности и отличий формообразования градостроительных и природных объектов должны содействовать решению проблем органичного взаимодействия города и природной среды, способствовать созданию комфортной, гармоничной, экологической и гуманистической архитектуры.
Так, в частности, фракталы как самоподобные множества, описываемые единым законом на всех уровнях организации, могут служить для морфогенеза кинетических градостроительных структур (фрактальные алгоритмы (правила построения) в природе и творчестве человека открыл Бенуа Мандельброт (B. Mandelbrot) [6]. Фрактальные алгоритмы и степенные (логарифмические) закономерности оказались универсальными правилами структурной самоорганизации в пространстве и во времени как в природе, так и в творчестве человека. В неоднократно переизданной и переведенной на многие языки книге "Фрактальная геометрия природы" Мандельброт пишет: "Унаследованная от Евклида геометрия неспособна описать форму облака, горы, морского берега или дерева... Облака - не сферы, горы - не конусы, берега островов - не окружности... Многочисленные реально существующие формы настолько нерегулярны или изломаны, что сложность Природы не только количественно, но и качественно превосходит все то, что допускает геометрия Евклида" [10]. Рассматривая простейший фрактал, можно заметить, что он представляет собой геометрическую фигуру, которая состоит из частей, каждая из которых может быть поделена на новые части, причем каждая новая часть будет представлять уменьшенную копию целого).
В мире природы не существует статических и линейных состояний. Любая форма естественного происхождения является самоподобной, т. е. любая часть целого подобна самому целому и этим обеспечивается его единство. Любой процесс или движение в природе имеет прерывистый (скачкообразный) характер, при котором область разрыва стремится к минимуму, а число разрывов к максимуму. В силу этого человеческий мозг, склонный по своей природе к абстрагированию, видит во всем плавность и непрерывность в связи с влиянием на психологические реакции человека силы Кориолиса. Город как элемент второй (антропогенной природы), - это система, плохо поддающаяся предсказанию, потому постоянно нуждающаяся в ограничениях своего развития.
Исходя из вышесказанного, предлагается воспринимать КПС, основанную на фрактальном методе построения, - углубляющуюся в саму себя. Для создания пространств предлагается использовать аналогичную схему с применением фрактального «каркаса» для распределения объемов и системы хаоса, как возможной «оболочки» для этого каркаса. Также есть мысль относительно того, что мерой для углубления фрактала на каждой итерации (цикле просчёта) должна служить шкала, подобная шкале Модулора (основанная на градостроительных уровнях).
С точки зрения архитектурной бионики постоянство форм и структур биологических систем обеспечивается за счет непрерывного их восстановления. В отличие от технических систем непрерывное функционирование является определяющим условием существования биологических систем. Живая природа имеет дело с динамическими структурами конструктивных систем, которые, в отличие от статических, непрерывно разрушаются и снова восстанавливаются. Это позволяет живым организмам постоянно приспосабливаться, перестраивая свои конструкции в соответствии с изменившимися условиями и находитья в динамическом равновесии. Важными бионическими принципами организации применительно к КПС являются: сетевая, радиальная, линейно-узловая, спиральная организация ( в плоскости и в трехмерном прочтении).
Второй подход к КПС тоже наблюдается в природе, но на этот раз - в «неживой», например, в кристаллографии. Кристаллические системы, в основе изучения которых лежит теория плотных упаковок, могут быть применены для исследования КПС в градостроительстве. Важным свойством кристаллов является форма их элементарной ячейки, симметрия кристалла - сингония. В зависимости от геометрической симметрии (симметрии внешней формы) кристаллы могут быть разбиты на семь кристаллических сингоний: низшая (триклинная, моноклинная, ромбическая), средняя ( тетрагональная, тригональная), высшая (гексагональная, кубическая). Одно из свойств кристаллических систем - полиморфизм кристаллов (от греч. ро1утогрЬо8 - многообразный) - способность некоторых минералов и иных кристаллических веществ существовать при одном и том же химическом составе в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний -полиморфная модификация устойчивой при определённых внешних условиях. Внедрение принципов переструктурирования кристаллических структур важно для организации КПС.
Большинство исследователей структуры и системы города, признавая кинематическую архитектуру (мобильные, сборно-разборные и развивающиеся объекты как динамические градостроительные элементы системы), относились к ней как к несущественной, временной. Однако динамика жизни вносит значительные коррективы в этот установившийся стереотип. Сегодня с потенциалом адаптивности могут проектироваться практически все общественные здания, что связано с динамической концепцией формирования городских комплексов и ансамблей, а также с развитием строительной техники и технологии. В перспективе последующие этапы эволюции КПС могут привести к полному отказу от закрепления зданий за грунт на стационарной основе, а затем и к отказу от опор на временной основе, что впервые оторвет архитектуру от земли, но в хорошем смысле этого выражения.
Общее композиционное решение КПС является производной многих факторов, из которых главнейшими являются градостроительная ситуация, функциональное назначение, их объемно-планировочная организация. Наше время вносит свои коррективы в понятие композиции как средства формирования художественного образа архитектурного объекта и передачи информации.
Еще один важный аспект адаптивности системы - пространственно-территориальное развитие. Конфигурация плана и пространственные размеры КПС во многом определяются архитектурно-градостроительной средой. Динамика жизни предполагает функциональное развитие и соответствующий рост внешних параметров объекта, т. е. территориально-пространственную адаптацию к градостроительной структуре.
Допускаем существование следующих принципов пространственной организации КПС: линейно-полосовой, радиально-концентрический, линейно-узловой, спиральный и сетевой. Наиболее простым является линейно-полосовой. В числе его достоинств - гибкость, приспособляемость к местным условиям, в частности к форме, конфигурации участка, особенностям рельефа, а также возможность разнообразного пространственного решения застройки.
Радиально-концентрический принцип универсален по своим возможностям, в качестве базы он позволяет использовать практически любую геометрическую фигуру - окружность, эллипс, прямоугольник и другие. В соответствии с этим принципом объекты развиваются полосами по радиусам, секторам или в третьем измерении, т. е. по высоте. Развитие отдельных секторов может быть дифференцировано в зависимости от функциональных или композиционных задач, что обеспечивает гибкое развитие всей системы.
Принцип спиральной пространственной организации может осуществляться вокруг точки на плоскости без роста в высоту (горизонтальная плоская спираль) или вокруг оси в высоту без изменения габаритов в плане (вертикальная винтовая спираль). Один из вариантов такой динамики - одновременное скручивание-раскручивание в ширину и высоту. Этот принцип особенно перспективен при осуществлении современных концепций гибкого развития архитектурных объектов.
Сетевой принцип можно считать наиболее прогрессивным, где застройка осуществляется в виде непрерывных структур, сочетающих застроенные и незастроенные пространства в виде сетчатого плетения. Данный принцип позволяет осуществлять развитие во всех направлениях при различных конфигурациях территории и рельефа, обеспечивает интенсивное использование ресурсов территории.
В условиях рыночной экономики действуют земельные кадастры, устанавливающие социальную и экономическую ценность городских земель. В Японии, например, стоимость земли исключительно высока: в крупных городах плата за аренду земли составляет более 80 % эксплуатационных расходов. На нее приходится от 10 до 20 % общей стоимости строительства. Для застройщиков ценность земли не менее важна, чем ценность архитектуры. Наша страна в перспективе идет к аналогичной модели. А значит, не за горами задача коренного пересмотра градостроительной парадигмы Украины.
Выводы. 1. КПС окажутся в числе ведущих. Только они обеспечивают «мгновенную» (за часы) кардинальную, принципиально отличную от предыдущей модель организации среды под любые новые функции, площади и геометрии объемов пространств.
2. Быстро изменяющиеся КПС - едва ли не последний шаг к переходу к новому явлению будущего - живой архитектуре.
3. В основу КПС должны быть положены многовариантный полиморфизм с любым количеством степеней свободы на основе фрактальности, бионичности и кристаллографичности, а также нелинейная открытость, многовекторная иерархичность, самореплицирование, самоорганизация, самообучаемость (от выбора точки разворота структуры до определения подвижных разномасштабных шкал размеров), мгновенная адаптивность под любой вновь проявивший себя или изменившийся внешний и внутренний фактор.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Балакина Л. А. Идеальные архитектурные пространства в Библейских текстах: Райский сад, Стан Израильский, Иерусалим Небесный // Вестник Томского гос. архит.-строит. ун-та. -Казань : Томский гос. архит.-строит. ун-т, 2008. - С. 17 - 26.
2. Барабанов А. А. Семиотика пространства. Екатеринбург : Изд-во УралГАХА «Архитектон», 1997. - 354 с.
3. Велев П. Города будущего / П. Велев. - М. : Стройиздат, 1985. - 160 с.
4. Гайдученя А. А. Динамическая архитектура. - М. : Стройиздат, 1987. - 89 с.
5. Гутнов А. Э., Глазычев В. Л. Мир архитектуры. - М. : Молодая гвардия,1990 - 352 с.
6. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М. : Институт компьютерных исследований. 2002 - 856 с.
7. Сапрыкина Н. А. Мобильное жилище севера. - Л. : Стройиздат, 1986. - С. 38 - 56.
8. Эко Умберто. Отсутствующая структура. Введение в семиологию. - СПб. : ТОО ТК "Петрополис", 1998. - 432 с.
9. Jencks Ch. New science = new architecture. - М. : Стройиздат, 1985. - 137 с.
10. Marie-Ange Brayer: Карты. - http://www.archilab.org/public/2000/catalog/ftca01en.htm
УДК 711.001.86
ИСТОРИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ФОРМИРОВАНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ЖИЛЬЯ
А. О. Сардыкова, асп., асс., В. П. Мироненко, д-р. арх., проф.
Ключевые слова: энергоэффективностъ, народное жилъё, экологически чистые материалы, экостроителъство.
Постановка проблемы. В доиндустриальный период при строительстве дома использовали особенности ландшафта и климата. Жилье возводили из местных материалов. Дом составлял органичное единство с природой, затраты на поддержание его существования были минимальными. В Британии процесс выбора площадки под строительство превращался в ритуал - приглашали друидов. В древних государствах экологические принципы были сформулированы как законы. В античной Греции дом и прилегающий участок не мог быть затенен другим сооружением без согласия владельца.
За последние полтора столетия индустриальная эпоха кардинально изменила характер массового жилья, что не могло соответствующим образом не сказаться на культуре, массовой психологии, социально-экономических отношениях и т. д. Важность этих вопросов при
