CC BY
63
УДК 72.01 КОРОТИЧ А. В.
Новые технологии архитектурного моделирования пространства
В статье изложены некоторые актуальные аспекты пластической организации новых форм современных оболочек с кристаллической структурой, определены основные перспективные направления их развития. Показаны новые способы образования различных видов кристаллических систем, а также новые типы многогранных структур, созданных автором на основе этих способов. Определены композиционные перспективы полученных кристаллических оболочек в различных сферах науки, архитектуры и дизайна.
Ключевые слова: оболочка, многогранник, архитектурная форма, модуль, композиция, пластика, кристаллография.
KOROTICH A. V.
NEW TECHNOLOGIES OF ARCHITECTURAL MODELLING OF THE SPACE
In article are considered some actual aspects of plastic organization of new forms of modern shells with crystalline structure; showed the main perspective directions/trends of their development. Showed some new methods of creation of different types of crystalline shells; also showed some new types of polyhedral structures created by author on the base of these methods. Showed compositional perspectives of created crystalline shells in different spheres of science, architecture and design.
Keywords: shell, polyhedron, architectural form, module, composition, plastics, crystallography.
Коротич Андрей Владимирович
доктор архитектуры, член-корреспондент РААСН, Заслуженный изобретатель РФ, зав. лабораторией Филиала ФГБУ «ЦНИИП Минстроя России» УралНИИпроект
e-mail: avk57@uniip.ru
Направления эффективного практического использования плотнейших упаковок пространства в архитектуре и дизайне очень разнообразны: от модульных структур орбитальных космических комплексов до жилых крупноблочных поселений (в том числе военных) в труднодоступных районах, от многоэтажного жилья со специфической объемно-планировочной структурой до кристаллографических фасадов современных имиджевых небоскребов, от малых архитектурных форм до развивающих сборных конструкторов и учебных пособий в школах и университетах на занятиях по геометрии и композиционному конструированию. (Говорить о колоссальной значимости данной фундаментальной научной проблематики в сферах химии, физики твердого тела, кристаллографии и микробиологии совершенно излишне!) Сегодня известны лишь некоторые научные труды [1, 2], обозначающие давно известные типы выпуклых кристаллических ячеек плотнейшего/сплошного заполнения трехмерного пространства: поиск однотипных модулей является исключительно сложной научной, экспериментальной и изобретательской задачей, и каждый шаг вперед здесь квалифицируется как крупное научное открытие мирового уровня.
Вместе с тем многолетние авторские исследования показывают: возможности структурирования пространства однотипными модулями заполнения оказываются гораздо шире вследствие открывающихся перспектив эффективного использования невыпуклых многогранных типо-элементов. Настоящее исследование посвящено
раскрытию новых конкретных методик/технологий структурирования трехмерного пространства объемными модулями с невыпуклой многогранной структурой. Данные технологии, модули и результирующие структуры разработаны автором.
Общая методика. Плотнейшее/сплошное заполнение трехмерного пространства осуществляется модулями, полученными путем модифицирования исходных выпуклых многогранников сферического типа как наиболее эффективных для этой цели. Такие многогранники заключают наибольший внутренний полезный объем при минимальной площади поверхности и при этом имеют регулярную/симметричную структуру, образованную правильными, равносторонними или одинаковыми многоугольными гранями.
В качестве исходных выпуклых многогранников выбраны известные усеченный октаэдр, ромбокубооктаэдр, ромбоусеченный кубооктаэдр (Иллюстрации 1, а; 3, б). Предложены их выпуклые модификации, разработанные автором (Иллюстрации 2, а; 3, а, в-г; 4, а). Они и являются наиболее подходящими для целей плотнейшего заполнения трехмерного пространства. Дискретное плотнейшее/сплошное заполнение пространства осуществляется путем стыковки однотипных модулей таким образом, что их центры располагаются в узлах регулярных сетей с четырехугольными или треугольными ячейками, задающих общую компоновочную схему стыковки, а также направления развития формы в пространстве. В этой связи следует отметить, что многогранники типа додекаэдра, икосаэдра, а также ромбоико-сододекаэдра, т. е. имеющие симметрию пятого
порядка, не могут быть выбраны в качестве исходных, так как бесконечной непрерывной регулярной сети развития формы из примыкающих друг к другу одинаковых правильных пятиугольных ячеек принципиально не существует.
Многогранные модули заполнения. Образование новых типов многогранных модулей плотнейшего заполнения трехмерного пространства осуществляется путем присоединения к граням выбранных исходных выпуклых многогранников призматических или пирамидальных приставных деталей (например, Иллюстрация 1, б-ж). Разумеется, наиболее рациональными формами модулей могут считаться те, которые имеют самое компактное очертание с минимальными по размерам приставными деталями (например, Иллюстрации 1, б; 2, б; 4, б). Основные разновидности невыпуклых составных многогранных модулей, разработанные автором и приведенные в статье, могут быть дополнены также иной комбинаторикой примыкания приставных деталей или их подразделения на равные части в различных вариантах, в том числе разреза по диагонали.
Образование бесконечной структуры сплошного заполнения пространства. Одинаковые многогранные модули заполняют трехмерное пространство кристаллическими слоями (Иллюстрация 1, з), вплотную уложенными друг на друга. Примыкающие друг к другу смежные кристаллические слои смещены относительно друг друга; таким образом, многогранные модули смежных слоев расположены в шахматном порядке относительно друг друга (центры модулей одного кристаллического слоя проецируются между соседними модулями смежного кристаллического слоя). Модули в каждом кристаллическом слое состыкованы по четырехугольной (Иллюстрации 1, и-л; 2, е-з; 4, з-к) или триангуляционной (Иллюстрация 2, и) схемам с образованием решетчатой или сплошной бесконечной многогранной плоскостной структуры, имеющей регулярное построение.
Каждая группа однородных многогранных модулей, представленных в статье, образует один из семи принципиальных типов объемной кристаллической структуры плотнейшего/сплошного заполнения пространства (Иллюстрации 1, з-л; 2, е-и; 4, з). При этом несущественные различия родственных вариантов объемных структур какого-либо типа при использовании каждой разновидности многогранных модулей соответствующей группы заключаются лишь в индивидуальной пространственной компоновке приставных призматических или пирамидальных деталей.
Эксперименты позволили установить важный факт: многогранные модули сохраняют способность плотней-шим образом заполнять пространство при их синхронной деформации (сжатии-растяжении) вдоль оси или нескольких осей. Данная способность к деформации присуща также и всей мультиячеистой структуре в целом (например, синхронная деформация структуры из модулей формы усеченного октаэдра не отражается на ее комбинаторных качествах: Иллюстрации 4, и-к). Можно сделать вывод: изменение пропорций модуля заполнения никак на влияет на его способность образовывать плотноупакованные трехмерные структуры. (В связи с этим необходимо отметить, что в большинстве архитектурных композиций и структурных построений пропорции формы являются наименее значимой ее характеристикой, занимающей последнее место в общем ряду ее композиционных и комбинаторных качеств. Также очевидно, что наиболее значимыми качествами любой формы являются ее конфигуративные, топологические и ритмические свойства, определяющие очертание контура и поверхностей составляющих форму элементов, а также их взаимосвязь и общую структурную регулярность взаимного расположения.)
Каждый из известных науке многогранных модулей плотнейшего заполнения пространства может быть по-
следовательно подразделен по плоскостям зеркальной симметрии на равные и уменьшающиеся части. Пределом этого подразделения в каждом конкретном случае будет определенный асимметричный многогранный элемент, не способный к дальнейшему делению на одинаковые объемные фигуры. Это и есть тот минимальный пространственный «кирпичик» — атом, из которого и создается все многообразие кристаллических структур Вселенной, включая живую/органическую материю, а также рукотворные произведения архитектуры и дизайна. Исследованию этих «кирпичиков» будут посвящены дальнейшие работы автора в сфере кристаллографической архитектуры пространства.
Заключение
Занимаясь фундаментальными проблемами новейших технологий морфогенеза совместно с выдающимися российскими и зарубежными учеными-химиками, физиками, биологами, кристаллографами, автор пришел к выводу: принципиальные схемы и механизмы трехмерного струк-турообразования объектов живой природы и искусственной среды, создаваемой нами, в целом аналогичны.
Однако существует и глубокое различие. Если человек стремится к воспроизведению абсолютно идентичных модулей в создаваемых им структурах, руководствуясь принципами экономической целесообразности и технологической рациональности, то Природа гораздо изобретательнее нас: она никогда не оперирует идентичными модулями в процессе структурирования пространства, а предпочитает использовать подобные однородные элементы с вариабельной геометрией. При всем желании мы никогда не встретим в пчелином улье двух абсолютно идентичных по геометрии ячеек-сот, хотя все они достаточно сильно похожи друг на друга. То же самое можно сказать, например, о лучах морской звезды, крыльях бабочки и стрекозы, створках раковины и друзе кристаллов, сетчатой структуре скелета морского ежа и радиолярии.
Естественная среда, явно обозначая нам закономерности абсолютной, идеальной симметрии и модульной идентичности, тем самым подталкивая человека к их научному постижению, при этом сама никогда не пользуется ими в своих построениях. Мы не обнаружим в природе идеальных по форме правильных многогранников Платона или полуправильных многогранников Архимеда: абсолютно симметричные правильные многогранные структуры — это абстрактное творение человеческого разума и рук ювелира. В полной мере данное различие характерно также для фрактальных и торсионных структур, созданных Природой и человеком.
Своеобразие, индивидуальность каждой детали в визуально регулярной целостной структуре — именно это характерно для всех биоформ, именно это исключает угнетающую монотонность многократно повторяющихся однотипных модулей и формирует мощнейший художественно выразительный потенциал Природы-творца, с которым человек никогда не сравнится в разнообразии и богатстве формотворчества. Ведь Природа может себе позволить роскошь быть оригинальной в каждой детали, а человек — нет. Поэтому взаимодействие технологий природного и искусственного морфогенеза — это, возможно, тот идеальный путь, по которому человечество будет развиваться в полной гармонии с Природой, частью которой оно само является.
Список использованной литературы
1 Галиулин Р. В. Кристаллографическая геометрия. М. :
Наука, 1984. 136 с.
2 Гольцева Р. И. Методика формообразования многогранных моделей. Ч. 1. Многогранники/под общ. ред.
В. Н. Гамаюнова. М. : Изд. МИСИ им. В. В. Куйбышева,
1983. 48 с.
Иллюстрация 3. Многогранные модули плотнейшего заполнения пространства (типы 3-6). Автор Коротич А. В. Права автора защищены.
Тип 3
Исходный многогранник-ромбокубоок-таэдр
Тип 4
Тип 5
Тип 6
Тип 7
Иллюстрация 4. Многогранные модули плотнейшего заполнения пространства (тип 7), а также результирующая мульти-ячеистая структура на их основе (тип 7). Синхронная деформация мультияче-истой структуры из модулей формы усеченного октаэдра. Автор Коротич А. В. Права автора защищены.
