Новые типы зданий для научных инновационных центров Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Новые типы зданий для научных инновационных центров. Л.Б.Кологривова

С 2000 года ЦНИИПромзданий занимается проблемой развития инновационных центров1 на базе наукоградов, что связано с необходимостью возрождения отечественной промышленности. Так, для возрождения промышленности Москвы наряду с созданием территориально-отраслевых образований на бросовых землях окраин с последующим переносом туда промышленных предприятий разрабатывался более приемлемый вариант - создание инновационных центров на базе реконструируемых наукоградов Подмосковья, промышленность которых основана на использовании наукоемких технологий.

Основой для создания наукоградов была система специализированных отраслевых научных комплексов, связанных главным образом с исследованиями военно-промышленного комплекса. Специализированные научные комплексы, которые имели в своем составе специальные лаборатории, сооружения со сложным оборудованием, опытное производство, испытательные полигоны, занимали обширные территории. Кроме того, там необходимо было соблюдать отраслевые требования, в частности, по защите от вибрации и запыленности крупных городов.

В настоящее время основная задача состоит в поддержке наукоградов как точек роста, как очагов инновационной деятельности и экономического развития областей. Концентрация наукоградов и их интеллектуальный и научно-технический потенциал в Московской области таковы, что область может обеспечивать инновационные процессы всей российской экономики. Даже в очень отдаленных от столицы наукоградах сферы жилья, здравоохранения, образования, культуры, досуга, хорошо развитые в свое время, теперь могли бы положить начало становлению инновационных центров.

Существует ряд необходимых критериев для оценки организации инновационных центров. Например, расположение большого технопарка должно удовлетворять требованиям потенциальных клиентских фирм в аспекте их функционирования, развития контактов, привлекательности для инвесторов.

Специфика научного инновационного центра требует приезда научных работников и стажеров. Элементами инфраструктуры здесь могут быть существующие гостиницы и жилые районы, но более предпочтительны здания гостиничного типа с бытовым обслуживанием. Потребность в контактах определяет появление зданий общественно-научного назначения с крупными конференц-залами, аудиториями. Необходимы также научно-технические и информационные комплексы с хранилищами, оборудованными современными поисковыми системами. При создании условий для научной и деловой активности следует предусматривать мероприятия по организации досуга, разработку зон отдыха и строительство спортивных сооружений.

1 Инновационный центр - новое градостроительное образование со специализированной инфраструктурой, назначение которого направлено на сотрудничество и кооперацию между исследователями и промышленностью, содействие развитию инновационной деятельности в регионе, ускорение его экономического развития.

Принципы решения архитектурно-планировочной композиции научного инновационного центра зависят от размеров и перспективы его развития; условий размещения (структура города или свободная территория вне его пределов); морфологии и климатической характеристики участка строительства; состава и специализации исследовательских работ, санитарных и специальных требований к размещению центра и входящих в него комплексов зданий и сооружений; условий транспортных связей внутри центра, между центром и городом. Архитектурно-планировочное решение современного инновационного центра определяется разнообразием состава, объемов, этажности, типов зданий, а также развитой системой инфраструктуры и открытых озелененных пространств.

В основу создаваемого пространства научных инновационных центров должна быть положена гибкая модульная система, предполагающая унификацию архитектурно-строительных, инженерно-технических и технологических решений на всех уровнях и с учетом специфики ряда отраслей.

Основные принципы проектирования в инновационных центрах зданий опытного производства - гибкость и универсальность объемно-планировочных решений комплексов, возможность их пространственной трансформации и роста. В связи с быстро меняющимися технологиями наукоемких отраслей необходимо предусмотреть: возможность расширения производственных зданий, изменение размеров пролетов и высоты помещений, мобильность в использовании пространства.

Возможность использования общих методов и средств исследования привели к интеграции наук. Это обусловливает планировочную и коммуникационную гибкость рабочего пространства при организации научных инновационных центров. Повсеместное использование информационных технологий, преимущественное развитие микропромышленности, возможности проведения исследования и эксперимента в виртуальном режиме привели к сглаживанию функциональной специфики и обобщению требований к организации пространства для высокотехнологичных исследований в различных отраслях науки и производства, что в какой-то степени предопределяет межотраслевой характер инновационных центров.

На базе прогрессивной организации инновационной деятельности возникают новые архитектурные формы. В центрах кроме научно-производственных развиваются информационные, выставочные, рекреационные, спортивные, развлекательные комплексы. В состав комплексов включаются здания краткосрочной аренды коллективами научных исследований, опытного производства, новых направлений в бизнесе (индустриальные и научные отели, инкубаторы бизнеса). Это будут, как правило, очень экономичные, энергосберегающие здания с универсальным пространством и гибкими архитектурно-строительными и инженерно-техническими решениями.

Организация инновационных центров обусловила необходимость появления новых типов зданий:

• зданий интегрированного размещения научных исследований и опытного наукоемкого производства;

• технических отелей с помещениями «на вырост» для размещения опытного производства нескольких фирм, сформированных в инкубаторе, или международных наукоемких фирм;

• многоофисных зданий инкубаторов бизнеса с набором услуг коллективного пользования для новых фирм;

• унифицированных микромодулей из элементов заводского изготовления для малых предприятий инфраструктуры;

• многофункциональных зданий домов науки с крупными аудиториями, конференц-залами, помещениями для работы в связи с потребностью специалистов инновационных центров в деловых контактах;

• научно-технических и информационных центров с научными библиотеками и хранилищами, оборудованными поисковыми системами;

• многофункциональных зданий спортивно-игровых комплексов для отдыха специалистов;

• зданий гостиничного назначения с полным бытовым обслуживанием для молодых кадров и стажеров.

При формировании архитектуры зданий инновационных центров было необходимо руководствоваться следующим:

• выполнением экологических требований (безотход-ность и малоотходность технологий, энергосбережение, ресурсосбережение, в том числе земли);

• пространственным единством искусственной среды и природного окружения;

• организацией комфортного микроклимата с помощью инновационных средств инженерно-технического обеспечения как разумного дополнения к их естественной организации;

• эстетического воплощения сути высоких технологий в авангардистские решения с большим архитектурным потенциалом.

Создаваемые научные инновационные центры рассчитаны на размещение и развитие наукоемких производств (приборостроение, электроника, фармацевтика, радиотехника и пр.), которые одновременно являются и самыми энергоемкими. В соответствии с разработанной в ЦНИИПромзданий концепцией, формирование новых типов энергоэффективных производственных, общественных и жилых зданий основывается на системном подходе к зданию как к единой энергетической системе. Оно определяет решение проблемы энергосбережения как совокупность энергосберегающих объемно-планировочных и конструктивных решений с эффективными решениями инженерного обеспечения при оптимальном стоимостном балансе между затратами на теплозащиту здания и затратами на эксплуатацию инженерных систем.

Энергосберегающими архитектурно-строительными решениями были приняты:

- форма архитектурного объема (разработана методика определения влияния формы здания на величинутеплопо-терь через его внешнюю оболочку);

- планировочные приемы организации теплозащитных зон, отделяющих помещения от наружного светопрозрачного ограждения и аккумулирующих теплопоступления солнечной радиации. Это остекленные коридоры вдоль наружного ограждения в производственных зданиях, зимние сады и атриумы в общественных зданиях, остекленные лоджии в жилых зданиях;

- планировочный прием центрального расположения инженерных систем при больших энергетических нагрузках в производственных зданиях, приближение их к потребителю;

- эффективная теплоизоляция ограждающих конструкций или аккумулирование тепла внутренними стенами, све-топрозрачными конструкциями;

- использование нетрадиционных источников энергии (солнечных коллекторов, тепла земли для отопления и охлаждения зданий и пр.);

- максимальное использование естественных освещения и вентиляции из комплекса экологических требований и одновременно для экономии электрической энергии и снижения нагрузки в системах кондиционирования.

Разработана методика определения энергосбережения светопрозрачных ограждений с учетом их теплотехнических и светотехнических характеристик.

Энергоэффективные здания - продукт совместного творчества архитекторов, конструкторов и инженеров. Основным направлением используемых инновационных решений систем инженерно-технического обеспечения микроклимата является применение технических решений оборудования и управления режимами их работы, позволяющих устранить или сократить избыточный нагрев, охлаждение и вентилирование обслуживаемых помещений. Разработанные решения эффективной локальной вентиляции с очисткой и повторным использованием удаляемого воздуха, а также системы вытесняющей вентиляции и системы с переменным расходом воздуха хорошо компонуются в предлагаемых энергоэффективных производственных и общественных зданиях научных инновационных центров. В то же время использование инновационных средств инженерно-технического обеспечения должно быть, по возможности, разумным дополнением к использованию естественной организации микроклимата внутри здания.

В рамках федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» в научно-исследовательской работе «Концепция формирования новых типов энергосберегающих зданий» (2004) и в проектно-эксперимен-тальных разработках 2002-2007 годов на концептуальном уровне был разработан типологический ряд экспериментальных энергоэффективных производственных, общественных и жилых зданий центрической композиции с перспективными архитектурно-строительными и инженерно-техническими решениями для научных инновационных центров.

20 3 2009

I. Производственные энергоэффективные здания для энергоемких производств.

• Многофункциональные многоуровневые здания со спиралевидными перекрытиями, обеспечивающими мобильность внутреннего пространства, в т.ч. для размещения высокотехнологичных автоматизированных линий. Конструктивная система - каркасная, с включением ядер жесткости из монолитного железобетона. Здания могут использоваться в качестве технического отеля для интегрированного размещения опытного производства, научно-технических исследований и деловой деятельности.

• Многоэтажные здания опытного производства с центральным размещением стеллажного автоматизированного склада и инженерных служб и с пандусной консольной галереей по периметру здания (рис. 1). Конструктивная схема - стальной каркас с опирани-ем на ядро.

Разработанная ОАО ЦНИИПромзданий система производственных зданий межотраслевого применения включает взаимоувязанные объемно-планировочные, конструктивные и инженерно-технические решения, которые в комплексе обеспечивают размещение и функционирование высоких технологий с учетом их изменения и развития, а также энергоэффективность зданий. В основе разработок лежит анализ прогноза развития наукоемких технологий и тенденций их использования, в том числе возрастающей энергоемкости за счет роста уровня автоматизации и эксплуатации систем инженерного обеспечения.Разработанные производственные здания имеют отличительную осо-

бенность объемно-планировочного решения, в основе которого заложено спиральное (по вертикали) размещение производства вокруг центрально расположенного блока инженерного обеспечения. Это решение делает здания компактными, с минимальной в условиях дефицита отчуждаемой территории площадью застройки. Расширение производства планируется по вертикали. Энергоэффективность зданий системы обусловлена их компактностью, центральным расположением инженерных служб по отношению к производству и наикратчайшими расстояниями к нему, минимальной площадью наружного ограждения, а также инженерно-техническими решениями, позволяющими перераспределять энергетику по производственным участкам в зависимости от потребности.

На всех этапах выполнения работа по созданию зданий нового поколения получила высокую оценку. Об этом свидетельствуют, в частности, два патента РФ по зданиям - представителям этой системы зданий. Практическая реализация результатов работы осуществлена при проектировании завода «Рекорд» в Александрове (корпус сборки телевизоров, незавершенное строительство) и в проекте электромехани-

Рис. 1. Энергоэффективное многоэтажное производственное здание с центральным размещением стеллажного автоматизированного склада и инженерно-технических служб, с пандусной консольной галереей по периметру здания

Рис. 2. Энергоэффективное многоэтажное здание фармацевтического производства с выносом из объема здания складов готовой продукции

ческого ремонтного завода в Москве (корпус производства и ремонта электродвигателей).2

Разработаны на концептуальном уровне многоэтажные здания фармацевтического производства, предназначенные для размещения инновационной технологии с обеспечением высокого качества продукта на всех этапах технологического цикла, а не только на завершающей стадии.

2 Авторы проектов архитекторы - Л.Б.Кологривова, А.Н.Бурмист-рова, В.Н.Козихин, Э.Ж.Элгуджян; конструкторы - Г.Я.Эстрин, А.М.Мань-кин, Ф.Л.Шехтер, Р.Е.Колодина; инженерные системы - М.Пончек, Е.О.Шилькрот, В.А.Курников.

• Многоэтажное здание фармацевтического производства с центральным расположением инженерно-технических служб и выносом из объема здания складов готовой продукции (рис. 2).

Объемное решение здания - треугольная призма с закругленными углами, стоящая на трех мощных опорах, переходящих над покрытием в цилиндрические объемы складов. Покрытие - пологая сферическая панель-оболочка, окаймленная по контуру жестким кольцом, достаточно прочным для защиты от больших нагрузок снега и обледенения. Конструктивная схема предусматривает вертикальное развитие здания.

Рис. 3. Энергоэффективное многофункциональное здание спортивного комплекса с развитой лечебно-оздоровительной группой помещений: а - перспектива; б - интерьер

22 3 2009

• Здание фармацевтического производства с гибкими архитектурно-строительными и инженерно-техническими решениями, сокращающими время и средства на строительство, многократное изменение технологии, на техническое перевооружение за счет использования взаимозаменяемых модульных технологических контейнеров.

II. Общественные энергоэффективные здания инфраструктуры научных инновационных центров.

• Многофункциональное здание спортивного комплекса с развитой лечебно-оздоровительной группой помещений (рис. 3 а, б).

Архитектурное решение призвано вписать комплекс в окружающий ландшафт. Сооружение состоит из единой сти-лобатной части и одного установленного на нее обтекаемого объема, придающего комплексу визуальную прозрачность. Объемно-планировочное решение комплекса относится к предложенному в концепции новому типу энергосберегающего здания (полузаглубленная «линза» с верхним естественным освещением), предназначенного для спорта и оздоровления.

Основная композиционная идея объемно-планировочного решения заключается в интеграции спортивного и коммерческого блоков в одном объеме с размещением универсального спортивного зала и его инфраструктуры под оболочкой диаметром 72 м и расположением помещений коммерческого блока в цокольном этаже со своими входами. Это придает зданию целостность, подчеркивает масштаб крупного сооружения и является энергосберегающим решением (оптимальная форма объема, сокращающая наружное ограждение, использование тепла земли). По предварительным расчетам экономия энергии только за счет объемно-планировочного решения составит 25%.3

Практическая реализация результатов научной работы была осуществлена в Москве при строительстве спортивного комплекса «Динамо» на Гребном канале в Крылатском.

• Универсальное полузаглубленное здание в форме линзы, покрытое пологой оболочкой и светопроз-

рачным куполом в центре. Здание используется для спортивных залов, учебных аудиторий и других общественных функций инфраструктуры научных инновационных центров.

Энергосберегающие решения таких зданий включают:

- минимальную площадь наружного ограждения за счет формы объема и заглубления здания;

- планировочное решение с «буферными - теплозащитными» зонами;

- рациональное использование в объеме здания естественного освещения за счет повышения эффективности размещения светопроемов.

III. Жилые энергоэффективные здания.

• Здание гостиничного назначения со ствольно-кон-сольной конструктивной системой и блок-комплектами помещений заводской готовности для быстро-возводимого временного жилища в инновационных центрах (рис. 4).

• Многоэтажное жилое здание с гибкой планировочной системой этажей и квартир (рис. 5).

Жилые площади многоэтажного здания удовлетворяют потребностям людей разного социального достатка. Это достижимо за счет выбора объемно-планировочной и конструктивной системы здания, обеспечивающей возможность гибких планировочных решений. Такие решения позволяют выполнять перепланировку как в самой квартире, так и на этаже в целом. Позволяют не проектировать отдельные зда-

3 Автор архитектурной концепции многоэтажного здания фармацевтического производства и многофункционального здания спортивного комплекса - О.В.Ковтун.

Рис. 4. Здание гостиничного назначения со ствольно-консольной конструктивной системой и блок-комплектами помещений заводской готовности для быстровозводимого временного жилища

ния для элитного и малоимущего населения, а создавать универсальную объемно-планировочную и инженерно-техническую схему с гибкими взаимозаменяемыми или дополняемыми архитектурно-строительными и инженерно-техническими решениями, используемыми по мере возрастания благосостояния проживающих.4

Энергосберегающими архитектурно-строительными решениями многоэтажного жилого здания являются:

- эллипсо-цилиндрическая форма здания, обусловливающая сокращение наружного ограждения;

- «глубинная» планировка квартир, сократившая площадь наружных стен в квартире;

- дополнительное светопрозрачное ограждение лоджий; организующее «буферные» теплозащитные зоны.

В результате комплексного подхода к рациональным, с точки зрения энергетических затрат, объемно-планировочным, конструктивным решениям и решениям систем инженерного обеспечения микроклимата зданий инновационных центров удалось достичь значительной экономии энергии. Установлено, что за счет совершенствования формы здания и планировочного решения - до 25%, за счет использования эффективных ограждающих конструкций - до 15% и совершенствования инженерно-технических систем - свыше 60%. В то же время совершенствование объемно-планировочных решений - это единственный вид безрасходных мероприятий, обеспечивающий экономное расходование не только энергетических, но и всех других видов ресурсов: финансовых, трудовых, материальных и прочих.

4 Автор архитектурной концепции - С.А.Молодкин

Архитектура представленных зданий имеет авангардистскую направленность, которая прослеживается в следующем:

• принципах энергосбережения и эффективного использования материалов в архитектурно-строительных и инженерно-технических решениях;

• экологическом подходе к освоению подземного пространства при организации производственных и общественных функций, складских зон, транспортных коммуникаций и пр., что позволяет повысить эффективность использования территорий;

• социальном аспекте представленных разработок -поиске пространственных форм, благоприятных для развития различных видов деятельности в обществе;

• концепции архитектурного пространства, воспринимаемого в динамике;

• интеграции рационального начала формообразования и иррационализма эстетической интерпретации, что обусловливает новые отношения между техникой и архитектурной формой.

New Types of Buildings for Scientific Innovative Centres.

By L.B.Kologrivova.

On the basis of research and generalization innovative activities in industry and construction are designed for scientific innovation centers typological series ofpilot production, public and residential buildings. Energy-efficient buildings, centric compositions with promising architectural and building solutions avant-garde direction are developed.

Рис. 5. Энергоэффективное жилое здание с гибкой планировочной системой этажей и квартир. Общий вид и план этажа

24 3 2009