CC BY
25Н. А. Сапрыкина 10.24412/cl-35672-2022-1-0027
N. A. Saprykina
Организация безопасного пространства жизнедеятельности в агрессивных климатических зонах: альтернативные подходы Organization of a safe space of life activities in aggressive climatic zones: alternative approaches
Ключевые слова: альтернативные подходы, экстремальные условия, климатические зоны, безопасность обитания, технические инновации, информационные технологии.
Keywords: alternative approaches, extreme conditions, climatic zones, habitat safety, technical innovations, information technologies.
Аннотация: В статье рассматриваются особенности формирования архитектурных объектов и их строительства в экстремальных условиях обитания в контексте инновационных парадигм. Отмечается, что в этих условиях актуальным является выявление альтернативных подходов к решению данной проблемы, основанных на нетрадиционных решениях архитектурных объектов и систем их жизнеобеспечения при использовании инновационных технологий. Выявлены некоторые особенности организации безопасного пространства жизнедеятельности в агрессивных холодных северных и жарких климатических зонах, а также в районах с возможностью извержения вулканов.
Abstract. The features of the formation of architectural objects and their construction in extreme living conditions in the context of innovative paradigms are considered. It is noted that in these conditions, it is urgent to identify alternative approaches to solving this problem based on methods of searching for new, including non-traditional, solutions to architectural objects and their life support systems using innovative technologies. Some features of the organization of a safe living space in aggressive cold northern and hot climatic zones, as well as in areas with the possibility of volcanic eruptions, have been identified.
Формирование пространства жизнедеятельности в экстремальных условиях связано с жизненной необходимостью создания комфортной среды обитания. Диапазон неблагоприятных для человека условий за последнее время значительно расширился, и распространяется как на Земле (захватив и привычную городскую среду), так и в космосе. Острота проблемы состоит в необходимости пересмотра привычных средств архитектуры и использования достижений других областей науки и техники, ставших возможными благодаря последним разработкам в области инновационных технологий [1]. Поэтому цель статьи - выявление концепций формирования безопасного пространства жизнедеятельности в агрессивных климатических зонах. Анализ прецедентов позволит определить отдельные стратегические изменения и альтернативные подходы к его формированию в рассматриваемых условиях, а также уточнить актуальные направления исследований по этой проблеме.
Классификация экстремальных условий в зависимости от параметров среды обитания
В связи с недостаточным изучением ситуаций, связанных с экстремальными условиями, возникает необходимость уточнения уже известных в данной области данных и введения новых прогнозируемых ситуаций, что позволит совершенствовать их научную классификацию [2]. Экстремальные условия являются частью всей природной среды, неблагоприятные параметры которой обуславливают классификацию экстремальных условий как: природные, антропогенные и специфические [4].
Природные экстремальные условия в соответствии с их физическими свойствами проявляются в клима-
тических зонах, природных средах и при возникновении природных стихий. При экстремальных ситуациях в природных условиях предусматривается изначально заложенный способ защиты от соответствующей опасности, и решение проблемы направлено на ликвидацию предсказуемого и уже произошедшего бедствия.
Антропогенные экстремальные условия определяются следующими свойствами: физическими (критически обусловленные антропогенные среды) и социальными (коммуникативно, политически и экономически обусловленные антропогенные среды). Экстремальность условий этой группы заключается в отдаленной непредсказуемой перспективе развития соответствующих событий и в их глобальном характере.
Специфические экстремальные условия в зависимости от характера ситуации и в соответствии с ее свойствами проявляются в связи с критическими, глобальными и периодическими изменениями параметров среды обитания. Они отличаются отсутствием прямой взаимосвязи между способом защиты от экстремальных условий и типом соответствующей опасности.
В существующих исследованиях на первый план выводится безопасность человека, которая возникает не только в нестандартных природных условиях, но и в ситуации обычной городской обстановки, несоответствующей допустимым нормам воздушной среды, физиолого-медицинским нормам обитания или переполненностью информацией [3].
Для решения проблемы создания безопасного пространства жизнедеятельности в агрессивных климатических зонах необходимо использование альтернативного подхода, связанного со спецификой проектирования, возведения и функционирования объектов в данных
условиях. Это потребует учета мероприятий, связанных с существенным пересмотром нормирования в зависимости от экстремальной ситуации. Необходимо отметить, что для экстремальных условий природного происхождения и техногенного характера архитектурные объекты подлежат нормированию, а для антропогенных экологических и технических ситуаций нормы практически не регламентированы [12].
Экстремальные условия благодаря своей специфичности вызывают необходимость выявления особенностей формирования пространства жизнедеятельности конкретно для определенных климатических зон.
Строительство в северных климатических зонах: архитектура высоких широт
Основной задачей строительства в таких условиях является защита человека от агрессивных условий, создание безопасной среды обитания и условий эксплуатации обитаемых объектов. Но не меньшее значение приобретает решение проблемы сохранения природной среды в арктических условиях с использованием высокотехнологичных инновационных концепций.
В этом смысле проект ледяной плотины Ice Dam Skyscraper (авторы Чже Мин Джо, Геонук Юн, Парк Кёнджун, Хобин Бэ, Чжеон Ким, Веонкён Чо, Ганхуи Ли; 2019 г., Южная Корея) решает задачу экологии по сохранению ледников, которые тают в результате глобального потепления, и предлагает структуру, предотвращающую их таяние. Она увеличивает плотность льда в тающих ледниках в виде ледяной плотины, вмещающей самовоспроизводящийся структурный модуль под названием «ледяной шар». Он является тектоническим элементом и может расширяться горизонтально и вертикально, что усиливает замерзание ледников и формирует пространственную строительную структуру, где талая вода может храниться и замерзать для образования льда.
Конструктивная система плотины поддерживается на горизонтальном искусственном основании и создает висячее внутреннее пространство, представляющее собой усиленную ледниковую структуру, жесткость которой обеспечивается за счет поэтапного процесса замерзания воды внутри. Создается уникальная искусственная атмосфера в естественном пространстве для исследования и наблюдения за ледниками или даже для сдачи в аренду для организации низкотемпературных хранилищ (таких, как например банк семян) [9].
Альтернативную тенденцию, основанную на создании динамического равновесия человека и природы в Арктике, иллюстрирует проект Multifunctional Complex in Dikson Harbor (авторы Николай Зайцев, Елизавета Лопатина; 2015 г., Россия). Этот проект основан на полной трансформации существующего разрушенного города-порта с целью создания отдельного высотного «горизонтального небоскреба», несущего в себе все функции портового города, с возможностью его расширения для развития транспортной инфраструктуры Северного морского пути.
Предлагается многофункциональный комплекс, способный создать комфортные условия работы и проживания, где жилые и общественные зоны оснащены большими зелеными зонами отдыха (для этого в проекте используется естественное и искусственное освещение). Предлагается переход от дефицитных ископаемых видов топлива к более экологически чистым источникам энергии ветряных и приливных электростанций. Для обеспечения комплекса достаточным количеством доступной пресной воды предполагается использование опреснительных установок и сбор дождевой воды. В этом случае, по мнению авторов, проект станет началом комплексного освоения Арктики [7].
Другой проблемой при формировании обитаемого пространства в северных экстремальных зонах является использование промышленных объектов после завершения производственных циклов существования предприятия. Предложенный проект арктического небоскреба Northern Anticline: Arctic Skyscraper-City (авторы Бо Шэн Лю, Джон Рэнкин, Брайан Дейли; 2018 г., США) решает эти проблемы в качестве объекта, расположенного в арктической бухте, которая уже была посещаемым районом для летнего пребывания. В связи с потенциальной легкостью доступа по Северо-Западному морскому проходу к шахте Нансивик (Nansivik) по транспортным и туристическим маршрутам для развития региона создается фиктивный рудник с использованием в качестве прецедента этого горнодобывающего предприятия. Концепция проекта - это зарождающееся вторжение на север людей, которые приносят с собой современные социальные идеи и ценности. Создавая эти материальные и дизайнерские решения, авторы ссылаются на поэтапное программное освоение региона, чтобы предвидеть изменения, которые могут произойти в будущем [10].
Строительство в экстремальных жарких климатических зонах
Одной из самых серьезных экологических проблем в засушливых районах является деградация экосистем пустынь в результате изменений климата и деятельности человека. Миллионы гектаров когда-то продуктивных земель ежегодно теряются из-за опустынивания. Это приводит к отсутствию продовольственной безопасности, что, в свою очередь, может привести к конфликтам, миграции и неизбежной утрате биоразнообразия.
Предложение плавающего в воздухе города Floating Egyptian City (авторы Тао Циян, Ван Кун, Чэнь Жуйхуа, Сунь Юньцзюань; 2019 г., Китай) заключается в организации объекта в форме перевернутой пирамиды, обеспечивающей внутреннее производство, проживание и транспортировку по воздуху. По мнению авторов, это не только здание, но и культура, и национальный символ. Перемещаясь над пустыней, структура имеет возможность для сбора и производства воды из облаков. В то же время внутренняя часть здания собирает и производит источники воды, хранит и накапливает ее в искусственных озерах и эффективно взаимодейству-
ет с пустынной землей. Авторы надеются, что в будущем благодаря развитию технологий концепция оазиса в пустыне будет реализована и постепенно улучшит ее состояние [8].
Предложение OASIS^2030: Desertification Restoration Protective Membrane (авторы Хан-Ю Лай, Вэй-Цюнь Цай, Чун-И Йе; 2022 г., Тайвань) направлено на предотвращение прямого контакта между песком и пылью в пустыне с посадочными площадками путем их защиты от песчаных бурь специальной башенной структурой. Вода хранится в центре башни и с помощью воздушного фильтра-преобразователя равномерно распределяется по земле, управляясь из центрального диспетчерского пункта наверху башни. Поскольку пустынные районы имеют нестабильный климат и отличаются резкими изменениями окружающей среды, башенный комплекс меняется в зависимости от различных климатических условий. Система фильтрации воздуха и воды, по мнению авторов, принесет наибольшую пользу для достижения цели восстановления окружающей среды [11].
Примером защиты против песчаных бурь, отступления зелени, наступления песка и формирования опустошенных ландшафтов является проект Cure For Desertification Skyscraper (авторы В. Ван, Ч. Чен, М. Сун, С. Сюн, К. Фан; 2022 г., Китай). Предлагается построить вертикальный небоскреб как «лекарство от опустынивания» из легкой пространственной структуры с зелеными насаждениями, чтобы защититься от ветра и песка и создать относительно оптимальную среду обитания для укрытия в выращенном лесу [5].
Рассмотренные примеры свидетельствуют о том, что при создании среды жизнедеятельности в жарких засушливых экстремальных условиях целесообразно использовать инновационные технологии, позволяющие создавать комплексы инженерного обеспечения с замкнутой автономной биосистемой.
Строительство в районах с возможностью извержения вулканов
В районах с сейсмической активностью особенности выполнения строительных работ определяются метеорологическими и геофизическими условиями. Проблема, связанная со случайными извержениями вулканов, вызывает массу трагических ситуаций и сопровождается большим количеством выделенной энергии.
Альтернативным направлением решения проблемы при извержении вулкана является использование его энергии. Это иллюстрирует концепция предлагаемого проекта Volcanic Tower (авторы Чуньян Ли, Шуай Ян, Чжэньган Чжао, Руиз Сяо, Юэцин Ван; 2018 г.; Китай). Получение энергии через скважину магмы состоит из следующих моментов. Прежде всего, глубина скважины магмы должна достигать пяти километров, что требует специальных технологий. Во-вторых, в процессе получения энергии выделяются диоксид углерода, диоксид серы и другие газы, поэтому объект использует зеленые растения, такие как водоросли, способные поглощать углекислый газ и другие газы. Третий момент - для сохранения большей энергии от изверже-
ний вулканов объект использует энергетические аккумуляторные блоки.
Для обеспечения баланса в давлении газа, применяется специально разработанная структурная биопленка, позволяющая обменивать воздух внутри и снаружи объекта. При ситуации, когда все мембранные структуры заполнены газом, воздух задувается в середину биопленки, это обеспечивает ему способность распространяться по всему объекту. При наличии определенного количества вулканической энергии ее можно регулировать [13].
Сюда же можно отнести проект концепции использования чистой энергии активных вулканов. В связи с этим предлагается структура Volcan Electric Mask (авторы Ц. Хао, Ч. Чжан, С. Чэнь, Ц. Хань и Ш. Чжоу; 2013 г., Китай), которая представляет собой конструкцию в виде гигантского купола, перекрывающего пространство над вулканом. Это позволяет защитить окружающую среду от выброса в атмосферу пепла и других продуктов извержения вулкана, которые после их сбора под куполом используются в промышленных целях.
Вулканическое тепло используется для выработки тепловой и электрической энергии, а собранный углекислый газ применяется для создания сухого льда. В структуре предусмотрены устройства для выработки электричества из пара, который образуется после вступления собранной дождевой воды в контакт с лавой, что может стать источником возобновляемой энергии. Помимо защиты от извержений близлежащего города в комплексе созданы условия во время спокойного режима вулкана для осмотра туристами достопримечательностей
на специально организованных площадках купола [6].
***
Приемы формирования пространства жизнедеятельности в экстремальных условиях в агрессивных климатических зонах рассмотрены на примерах строительства в северных климатических зонах, в экстремальных жарких климатических зонах и в районах с возможностью извержения вулканов. Рассмотренные проекты не подпадают под общую типологию и под сложившиеся стереотипы проектирования и могут существовать только на данной территории с особенными характеристиками среды. Это связано с нестандартностью с точки зрения проектирования архитектурного объекта, что предусматривает изменения его функционального и конструктивного решения в зависимости от сложившейся ситуации.
Оптимизация искусственной жилой среды как альтернативной экосистемы для экстремальных условий обитания потребует использования для обеспечения безопасности существования технологических инноваций, что позволяет выявить современные тенденции развития и перспективные подходы к формированию архитектурного пространства в агрессивных климатических зонах.
Список цитируемой литературы:
1. Архитектура и градостроительство в условиях экстремальных природных и техногенных воздействий / Под ред.
Г. В. Есаулова. - Санкт-Петербург : Нестор-История, 2012. -266 с.
2. Галеев, С. А. Адаптация архитектурных систем к экстремальным условиям среды / С. А. Галеев // APRIORI. Серия: Естественные и технические науки. - 2015. - № 4. - URL: http:// www.apriori-journal.ru/index.php/journal-estesvennienauki/ id/769 (дата обращения: 03.05.2022).
3. Каримуллин, Т. А. Безопасный город в экстремальном мире. Постановка проблемы. Модель / Т. А. Каримуллин, Г. Н. Айдарова // Известия КазГАСУ - 2011. - № 2 (16). - С. 26-29. - URL: http://izvestija.kgasu.ru/files/2_2011/26_37_Karimullin_Aidarova. pdf. (дата обращения: 03.05.2022).
4. Сапрыкина, Н. А. Моделирование жилой среды для экстремальных условий как ресурс безопасности обитания / Н. А. Сапрыкина // Architecture and Modern Information Technologies. - 2019. - № 4 (49). - С. 139-168. - URL: https://marhi.ru/ AMIT/2019/4kvart19/PDF/10_saprykina.pdf (дата обращения: 03.05.2022).
5. Cure For Desertification Skyscraper // evolo. - May 2 -2022. - URL: https://www.evolo.us/cure-for-desertification-skyscraper/#more-37725 (date of access: 03.05.2022)
6. Del Sol, D. Volcano Skyscraper Harnesses Clean Energy from Active Volcanoes / Danielle Del Sol // evolo. - March 12. - 2013. - URL: http://www.evolo.us/competition/volcano-skyscraper-harnesses-clean-energy-from-active-volcanoes/ (date of access: 03.05.2022).
7. Exploring Arctic: Multifunctional Complex in Dikson Harbor // evolo. - March 26 - 2015. - URL: https://www.evolo.us/exploring-arctic-multifunctional-complex-in-dikson-harbor/ (date of access: 03.05.2022).
8. Floating Egyptian City // evolo. - April 29 - 2019. - URL: http:// www.evolo.us/floating-egyptian-city/#more-36493 (date of access: 03.05.2022).
9. Ice Dam Skyscraper // evolo. - April 29 - 2019. - URL: http:// www.evolo.us/ice-dam-skyscraper/#more-36412 (date of access: 03.05.2022).
10. Northern Anticline: Arctic Skyscraper-City // evolo. - April 16 -2018. - URL: http://www.evolo.us/northern-anticline-arctic-sky-scraper-city/#more-36141 (date of access: 03.05.2022).
11. 0ASIS-/-E2030: Desertification Restoration Protective Membrane// evolo. - May 2 - 2022. - URL: https://www.evolo.us/oasis-ae2030-desertification-restoration-protective-membrane/#more-37668 (date of access: 03.05.2022).
12. Saprykina, N. A. Formation of architectural objects for extreme habitat conditions in the context of innovative paradigms / N. A. Saprykina // International Scientific and Practical Conference Engineering Systems - 2019. I0P Conf. Series: Materials Science and Engineering 675 (2019) 012017 (1-11) IOP Publishing. - URL: doi:10.1088/1757-899X/675/1/012017 (date of access: 03.05.2022)
13. Volcanic Tower // evolo. - April 16 - 2018. - URL: http://www. evolo.us/volcanic-tower/#more-36034 (date of access: 03.05.2022).
К. Б. Байдакова, Д. Л. Валентинова, Н. Чаплик 10.24412/cl-35672-2022-1-0028
K. B. Baidakova, D. L. Valentinova, N. Chaplik
Городская экосистема как взаимодействие пространственных структур Urban ecosystem as an interaction of spatial structures
Ключевые слова: система энергоснабжения города, функциональная переориентация территории, агроурбанизм, исторические оборонительные сооружения, децентрализация городских функций.
Keywords: city energy supply system, functional reorientation of the territory, agro-urbanism, historical fortifications, decentralization of city.
Аннотация: В статье предложен взгляд на город как экосистему, в которой антропогенная компонента выступает не в роли антагониста, а в качестве полноправного ее элемента. Пространственное выражение структур энергетического, агропромышленного и исторического слоя современного города, их взаимодействие и актуализация их значения являются основой исследования, цель которого - гармонизация городского пространства.
Abstract: in the article, the city is considered as an ecosystem in which the anthropogenic component does not act as an antagonist, but as a full-fledged element of it. Spatial expression of the structures of the energy, agro-industrial and historical layer of the modern city; their interaction and the actualization of their meaning are the basis of the study, the purpose of which is the harmonization of urban space.
Пространственная структура города представляет собой единый организм, состоящий из множества подсистем, имеющих пространственное выражение. В область исследований, как правило, входят основные элементы городского пространства - селитьба, промышленные территории, общественные центры, а также транспортная инфраструктура города. Энергетическая инфраструктура города, под которой понимается сеть энер-госнабжающих узлов и соединяющих их линейных объектов, также является важнейшим элементом городской структуры и имеет определенные пространственные характеристики.
Определяющие изменения внедрялись в повседневную жизнь горожан во время преодоления экономи-
ческих и энергетических вызовов. В XXI веке одной из глобальных задач является переход от традиционных способов организации энергетических систем к новым технологиям на базе децентрализации систем энергоснабжения. Эти процессы, помимо повышения энергетической эффективности, оказывают влияние на морфологию города и его ткань. Масштаб этого влияния зависит от типов районов и плотности размещения потребителей энергии на рассматриваемой территории и от предшествующих способов организации градостроительной структуры.
Начало индустриального века повлекло за собой необходимость обеспечения заводов и фабрик электричеством. Изобретение электрических ламп экстенсивно
