10652

60

динамика формы существует во всех живых организмах: в растительных формах существует определенный порядок и цикличность трансформации от семечка к цветению, затем к фрукту, чтобы снова стать семечком - концепция, центральная для создания органической архитектуры. Следуя этому принципу связанности в архитектуре появляются структуры, основанные на биологических аналогиях, таких как узел, эмбрион, петля. Связанность – это термин, используемый для того, чтобы описать наши состояния ментального и механического функционирования, и природных контекстов, а также диаграмма органической формы. Использование биологических аналогий особенно характерно для виртуальной архитектуры. Электронные системы, технологии связи, компьютеры и сети формируют центральную нервную систему архитектурного тела. Дав этой нервной системе органы чувств (сенсоры), руки и ноги (активаторы) и мозг (компьютер), мы сможем активировать пространство. Интерактивное пространство – это среда, которая взаимодействует с людьми, находящимися внутри. Такие пространства чувствуют действия людей и реагируют в различных проявлениях: слуховом, визуальном, кинетическом и т. д. Интерактивное пространство – это комбинация реального пространства и реальных объектов с виртуальными (генерированными компьютером) изображениями или полностью компьютерные модели в виртуальной среде.

Продолжительность и интеграцию можно считать третьим принципом органической архитектуры. Он проявляется при включении множественных программ в эластичные и гибкие оболочки. Оболочка и наполнение совместно образуют несущее – способную конструктивную систему. В архитектуре этот принцип оболочки может быть представлен в разном контексте и различных масштабах, но нас интересуют объекты, включающие множество функций. Они выстраиваются в зависимости от направлений движения потоков людей, раздуваясь или, наоборот, сходя на нет, вмещая и гибко охватывая хаотично размещенные функции, которые в этом масштабе

61

как раз являются наполнителем, на любое изменение действующих сил реагируя изменением своей формы.

Четвертым принципом современной органической архитектуры являются экологичность и эргономичность. Представленные методы проектирования приведут к появлению пластичных объектов, способных к изменению с течением времени, или в ответ на воздействие. В современном органическом подходе характерно применение и использование свойств не только осязаемых материалов, но также включение в целостную программу таких «имматериалов», как свет, звук и запах. Границы из света, звука, запаха и тактильных поверхностей вовлекают людей в импровизированный диалог, во время которого они трансформируют, «запускают» пространство.

Известный принцип «форма и функция едины» осуществляется за счет создания целостности путем согласования объекта с ландшафтом.

Установлено, что перспективным направлением развития конструкций зданий является использование принципов устройства живых систем при создании новых конструкционных материалов и форм, новых принципов функционирования зданий. Наибольший объем исследований самого разнообразного круга вопросов архитектурной, градостроительной и строительной бионики был выполнен в Институте легких конструкций Штуттгартского технического университета. Этим институтом до недавнего времени руководил выдающийся конструктор и архитектор Ф. Отто.

Архитектурно-строительная бионика тесно связана с архитектурно- строительной экологией. Она позволяет выявить оптимальные, выработанные самой природой за многовековой период решения и использовать их в архитектуре и строительстве.

В круг исследований архитектурной, строительной бионики входит множество вопросов: генеральные планы мест расселения; форма и красота природных конструкций; основные принципы строения природных конструкций; конструктивные системы в природе и их использование в архитектуре и строительстве (сжатые, растянутые и изгибаемые элементы,

62

фундаменты, оболочки, структуры, мембраны, сетки, строение покровных тканей в природе; пассивные и активные природные материалы; биоморфность искусственных сооружений; органичная связь с ландшафтом; процедура роста природных конструкций и их разложения после выполнения функций; механизмы передвижения и разработки грунта и др.

Сопоставление природных принципов устройства и функционирования живых организмов и их сообществ с принципами, используемыми в строительстве, открывает весьма эффективные направления в совершенствовании строительства — от использования природных материалов до установления взаимоотношений сооружений с природой.

Далеко не все природные принципы могут быть использованы в строительстве и архитектуре, но развитие материалов и архитектурных форм позволяет надеяться на расширение этого процесса.

Применение в строительстве таких принципов, как гомеостаз, метаболизм, обратная связь и реакция на изменение внешних воздействий, саморазвитие и разложение после завершения срока жизни и ряда других, даст возможность в будущем достичь экологического равновесия технологическими средствами, использованием очень высоких технологий (метаболический дом; биотическое место расселения, создающее условия для существования разнообразных живых организмов в построенных человеком зданиях и сооружениях; «умные» здания и сооружения с системами датчиков

иобратной связи, реагирующие на изменения внешних воздействий и создающие благоприятную среду вне и внутри здания, повышающие качество жизни; саморастущие по программе объекты; саморазрушающиеся

иразлагающиеся после истечения срока эксплуатации здания и сооружения и др.).

На основе принципов бионики (размещение материала по направлениям главных усилий, разветвление, гексагональность природных изгибаемых элементов — листьев, стеблей, костей) разработаны конструкции

сжатых (колонны), изгибаемых (балки и плиты), растянутых,

63

пространственных (оболочки, мембраны), ограждающих (стены) элементов, фундаментов.

Наиболее полно природа проявила себя в создании пространственных конструкций. Изучение строения природных форм (раковина, череп, оболочка яйца и др.) показывает необычайную проработанность конструкций, функциональную обусловленность. Им присущи восприятие распределенных нагрузок, перекрытие (торможение) трещин в целях недопущения разрушения ценного для организма материала (например, мозга), минимизация расхода материалов. Особой бионической конструкцией являются фундаменты, имеющие в живой природе многочисленные аналоги. Природные «фундаменты» чаще всего представляют собой структурные конструкции (корни), оболочки и мембраны (опорная часть ног животных и птиц). Поэтому весьма эффективно использование в строительстве корневых или корневидных свай, структурных фундаментов, оболочек и мембран. Фундаменты в форме пространственных конструкций — это новое материалосберегающее направление в современном фундаментостроении.

Сравнительно мало еще изучены природные конструкции ограждающих систем, защищающих живые организмы от внешних воздействий и выполняющих ряд дополнительных функций (размещение датчиков и др.). Строение «стен» живых организмов необычайно сложно и разнообразно, так как через них живые организмы обмениваются с окружающей средой энергией, информацией, веществами. Покровные ткани растений содержат наружные оболочки клеток, устьица для дыхания, воздушные полости и клетки. На основе природных решений предложены некоторые конструкции ограждений с дополнительной функцией вентиляции внутренней среды зданий через «устьица». Круг этих разработок может быть расширен, если создать стены с биоподобным покрытием (подобным коре деревьев субстратом для обитания мелких насекомых), устьицами и

64

клапанами для вентиляции, системой датчиков для автоматического реагирования на изменения погоды и состояние внутреннего воздуха.

Комплексные природоподобные конструкции, в которых сочетаются «активные» и «пассивные» материалы, наиболее перспективны. Оболочки из «пассивных» материалов должны воспринимать постоянные нагрузки, а конструкции из «активных» материалов — временные и динамические нагрузки. Они должны также придавать всему сооружению необходимую (любую заданную) жесткость.

Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.

Немало замечательных сооружений в далеком прошлом человек создал, копируя архитектурные формы растительного мира. Всмотритесь в легкие африканские постройки, и вы увидите в них очертания ульев; древневосточные пагоды напоминают стройные ели с тяжело висящими ветками; мраморная колонна Парфенона – олицетворение стройного ствола дерева; колонна египетского храма подобна стеблю лотоса; готическая архитектура – воплощение в бесстрастном камне конструктивной логики, гармонии и целесообразности живого.

Вспомните знаменитые Кижи. Их купола напоминают луковицы. Церковь в Филях, как живой организм, уменьшается с высотой, развивается от центра к периферии. Вся она как бы трепещет, все в ней тонко и гармонично. Храм Василия Блаженного – тот же главный ствол, от которого кверху и в сторону идет разветвление и размельчение форм.

65

Рис.2.47. Церковь Преображения Господня. 1714г. Кижи

Рис.2.48. Церковь Покрова в Филях. 1692-1693гг

Однако необходимо еще раз подчеркнуть, что древнее строительное искусство было подобно организации живой природы лишь по форме. У природы зодчие учились гармоничности пропорций, логичному распределению объемов здания, подчинению второстепенного главному, верному сочетанию размеров деталей, конструктивной правде, но они не

66

знали главного – законов формообразования, секретов самоконструирования живого.

Внутренняя организация живого, конструктивная сторона листа, стебля злака и ствола дерева стали объектом исследования ученых более поздних времен. Эти исследования и заложили основу архитектурной бионики.

Яркий пример шубной архитектурной бионики – полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. Их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб.

Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей – кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы, в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже.

Среди множества спроектированных и построенных сегодня на различных природных принципах архитектурных объектов не может не вызывать интерес грандиозный по замыслу проект бионического «сверхвысотного» вертикального города-башни в Шанхае, созданный испанскими архитекторами, супругами Розой Сервера и Хавьером Пиозом.

Рис.2.49. Небоскреб. Башня в Шанхае

67

По словам испанских архитекторов, «идеология» бионической башни

– это не нагромождение высотных зданий и этажей, это город в башне (в монолитном цилиндре которого как бы вмещается сложная асимметричная структура), уже получивший у специалистов наименование –– новая Вавилонская башня.

Существует несколько направлений в архитектурной бионике: Конусообразные конструкции, Конструкции с предварительным напряжением, Оболочки, Конструкции, имеющие вид спирали, Сетчатые, решетчатые и ребристые конструкции.

Конусообразные конструкции.

В живой природе функция и форма тесно взаимосвязаны. Образование механических тканей живых организмов связано с интенсивностью роста и влиянием многих внешних факторов. Поэтому для конструктивной формы, например, стволов и стеблей растений характерно распределение строительного материала по линиям максимальных напряжений. Опорные элементы организма обладают значительной частью его массы.

Одной из опорных форм в природе является конус. Он присутствует в конструктивном построении крон и стволов деревьев, стеблей и соцветий, грибов, раковин и пр. Среди конусообразных форм природы встречаются два типа.

Первый тип предназначен для обеспечения устойчивости. Он выражается в форме статичного конуса, или конуса гравитации (конус основанием вниз). Это оптимальная форма для восприятия ветровых нагрузок и действия сил тяжести. Ее легко заметить в кроне или стволе ели (рис.2.40), в шляпке или ножке белого гриба, сморчка обыкновенного, у гриба зонтика.

Второй тип соответствует началу развития, которое выражается в форме динамического конуса, или конуса роста (конус основанием вверх). Примерами конуса роста являются гриб бокальчик(рис.2.40), гриб лисичка, слоевища некоторых видов лишайника кладонии.

68

Но чаще в природе проявляется взаимодействие двух конусов. На основании комбинаций двух одинаковых или разных по своему началу конусов возникают различные формообразования. Примером являются кроны многих деревьев, которые внизу начинают развиваться по принципу конуса роста, а заканчиваются по принципу конуса гравитационного – вершиной вверх.

Рис.2.50. Конусообразные конструкции: 1 – гриб зонтик острочешуйчатый; 2 – лишайник кладония красноплодная; 3 – раковина моллюска конуса; 4 – ель; 5 –

Останкинская телебашня (основание); 6 – схема взаимодействия конусов разных типов

Архитекторы в своем творчестве нередко используют принцип конуса. Так, в конструкции Останкинской телебашни (рис.2.50) отчетливо виден конус гравитации. Принцип конуса роста лежит в основе построения водонапорной башни в Алжире.

Не менее интересный сюрприз преподнес инженерам и пухонос – растение из семейства осоковых. Оказывается, одно из самых последних

69

достижений инженерной мысли – высотная фабричная дымовая труба удивительно сходна по конструкции со стеблем пухоноса: обе конструкции полые, склеренхимные тяжи стебля пухоноса, так же как и продольная арматура, располагаются по его периферии. Вдоль стенок обеих конструкций находятся овальные вертикальные пустоты. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы, в стебле пухоноса играет тонкая кожица.

Рис.2.51. Строение пухоноса и устройство фабричной трубы

Ярким примером взаимодействия двух конусов является конструкция водонапорной башни известного русского архитектора В. Шухова (рис.2.52).

Такое удивительное сходство конструктивных решений инженеров и природы в случае с Эйфелевой башней и фабричной дымовой трубой на первый взгляд может показаться чистой случайностью. Однако это не случайность. Так, основная функция фабричной трубы, как известно, состоит в создании тяги, необходимой для нормального протекания процессов горения и в отведении вредных газов (дыма) в высокие слои атмосферы. Это обусловило значительные вертикальные размеры ствола трубы. Высота же стебля пухоноса определяется постоянной потребностью растения в энергии солнца. Труба и пухонос находятся под воздействием однотипных статических и динамических нагрузок: собственного веса, ветра, бури и т. д. Однотипность внешних механических воздействий, потребность в вертикальности и обусловили их конструктивное сходство. Решения человека и природы оказались едиными.