Архитектурная бионика

Архитектурная бионика

Введение

Одно из научных направлений, которое оформилось относительно недавно, но уже успело прочно войти в повседневную жизнь, стала бионика. Бионика − это прикладная наука об использовании в технических устройствах и принципах организации различных систем свойств и функций природных объектов. С помощью бионики человечество пытается привнести достижения природы в собственные технические и общественные технологии.

Достигнув определённого потолка в развитии искусственных механизмов, люди для дальнейшего поступательного движения вперёд стремятся позаимствовать те принципы и методы, с помощью которых созданы и функционируют живые организмы.

Неофициальный титул «отца бионика» принадлежит Леонардо да Винчи. Этот великий гений в истории цивилизации первым попытался использовать опыт природы при построении рукотворных машин. Из его чертежей и записей ясно, что при разработке собственного летательного аппарата главная роль им отводилась воспроизведению того же механизма, с помощью которого птицы машут крыльями и создают подъёмную силу. Эти идеи да Винчи были невостребованными вплоть до прошлого столетия, когда под воздействием развития кибернетики учёные обратили пристальное внимание на деятельность так называемых «живых систем» (то есть объектов природы). Окончательно как наука бионика оформилась в 1960 году на симпозиуме учёных в Дайтоне.

На современном этапе выделяют три направления в бионике: биологическое, которое рассматривает процессы внутри биологических систем; теоретическое, занимающееся созданием математических (компьютерных) моделей этих процессов; и техническое, которое отвечает за использование созданных бионических моделей для воплощения в жизнь посредством создания инженерных сооружений или машин. На стыке теоретического и технического направлений бионики находится архитектура.

Пионером использования принципов бионики при сооружении зданий стал великий каталонский архитектор конца XIX − начала XX веков Антонио Гауди. Именно Гауди первым стал не просто привносить в архитектурные сооружения декоративные элементы природы, а придал постройкам характер окружающей среды. Профессиональные архитекторы, ландшафтные дизайнеры и просто ценители прекрасного до сих пор не перестают восхищаться гениальными архитектурными решениями Гауди при сооружении Парка Гуэля: чего стоит только своеобразная колоннада, выполненная в стиле античных портиков, представляющая из себя подобие сросшихся стволов деревьев.

Бионические принципы архитектуры в начале 1920-х годов воспринял и развил Рудольф Штайнер, после чего и началось широкое применение бионики при проектировании зданий и сооружений.

Благодаря развитию научных методов, расширению базы знаний и появлению возможности детального математического моделирования архитекторы прошлого пришли к выводу, что большинство архитектурных принципов и законов, над которыми человечество опытным путём проб и ошибок билось тысячелетиями, находилось у нас под самым носом, в природе. Поэтому главной задачей бионики в архитектуре является поиск в природных биологических системах оптимальных решений возникающих архитектурных задач. Идёт изучение законов формирования и структурообразования живых тканей, конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Кроме того, изучение живой природы помогает архитекторам в создании новых, отвечающим современным требованиям и задачам, строительных материалов.

1. «ЗЕЛЕНАЯ» АРХИТЕКТУРА

Проблема экологии в архитектуре может стать ключевой в ближайшее десятилетие для всей строительной политики.

Свод принципов « зеленой» архитектуры:

. Сохранение энергии.

. Накопление энергии. Еще в ХIХ веке А. Гауди, устраивая световые шахты в многоэтажных домах, вводил в квартиры солнечный свет. В последние годы активно используются для накопления энергии солнечные батареи.

. Сокращение объемов нового строительства, использование старых материалов, реконструкция существующих объектов.

. Контакт с заказчиком, в рамках которого рождается оптимальное решение.

. Уважение месту. Слияние архитектуры с природным окружением (подземные дома, зеленая кровля и т. п.).

. Целостность. Взаимодействие всех перечисленных выше подходов.

В соответствии с принципами «зеленой» (органической) архитектуры каждую форму следует рассматривать как организм, который развивается в соответствии с законом своего собственного существования, особого «ордера» в гармонии со своими функциями и окружением, как растение или другие живые организмы.

Термин «органический» применяется преимущественно в трех значениях. В первом случае «органический» обозначает «следующий природе своего назначения и материалов» (тектоничный). При этом под назначением понимают не только практические, но и духовные потребности людей. Второе и наиболее характерное значение термина «органический» означает «подчиненный условиям природного ландшафта», т.е. климатическим условиям среды и совокупности ее эстетических качеств. Третье значение понятия - следующий природным формам как образцам (бионический). Такую интерпретацию термина необходимо принимать не как использование биологических метафор и натуралистического подхода. Прямое сходство форм противоречит явному различию функций. Ни растительные, ни биологические формы не могут быть образцами для копирования. В то же время нельзя исключать эстетического влияния природных форм на архитектуру: об этом говорит современная практика. Один из главных представителей органической архитектуры Ф. Л. Райт решительно отвергал архитектуру, способную «переехать в любое место». По мнению мастера «… каждое здание, предназначенное для человека, должно быть составной частью ландшафта, его чертой, родственной местности и неотъемлемой от нее. Мы надеемся, что оно останется там, где стоит, на долгое время. Ведь дом - не фургон…». Он постоянно подчеркивал необходимость связи с землей: земля уже имеет форму. Связи построек Ф. Л. Райта с ландшафтом строились также на использовании природных материалов. Поэтому он с огромным уважением относился к историческому опыту. Искусство архитектуры древних, по убеждению архитектора, было основано на применении местных материалов в соответствии с их свойствами. Кроме того, в органичном здании ничто не является законченным само по себе, но является законченным лишь как часть целого. Таким образом, по существу, Райт отвергал классицистический принцип организации целого из законченных по своей структуре элементов. Он отождествлял искусственные формы с человеческим организмом, уподобляя, например, электропроводку нервной системе. Однако на практике архитектурные формы Райта подчиняются собственным, специфическим законам формообразования, не имеющим ничего общего с миром биологических форм.

Безусловно, один из самых значительных представителей органической архитектуры - финский архитектор А. Аалто. Однако он обращается к природным формам не только как к контексту, но и как к образцам структурной организации и связей со средой. Их мастер обнаруживает на системном уровне, где налицо определенное единство всех целостных объектов, как природных, так и созданных человеком. Поэтому его произведения не имеют ничего общего с имитацией природных образцов. Здесь применяются гибкие принципы квазистандартизации, используемые живой природой. На одной из своих лекций в Осло А. Аалто заявил: « ... самым лучшим комитетом по стандартизации является сама природа. Но природа производит свою стандартизацию только на самых малых единицах измерения всего живого - на клетках. В результате работы природы появилось несметное количество живых, изменяемых форм, разнообразие которых не поддается описанию. Архитектура должна подражать неизмеримому богатству постоянно изменяющихся форм мира живой материи...».

Рисунок 1 − Алвар Аалто, Концертный зал «Финляндия» в Хельсинки

В постройках Аалто богато используется дерево.

Основными постройками Аалто являются:

1.   Санаторий в Паймио

2.      Выборгская библиотека

.        Вилла Майре

.        Бейкер-хаус

.        Дворец «Финляндия»

.        Политехнический институт в Отаниеми

Рисунок 2 − Алвар Аалто, чайный столик

Сегодня в Финляндии органическая архитектура представлена творчеством Р. Пиетиля, который не считает себя прямым последователем А. Аалто. Однако его обращение к природе, безусловно, спровоцировано мыслями его идейных предшественников. Пиетил Р. считает, что архитектура должна определяться микрогеографией, климатическими особенностями, материальными ресурсами данной местности. Это, по мнению мастера, делает замысел гуманным.

Рисунок 3 − Р. Пиетил, университетский центр Диполи

В то же время его творчество находится под несомненным влиянием мастеров других направлений, которые разделяли принципы органического развития архитектурных форм. К ним можно отнести, в первую очередь, экспрессионистов Б. Таута и Х. Херинга.

Наиболее важный аспект деятельности Р. Пиетиля связан со взглядом на природу как на определенный контекст. Здания должны стать его продолжением. Такое отношение к природе основано на философии, которую сам мастер называет «экологической семантикой».

Следуя за Ф.Л. Райтом, Р. Пиетил считает, что учет экологических факторов, а также их выражение в архитектурных формах, может привести к исчезновению противоречий между зданиями и природой. С другой стороны, архитектор пытается соединить свои идеи с культурными традициями. Например, он находит необходимым тщательное изучение культурного этнического наследия северных арктических районов Европы и Азии. При этом, правда, не уточняется, что подразумевается под сутью этого наследия. В отличие от А. Аалто, Р. Пиетил рассматривает природу как контекст, делая акцент на структурные особенности и стремясь найти ценности сооружения в связи с эстетическими особенностями места. Он считает, что до сих пор мы строили вопреки природе и теперь, наконец, наступило время строить так, чтобы архитектурные формы становились частью или продолжением природы. Одновременно отвергается и «Модулор» Л. Корбюзье, как концепция постоянных эстетических ценностей.

Для Р. Пиетиля эстетические качества архитектурной формы изменчивы, поскольку они определяются связями с изменчивым характером природной среды. Интеграция может быть решена двумя способами. В первом случае архитектура должна стремиться выразить единство и определенное тождество с природой. При этом тождественностью автор называет согласованность объемов и пространств. Другой способ интеграции, по мнению мастера, основан на том, что архитектура должна оставаться незаметной.

. АРХИТЕКТУРНАЯ БИОНИКА

Архитектурная бионика в недавнем прошлом - осмысление природных форм в строительных конструкциях, новые возможности архитектурного формообразования. Архитектурная бионика сегодня (необионика) - попытка увязать экологические аспекты и высокие технологии с архитектурой.

Первые попытки использовать природные формы в строительстве предпринял А. Гауди, знаменитый испанский архитектор XIX века. Парк Гуэль, или как говорили раньше «природа, застывшая в камне», восхитительная архитектура частных вилл Каса Батло и Каса Мила.

Рисунок 4 − А. Гауди, парк Гуэль

Ничего подобного Европа и весь мир до А. Гауди не видели. Эти шедевры великого мастера дали толчок к развитию архитектуры в бионическом стиле.

В 1921 году подобные идеи нашли отражение в скульптурно-органическом сооружении Гетеанум, созданном по проекту немецкого философа Р. Штайнера.

Рисунок 5 − Р. Штайнер, Всемирный центр Антропософии − Гётеанум

С этого момента зодчие всего мира взяли бионику на «вооружение». Приверженцы бионики считают, что природа создала самые эстетически совершенные, прочные и оптимизированные конструкции. В одном из самых первых предложений немецкого архитектора Р. Дернаха предусматривалось погружение в морскую воду пузырчатых баллонов или мелкоячеистых сетей, играющих роль каркаса, обраставшего колониями микроорганизмов, которые постепенно должны были отвердевать. Эти полые известняковые формы предлагалось использовать для создания плавучих городов. Хилберц В. (США) исследовал возможность того же результата при помощи электричества (аналогия с образованием накипи).

К 100-й годовщине Великой французской революции в Париже была организована всемирная выставка. На территории этой выставки планировалось воздвигнуть башню, которая символизировала бы величие Французской революции и новейшие достижения техники. На конкурс поступило более 700 проектов, лучшим был признан проект инженера-мостовика Александра Г. Эйфеля. В конце ХIХ столетия 300 метровая башня, названная именем своего создателя, поразила весь мир ажурностью и красотой, стала своеобразным символом Парижа. Современные инженеры сделали неожиданное открытие: конструкция Эйфелевой башни в точности повторяет строение большой берцовой кости, легко выдерживающей тяжесть человеческого тела. Совпадают даже углы между несущими поверхностями. В области бионики известны также архитектурные опыты П. Нерви, С. Калатравы и др.

Рисунок 6 − П. Л. Нерви, Собор в Сан-Франциско

Сегодня бионика развивается во многих сферах. Архитектурно- строительная бионика изучает законы формирования, структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов, исследует принципы экономии ими материала, энергии и обеспечения надежности жизнедеятельности. Яркий пример архитектурно- строительной бионики - полная аналогия строения стеблей злаков и некоторых современных высотных сооружений.

Рисунок 7 − С. Калатрава, Павильон Квадраччи

Рисунок 8 − С. Калатрава, Телекоммуникационная башня Монжуик в Барселоне

В последние годы бионика подтверждает, что большинство человеческих изобретений уже « запатентовано» природой. Например, такое новшество ХХ века, как застежки «молния» и «липучки», было разработано на основе изучения строения пера птицы . В данном случае нити пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Известные испанские архитекторы М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 года начали исследования различных динамических структур, а в 1991 году организовали общество поддержки инноваций в архитектуре. Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект вертикального бионического города-башни. Через 15 лет он должен появиться в Шанхае (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн. человек). Город-Башня рассчитан на 100 тысяч чело-век. В основу проекта положен принцип конструкции дерева. Башня будет иметь форму кипариса высотой 1128 метров с обхватом у основания 133 на 100 метров, а в самой широкой точке - 166 на 133 метра. В башне планируется предусмотреть 300 этажей, расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 этажей. Между кварталами - перекрытия стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня − квартала. Внутри кварталов - разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Основой башни должен стать свайный фундамент, построенный по аналогии с корневой системой дерева. Ветровые колебания верхних этажей предполагается свести к минимуму, так как воздух может легко проходить сквозь конструкцию башни. В качестве облицовки будут использованы специальные пластичные материалы, имитирующие пористую поверхность кожи.

В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. х прочные ракушки состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше.

Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает человека? Во-первых, чтобы понять устройство и принцип действия живой системы, смоделировать ее и воплотить в конкретных конструкциях и приборах, нужны универсальные знания. Сегодня, после длительного процесса дробления научных дисциплин, только начинает обозначаться потребность в такой организации знаний, которая позволила бы охватить и объединить их на основе единых всеобщих принципов. Во-вторых, в живой природе постоянство биологических систем поддерживается за счет их непрерывного восстановления, поскольку в данном случае мы имеем дело со структурами, которые непрерывно разрушаются и восстанавливаются. Каждая клетка имеет свой период деления, свой цикл жизни. Во всех живых организмах процессы распада и восстановления компенсируют друг друга, и вся система находится в динамическом равновесии, что дает возможность приспосабливаться, перестраивая свои конструкции в соответствии с изменяющимися условиями. Основным условием существования биологических систем является их непрерывное функционирование. Технические системы, созданные человеком, не имеют внутреннего динамического равновесия процессов распада и восстановления, и в этом смысле они статичны. Тем не менее, на сегодняшний день уже имеется богатый опыт строительства бионических зданий, сооружений и целых городов. Современное воплощение органической архитектуры можно наблюдать в шанхайском «кипарисе», в здании правления NMB Bank (Нидерланды), здании Сиднейской оперы (Австралия), здании Всемирного выставочного комплекса (Монреаль), небоскребе SONY и музее плодов (Япония). Анализ построек позволяет понять, что спектр изучения этого направления расширяется.

Рисунок 9 − Архитектурные утопии (группа « Архигрем»)

Заключение

высотный постройка пиетил стебель

В последнее время политические и общественные деятели говорят о экологических бедах, которые захлестнули практически весь мир. И если ранее разговоры шли, к «общим местам» вроде цунами, тайфунов и ли же засухи, то год от года обсуждения становятся все более конкретными.

Действительно, извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль, разлив нефти в Мексиканском заливе, землетрясение в Японии и многие другие печальные события заставляют задуматься о будущем.

А кто, как ни архитекторы лучше всего воплощают, тенденции времени. Именно поэтому проектировщики и строители сосредоточили внимание на проектах, способных улучшить жизнь людей и состояние природы в недалеком будущем.

Попытка «договориться» с природой, как считают сами архитекторы, это не просто выполнение обычной стандартной работы. Скорее это самый существенный вклад в будущее. То, чем и призван заниматься каждый человек.

Глобальное потепление, а также другие насущные вопросы, вроде засухи и наоборот учащающихся наводнений, стали предметами архитектурного проектирования во всем мире.

Список использованной литературы

1.   Бабицкий А. Бионика в архитектуре [электронный ресурс] / А. Бабицкий. Режим доступа: http://www.luxurynet.ru/architecture/3634.html. Дата обращения: 19.03.2013.

2.      Ильичев В.И. Бионика - синтез биологии и техники [Текст] - М. Наука, 1994. − С. 28-35.

.        Левина Е.К. Архитектура в гармонии с природой [электронный ресурс] / Е.К.Левина, Е.В. Кузьминых. − Режим доступа: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2011/thesis/s232/s232_04.pdf. Дата обращения: 20.03.2013.

.        Леденева Г.Л. Теория архитектурной композиции: курс лекций / Г.Л. Леденева. − Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун- та, 2008. − 80с.

.        Маслов В.Н. Пропорции и конфигурации в природе, архитектуре и дизайне: монография. − Ухта: УГТУ, 2007. − 55с.