4.5 Геометрическая модель как средство выбора приоритетных факторов внешней среды, учитываемых в процессе проектирования объектов эко-архитектуры

Даниелян А.Е. (КНУСА, г. Киев, Украина)

В статье рассмотрены несколько наиболее наглядных примеров объектов эко-архитектуры. Изложены основные проблемы, с которыми сталкивается архитектор в процессе геометрического моделирования эко-объекта, а также предложен алгоритм принятия решений и решения задач в процессе проектирования. Для этого автором предложена геометрическая модель, с помощью которой, введя числовые значения параметров внешней среды, архитектор может получить техническое задание на проектирование.

The article considers some of the most interesting examples of objects of eco-architecture. There are outlined the main challenges faced by the architect in the geometric modeling of the eco-object. The author gives the algorithm of decision making and problem solving in the design process. For this purpose the author offers a geometric model, which helps the architect to receive technical specification for design by administering the numerical values ​​of the parameters of the environment.

Актуальность проблемы экологии и охраны окружающей среды втечение последнего десятилетия растет в геометрической прогрессии, затрагивая все сферы человеческой деятельности от легкой промышленности до строительства и архитектуры. Проблемы глобального потепления, изменения экосистемы планеты, исчерпания природных ресурсов сегодня пытаются решить ученые всех областей науки и техники во всех странах мира. Развитие технологий, стремление к использованию возобновляемых природных ресурсов, снижению негативного влияния жизнедеятельности человека на окружающую среду способствовало развитию актуального на сегодняшний день стиля в архитектуре и строительстве - эко-архитектуры.

Как любое новое направление эко-архитектура развивается хаотично. Архитекторы и дизайнеры разрабатывают новые концепции и проекты будущего независимо друг о друга, часто не зная, что предложенные ими принципы уже были изложены кем-то другим.

Статья Чарльза Дженкса "новая парадигма в архитектуре" 2003 г., в которой архитектурный критик рассматривает и описывает тех архитекторов, которые начали становление нового направления в архитектуре, четко иллюстрирует, что использование эко-принципов фрагментарно, противоречиво. Так, например Райт, используя природные материалы и вписывая свои строения в ландшафт становиться родоначальником эко-стиля, однако такая архитектура не может быть актуальна в наше время, т.к. рост городов диктует нам свои условия по застройке. Поэтому одним из основателей нового направления современной архитектуры можно считать британского архитектора малазийского происхождения Кена Янга, который признавая, что небоскреб - анти-экологичен по своей сути, тем не менее не верит в возможность какой-либо альтернативы и еще с 1970-х годов начинает разрабатывать ряд экологически дружественных небоскребов, работающих на альтернативных источниках энергии с максимальным использованием природных ресурсов.

Сегодня архитекторов призывают к созданию концептуальных проектов будущего, инженеры и исследователи бьются над разработкой новых технологий, которые бы удовлетворяли новые потребности человечества. Во многих странах мира уже приняты стандарты сертификации объектов архитектуры и строительства, однако они учитывают только энергоэффективность зданий и степень загрязнения окружающей среды. Формообразование и разработка концепций комплексного подхода к проектированию эко-объектов не рассматриваются.

Учитывая отсутствие теоретической базы для проектирования объектов эко-архитектуры, в стремлении выработки системы принятия решений для создания максимально экологически дружественного объекта в конкретной среде, были проанализированы различные примеры объектов эко-архитектуры за последние несколько десятилетий.

Ранее в статьях 1, 2 были сформулированы и изложены особенности реализации принципов экологичности в проектах эко-архитектуры, сформу-лированы основные понятия и систематизированы структурные уровни эко-объектов, концепции функционирования объектов, средства реализации этих принципов, очерчена система взаимосвязей уровней структуры жизненного цикла эко-объекта, обозначены принципы реализации методов формообразования в концепциях эко-архитектуры. В статье 4 были сформулированы, очерчены и систематизированы факторы, которые учитываются при разработке геометрической модели объектов эко-архитектуры.

В процессе анализа объекты архитектуры были систематизированы по основным характеристикам: идея и цель создания объекта (творческая концепция авторов проекта), формообразующая концепция, использованные конструкции (описание конструктивной структуры, основных конструктивных элементов), типология здания, технологическое оснащение здания, использованный геометрический принцип 2, геометрические средства, факторы внешней среды, влияющие на геометрию здания 4, концепция функционирования здания 1.

Ниже представлены таблицы с характеристиками нескольких наиболее интересных объектов эко-архитектуры разных авторских коллективов из разных стран.

Пример №1. Проект группы архитекторов из Индонезии, представленный на конкурсе в 2010 году и занявший второе место – «Водоочистной небоскреб в Джакарте». Целью авторов было создание большого комплекса водоочистных небоскребов в Джакарте - городе, славящемся своими 13-ю реками, которые на сегодняшний день находятся на грани экологического бедствия.

	Идея / цель создания проекта По вертикальным насосам вода из рек поднимается в небоскреб, где проходит очистку через фильтры, а также растительный слой, затем насыщается необходимыми минералами и возвращается обратно в реки. Также к сооружению подведены системы городской канализации, воды которой после первой очистки попадают в здание и используются для орошения зеленых насаждений открытых зеленых террас сооружения.
	Формообразующая концепция Здание задумано как система вертикальных насосов и водоочистных систем, которые одновременно несут конструктивную нагрузку.
	Конструкции Система вертикальных и наклонных ядер жесткости, связанных между собой горизонтальными объемами по верхним этажам.
	Типология Полифункциональное здание
	Технологическое оснащение Ветровые электрогенераторы; гелиосистемы; водные фильтры различного принципа действия для очистки воды в несколько этапов; в качестве вертикальных коммуникаций – пневматические капсулы, которые могут иметь не только вертикальную ось движения.
	Геометрический принцип Оптимизация геометрии
	Геометрические средства Учет физических факторов среды, технологических требований и использование геометрического прототипа.
	Факторы влияния на геометрию Типологические требования; инженерные требования; технологические требования; расчет конструктивной системы; использование систем очистки воды, использование ветровых электрогенераторов, использование гелиосистем; озеленения открытых пространств, использование систем рециркуляции
	Концепция функционирования здания Максимальная открытость сооружения. Экологизация среды. (Очистка рек Джакарты, а также фильтрация системы городской канализации).

Пример №2. Проект группы польских архитекторов, представленный на конкурсе 2010 года – «Небоскреб – очиститель воды». Это, пожалуй, самый наглядный пример геометрического моделирования с учетом физических факторов среды и технологических требований.

	Идея/ цель Создание здания, которое благодаря своей геометрической форме и использованным системам сбора воды полностью обеспечит себя водой (в том числе питьевой).
	Формообразующая концепция Кровля и внешние поверхности здания предназначены для максимального сбора воды и обеспечения инсоляции внутри здания.
	Конструкции Центральное ядро жесткости, на которое навешены плоскости этажей.
	Типология Жилье, офисы
	Технологическое оснащение Поверхность фасадов оснащена желобами для сбора воды, кровля выполнена в виде накопительного резервуара. Центральное ядро здания являет собой ряд очистительных фильтров для собранной воды. В подземном уровне расположен резервуар чистой воды, которая оттуда разводится по всему зданию.
	Геометрический принцип Оптимизация геометрии
	Геометрические средства Физическое формообразование. (С заданием параметров физических факторов среды).
	Факторы влияния на геометрию Сбор и очистка дождевой воды; технологические требования; сбор конденсата; обеспечение требований инсоляции; обеспечение полного гидрологического цикла; биопрототип в процессе функционирования (растения также получают воду из воздуха и подпитываются дождевой водой).
	Концепция функционирования здания Замкнутое здание. Создание универсального здания, которое может быть установлено и адаптировано в условиях любого города с существенными нормами годовых осадков.

Пример №3. Проект архитекторов из Южной Кореи, представленный на конкурсе в 2009 году – «Городской ингалятор».

	Идея/ цель Создание воздухоочистительного небоскреба для наиболее загрязненных городов мира.
	Формообразующая концепция Вертикальный нелинейный «Хребет» с навешенными пластинами этажей, смещенными радиально для обеспечения максимальной инсоляции.
	Конструкции Вертикальное ядро жесткости, на которое навешены модули этажей. Пластины этажей смещены радиально для обеспечения максимальной инсоляции и сбора дождевой воды. Площадь пятна этажей уменьшается по мере возрастания высотности, подобно строению сосновой шишки.
	Типология Многофункциональное универсальное здание.
	Технологическое оснащение Разные фильтры очистки воздуха, расположенные в центральном вертикальном ядре. Зеленые насаждения открытых горизонтальных плоскостей – вертикальный сад – «фабрика кислорода» для города.
	Геометрический принцип Оптимизация геометрии. Бионика. Биотек – взаиморасположение этажей по принципу строения сосновой шишки.
	Геометрические средства Плоскопараллельный перенос плоскостей вдоль спиральной направляющей с уменьшением площадей поэтажных модулей с заданным коэффициентом.
	Факторы влияния на геометрию Использование воздухоочистительных систем; обеспечение оптимальной инсоляции; озеленение открытых пространств; расчет конструктивной системы; учет технологических требований; учет инженерных требований; биопрототип.
	Концепция функционирования здания Максимальное взаимодействие со средой – экологизация. Универсальное здание, которое может быть адаптировано в условиях любого города со схожими физическими факторами среды.

Пример №4. Проект от группы китайский архитекторов, занявший второе место на конкурсе 2012 года – «Горный пластырь» (Mountain Band-Aid ).

	Идея/ цель Идея проекта заключается в восстановлении экологии провинции Юньнань на юге Китая и возвращении горной народности Хмонг на свои этнические земли. Проект представляет из себя двухслойный небоскреб, буквально встроенный в гору. Визуально – это воспроизведение села народности Хмонг с целью возродить естественный для этой этнической группы образ жизни. Предполагается, что люди будут заниматься переработкой отходов промышленности, тем самым улучшая экологическую обстановку региона. Кроме того, небоскреб оснащен оросительной системой и системой, которая даст возможность стабилизировать грунты и выращивать растения.
	Формообразующая концепция Возобновление традиционных поселений исторических народностей отдельных районов Китая. Максимальное приближение к естественному ландшафту по визуальному восприятию.
	Конструкции Пространственная перекрестная решетка, которая крепится к массиву горы, повторяя ее силуэт. Деревянные плоскости межэтажных перекрытий.
	Типология Жилье, общественные центры исторических этнических поселений, пахотные площадки.
	Технологическое оснащение Системы сбора и очистки дождевой воды, системы очистки сточных вод и последующее их использование для орошения. Системы обеспечения гидрологического цикла.
	Геометрический принцип Объект незаметный для среды, имитирует и повторяет естественный ландшафт.
	Геометрические средства Пространственная перекрестная решетка со сменным шагом по криволинейным направляющим.
	Факторы влияния на геометрию Историко-культурный аспект; биопрототип; использование материалов природного происхождения; использование систем сбора и очистки воды; обеспечение полного гидрологического цикла.
	Концепция функционирования здания Открытый объект. Максимальное взаимодействие с внешней средой – изменение среды (укрепление горного ландшафта и улучшение грунтов).

Рассмотренные выше примеры четко иллюстрируют разнообразие геометрических и конструктивных моделей, получаемых архитекторами при проектировании объектов эко-архитектуры. Каждый объект ориентирован на ту или иную функцию, среду и подчинен архитектурному концептуальному замыслу автора. Однако при анализе множества таких объектов становится понятным, что основополагающим в проектировании эко-объектов является выбор приоритетных факторов внешней среды, которые, в конечном счете, и определяют геометрию здания.

Геометрическая оболочка объекта напрямую зависит от условий среды, для которой он проектируется. Алгоритм же принятия решений и выбора приоритетных факторов среды, влияющих на геометрию здания, сводится к созданию геометрической модели анализа числовых значений условий среды. С помощью такой модели можно создавать своего рода техническое задание на проектирование, выбирая из множества факторов среды, влияющих на геометрию здания, ряд наиболее значимых в зависимости от показателей конкретной местности проектирования.

Имея вышеописанную модель, необходимо для каждой конкретной среды перед началом проектирования на этапе анализа, ввести конкретные числовые значения факторов среды, после обработки которых возможно будет определить ряд приоритетных условий среды, которые необходимо учесть в процессе проектирования.

Задача архитектора при проектировании объектов эко-архитектуры - изначально выбрать геометрический принцип (открытая геометрия, закрытая геометрия, оптимизированная геометрия) 1 на этапе анализа в каждом конкретном случае. Далее введя параметры окружающей среды в геометрическую модель, получить техническое задание на проектирование, с учетом которого создать объект эко-архитектуры, определив его концепцию функционирования, конструктивную модель, техническое и инженерное оснащение. Для наглядности ниже приведена схема, рассмотренная ранее в публикации 4.

Заключение

1. Основополагающим в проектировании эко-объектов является выбор приоритетных факторов внешней среды, которые в конечном счете и определяют геометрию здания.

2. Алгоритм принятия решений в процессе проектирования и выбора приоритетных факторов среды, влияющих на геометрию здания, сводится к созданию геометрической модели анализа числовых значений условий среды.

3. Задача архитектора при проектировании объектов эко-архитектуры изначально выбрать геометрический принцип на этапе анализа в каждом конкретном случае. Далее введя параметры окружающей среды в геометрическую модель, получить техническое задание на проектирование, с учетом которого создать объект эко-архитектуры, определив его концепцию функционирования, конструктивную модель, техническое и инженерное оснащение.

Литература

1. Даниелян А.Е. " Эко-архитектура: определение, концепции, средства и схемы реализации " // Технічна естетика та дизайн, Вип.9, - м. Київ, 2011.

2. Даниелян А.Е. Концепции, средства и схемы реализации в проектировании объектов эко-архитектуры // Проблеми розвитку міського середовища, Вип. 5-6, - Київ, НАУ, 2012.

3. Даниелян А.Е. Принципы реализации методов формообразования в концепциях эко-архитектуры // Технічна естетика та дизайн, Вип.10, - м. Київ, 2012.

3. Даниелян А.Е. Факторы, которые влияют на разработку геометрической модели объектов эко-архитектуры// Технічна естетика та дизайн, Вип.11, - м. Київ, 2012.