Бионическая архитектура

Аналогичным образом преломление темы природных  форм нашли свое отражение в русских  деревянных церквях фактуры сосновых и еловых шишек, и в золотых  «луковичных» главах церквей. Успехи строительной техники в ХIХ–ХХ вв. создали новые технические возможности для интерпретации архитектуры живой природы, что нашло свое отражение в произведениях архитекторов, среди которых можно назвать архитектурные произведения гениального Антонио Гауди –– зачинателя широкого использования биоформ в архитектуре ХХ в. Спроектированные и построенные А.Гауди жилые здания, монастырь Гюэль, знаменитый «Sagrada Familia» (Собор Святого Семейства, выс. 170 м.) в Барселоне и ныне остаются и непревзойденными архитектурными шедеврами и, одновременно, наиболее талантливым и характерным примером ассимиляции архитектурных природных форм –– их применения и развития.

А.Гауди талантливо подражал в архитектуре формам растительного мира: его колонны изображают стволы пальм с имитацией коры и листьев, лестничные поручни имитируют завивающиеся стебли растений, сводчатые перекрытия воспроизводят кроны деревьев. Уже в своих ранних творениях А.Гауди, которого уже при жизни именовали «Данте архитектуры», использовал параболические арки, гипер-спирали, наклонные колонны и т.д., создавая архитектуру, геометрия которой превосходила архитектурные фантазии и архитекторов, и инженеров. Одним из первых А.Гауди использовал также и био-морфологические конструктивные свойства пространственно-изогнутой формы, которая была воплощена им в виде гиперболического параболоида небольшого лестничного пролета из кирпича. Тем самым, благодаря изучению и применению в архитектурной тектонике природных форм, А.Гауди в начале ХХ в. наиболее близко подошел к современным геометрическим принципам проектирования и построения конструктивных бионических архитектурных систем. И поскольку в начале ХХ века еще не существовало ни направления, ни самого понятия бионической архитектуры, архитектурные шедевры гениального испанца относили к стилю «Ар Нуво»; архитектура А.Гауди включала как рационалистические, так и свободные от какой-либо канонизации или конкретных национальных архитектурных традиций и тенденций элементы и формы. Для архитектурного творчества А.Гауди характерен, в частности, такой прием как использование геперболических параболоидов –– геометрической пространственной фигуры, которая образуется при скольжении по двум другим непараллельным прямым; геликоидов –– винтовых поверхностей, описываемых прямой линией, вращающейся вокруг неподвижной оси, с одновременной поступательной скоростью вдоль данной оси. Фасады здания собора Саграда Фамилиа представляют собой собранные вместе параболоиды, буквально усыпанные фигурами животных и растений из камня. При этом А.Гауди не просто копировал объекты природы, но творчески интерпретировал природные формы, видоизменяя пропорции и масштабные ритмические характеристики.

Первое  впечатления о зданиях, спроектированных гениальным испанцем, что его постройки  не только выбиваются из правильной геометрии, но, благодаря ритмической игре меняющихся вогнутых и выпуклых поверхностей стен сооружений, создается впечатление, будто здания физически дышат, а  стены подобны живым мембранам, одновременно пластичные и протяженные  стены и окна выявляют направленную сверху вниз силу нагрузки и противодействие  ей силой сопротивления материалов. За 48 лет работы А.Гауди удалось сделать Барселону одним из красивейших городов мира в архитектурном отношении. Однако его бионические идеи в архитектуре еще долгое время не признавались официальной архитектурой.

Впрочем, ряд специалистов считает архитектурной  бионикой только те здания, которые  не просто повторяют природные формы  или созданы из естественных природных  материалов, а содержат в своих  конструкциях структуры и принципы живой природы.

Одним из, на наш взгляд, ярких подтверждений  этого тезиса является ставшая символом Парижа 300-метровая Эйфелева башня инженера-мостовика  А.Г.Эйфеля, которая в точности повторяет  строение большой берцовой кости  человека, легко выдерживающей тяжесть  его тела. Конструкция башни была основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Х. фон Мейера. За 40 лет до ее создания он исследовал костную структуру берцовой кости  в том месте, где она изгибается и входит в сустав, и обнаружил, что структура кости в месте  соединения состоит из миниатюрных  косточек, благодаря которым нагрузка перераспределяется по всей кости. В 1866 г. швейцарский инженер К.Кульман  подвел теоретическую базу под это  открытие, а спустя 20 лет природное  распределение нагрузки на основе кривых суппортов было использовано и воплощено  А.Г.Эйфелем.

Яркий пример архитектурно-строительной 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. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных  труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции  внутри полые. А узлы стеблей играют роль колец 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. В последние  годы бионика подтверждает, что большинство  человеческих изобретений уже «запатентовано»  природой. Такое изобретение XX века, как застежки «молния» и «липучки», было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление.

Известно, что диапазон форм и принципов  их построения в живой природе  чрезвычайно многообразен, зачастую он возникает в результате сочетания  и комбинаторности многочисленных формообразующих факторов. Так, архитектор П.Солери (США) спроектировал мост, по форме напоминающий свернутый лист злака, основываясь на свойстве листьев и стеблей растений принимать схожие пространственные формы при необходимости повышении прочности и устойчивости растений. Как следствие выявленных в природе закономерностей формообразования в современной архитектуре возникло и соответствующее направление, стремящееся обеспечить надежность конструкции не только за счет свойств материала, но и за счет формы. В архитектуре возникли исследования форм природных оболочек с целью их дальнейшего архитектурно-бионического моделирования, устанавливающего оптимальность соотношении геометрии форм и различных физических свойств.

В России тоже законы живой природы были воплощены  в архитектуре “доперестроечного” периода: Останкинская радиотелевизионная башня в Москве, Олимпийские объекты — велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе — ресторан «Бермет» и др.

Проектирование  и воплощение природных форм в  архитектуре нашло также свое необычное отражение в работах  С.Хохаузера (конструкции в форме скорлупы яйца), А.Куормби (конструкции в форме гланд, почек и желудка) Ф.Кизлера (конструкции в форме кишечного тракта). Еще раньше, в ХIХ в., наряду с архитектурной бионикой, в архитектуре возникает и еще одно новое направление «архитектоника растений», или учение о формировании конструкций в растительном мире, основным представителем которого был немецкий инженер С.Швенденер, способ воспроизводства природных систем сопрягающий с проектированием объемных моделей, прототипом которых являлись растительные природные формы. Таким образом, природное моделирование как нетрадиционный и достаточно своеобразный способ познания живой природы соединилось здесь с инструментами для решения практических задач уже не просто архитектурного, но скорее –– архитектурно-художественного конструирования.

В отечественной  архитектуре бионическое направление, позволяющее преодолеть схематизм организации пространственной среды, в середине ХХ в. нашло свое отражение в работах известных архитекторов И.В.Жолтовского, М.Я.Гинзбурга и др.

Бионическая  башня – проект, связанный с природой.

Скоро в Китае построят город-башню. Уникальное сооружение, созданное по законам архитектуры будущего и имитирующее природные конструкции, сможет противостоять пожару и урагану, а также наводнению и землетрясению. Авторы этого вертикального неуязвимого Ноева ковчега – испанцы супруги Мариа Роза Сервера (Maria Rosa Cervera) и Хавьер Пиоз (Javier Pioz). В 1979 г. испанцы организовали компанию по архитектурному проектированию «Сервера и Пиоз», а в 1985 г. начали экспериментировать с так называемыми «динамическими структурами».

Хавьер  пришел к выводу, что все, что человек  строил до сих пор – неестественно, непрочно и бесперспективно. Оказывается, что в природе не существует однородных материалов: если же посмотреть на дерево более пристально, то видно, что оно  не состоит из единого монолита: оно меняется по мере того, как растет: внешние слои имеют совсем иную плотность, чем внутренние, ветви у земли  – иную структуру, чем верхние, а  корневая система постоянно изменяется. А что же дома? Кирпичи – безжизненные, однообразные, непрочные и некрасивые.

Вот какая  башня.

Высота  башни – 1,228 м, 300 этажей. Общая площадь  – 2 млн м2, около 400 горизонтальных и вертикальных лифтов, скорость которых – 15 м/с, то есть с первого на последний этаж можно будет подняться в среднем за 2 минуты. Диаметр башни, который имеет форму кипариса, в самой широкой точке – 166х133 м, у основания – 133х100. Город будет покоиться на искусственном плоском острове, помещенном в искусственное же озеро. Искусственный остров у основания будет в 1 км в диаметре, а озеро призвано амортизировать подземные толчки. Теперь – о философии  бионической   архитектуры  и природном строении башни. По словам испанского архитектора, « бионическая  башня» – это не нагромождение высотных зданий и этажей – это город в башне. То есть в монолитный снаружи «цилиндр» как бы помещается сложная ассиметричная структура. Главный принцип позаимствован у кипариса, причем в процессе строительства – по мере возведения этажей – будет пропорционально развиваться и основание города-дерева. По свидетельству Пиоза, механизм роста, точнее набора высоты, был позаимствован у деревьев, в первую очередь, у кипариса. Его зеленая часть состоит из мелких чешуйчатых мембран, сквозь которые проходит ветер любой силы, а он и не шелохнется. Его корневая система заглублена всего на 500 мм, но невероятно разветвлена и по своему строению напоминает губку. С каждым новым миллиметром ствола появляется, уходя чуть в сторону от уже существующего, новый отросток корня. Попробуйте сбить или выкорчевать кипарис – потребуются невероятные усилия. Всего же в башне будет

12 вертикальных  кварталов, в среднем по 80 м  в высоту каждый, а между ними  – перекрытия-сдержки, которые  станут своеобразной несущей  конструкцией для каждого очередного  уровневого квартала. Дома в нем,  естественно, разновысокие, окруженные  вертикальными садами, и люди  будут по нему передвигаться  с полным ощущением внешнего  пространства благодаря свету  и воздуху.

Посреди каждого квартала предполагается построить  искусственное озеро, а дома –  двух типов: на внешнюю и внутреннюю стороны. При возведении свайного фундамента планируется использовать алюминиевую  «гармошку», опирающуюся на землю  и едва заглубленную в нее, а вот  «корневая система» будет увеличиваться  по мере набора высоты. Точно так  же отрастают новые корни у  дерева. Чем выше башня, тем прочнее  становится фундамент: он «дышит, не спрессовываясь».

Заселять  башню можно будет по мере строительства  – это никак не помешает первым жителям «города-кипариса». По проекту, благодаря тому, что свет и воздух будут легко проникать сквозь башню (к сожалению, жители вертикального  города не смогут открывать окна), сопротивление  ветру и, как следствие, колебания  будут сведены до минимума. Между  тем, известно, что на верхних этажах современных небоскребов колебания  под воздействием порывов ветра  довольно ощутимы. Важно и то, что  множество садов и озер, изолирующих  кварталы, послужат безопасности –  каждый сегмент находится на значительном расстоянии от соседних, поэтому в  случае, если здание протаранит самолет  или начнется пожар, вся конструкция  останется незыблемой. Кроме того, снаружи здание будет покрыто  специальным воздухопроницаемым пластичным материалом, которое будет имитировать  кожу или кору.

Генная  инженерия. Моллюски или кораллы строят сложные жилища, извлекая из морской воды необходимые вещества. Термиты создают в своих домах системы жизнеобеспечения, пользуясь при этом материалами, которые производятся внутри колонии. Архитекторы- бионики в содружестве с генетиками пытаются генетически изменить формы растений для того, чтобы из живого дерева вырастить жилой дом с окнами и перегородками. То же касается и некоторых минералов, которые при определенной химической обработке могут разрастаться в заранее запрограмированые жилые формы.

Технология "самостроя". Одним из самых ранних предложений немецкого архитектора Рудольфа Дернаха предусматривалось погружение в морскую воду "пузырчатых баллонов" или мелкоячеистых сетей. И то, и другое играло роль каркаса, обраставшего колониями микроорганизмов, которые постепенно отвердевали из-за большого слоя отложенных минеральных веществ. Эти полые известняковые формы предлагалось использовать для создания плавучих городов, подводных жилищ или строительных заготовок для возведения зданий на земле. Архитектор Вольф Хилберц (США) и его коллеги начали исследовать возможность того же результата при помощи электричества. Проходя через воду, богатую минералами, электрический ток заставляет мелкие частицы накапливаться на одном из электродов. Исследования металлических объектов, погруженных в воды Мексиканского залива, показали, что минеральные наслоения на них превосходят по своим свойствам бетон.