Валов В.М. Введение в специальность. Проектирование зданий

Подождите немного. Документ загружается.

260

Яркий пример проявления принципа вариантности и трансформируе-

мости имеется у профессора Б. Борисовского в анализе башни, запроекти-

рованной Л. Альберти (рис. 9.2) [7]. Башня состоит из семи ярусов, каждый

из которых имеет колонны и пилястры. До линии 1–1 перед нами круглая

открытая со всех сторон беседка. Это вполне законченное целое, и нет же-

лания что-либо здесь изменить, прибавить или убавить. До линии 2–2 име-

ем новое не менее законченное целое – небольшую башню. До линии 3–3

имеем трехъярусную башню, по композиции не менее целостную. По ли-

нию 4–4 получаем новую башню и т. д. Прибавляя к одной форме другую,

мы каждый раз имеем новый архитектурный организм, новое законченное

целое. Альберти сознательно пользуется этим примером. В этом убеждает

нас текст, которым он снабдил свой проект: «На таком цоколе делается че-

тырехугольник в виде маленького храма… в третьем ярусе, а также в чет-

вертом и пятом строятся круглые храмики… В каждом круглом храме в

соответствующих местах будут пробиты окна… Шестой ярус этой баш-

ни… есть четырехугольное сооружение… Седьмой и последний ярус баш-

ни – сквозной круглый портик». Эти описания показывают, как представ-

лял себе Альберти композиции башни.

В этом отношении Альберти не является исключением. Знаме-

нитый итальянский зодчий Палладио следует этому же принципу.

Если проанализировать рисунки вилл, помещенные Палладио в его

Рис.9.3. Особенности формирования композиций фасада

виллы Пизани

< Рис. 9.2. Башня Л.Альберти

261

книге об архитектуре, обнаруживается, что к одной форме архитек-

туры он присоединяет другую и каждый раз получает новый архитек-

турный организм, весьма логичный и целостный. На рис. 9.3,а изо-

бражено красивое небольшое здание с четырьмя полуколоннами и

фронтоном. На следующем это здание выросло за счет боковых

крыльев, но оно также целостно и совершенно. На рис. 9.3,в построй-

ка раскинулась в обе стороны и приобрела более импозантный вид, а

на рис. 9.3,г фасад виллы Пизани, каков он есть, составленный из фа-

садов отдельных зданий.

9.4. Элементы биоэнергетического формообразования

Прекрасное и целесообразное в архитектуре создаются в едином про-

цессе формообразования среды жизнедеятельности человека. В современ-

ной архитектуре наметились два метода построения объемной формы зда-

ния на основе системы функциональных и эстетических требований к

его внутреннему пространству.

Первый основан на подчеркивании частей системы, на четком выде-

лении однородных функциональных групп. Каждая из них вычленяется в

особую часть объема, а элементы, служащие для организации функцио-

нальных связей, используются в качестве связующих звеньев композиции.

Второй метод построения объемной формы здания вызван стремлени-

ем к их универсальности и возможности многообразного использования,

избавляющей от слишком скорого его морального старения. Этот метод

основан на образовании единой, максимально обобщенной формы с про-

стыми очертаниями. Внутренне сочленение такой формы осуществляется

с помощью средств, не связанных с основными конструкциями здания, –

трансформирующихся перегородок. Возможности группировки объемов

здания весьма разнообразны, однако можно выделить некоторые основные

типы объемно-пространственной композиции по признаку связи здания с

окружающей средой: замкнутую, центрическую, базиликальную, ком-

пактную и открытую композиции.

Форма и внутреннее пространство с их интегрирующей композицией

– это та реальность, ради которой создается здание. Формообразование по-

нимается как процесс создания целостных архитектурных объемных форм

из отдельных структурных элементов физического, биологического, ути-

литарно-технического и эстетического содержания. В этой системе особое

место принадлежит ее объединяющей оболочке, разделяющей две среды с

различными параметрами. Концептуальной идеей создания биоэнергетиче-

ских зданий является их способность развиваться в условиях модерниза-

ции их функций и адаптации к воздействиям наружной среды. В данных

262

условиях качество архитектуры зданий может определяться только про-

стотой и лаконичностью, минимумом использования технических средств

в регулировании микроклимата, их архитектурная форма не должна идти

вразрез с конструкциями. Процессом формообразования являются объек-

тивные закономерности развития непрерывного архитектурного простран-

ства, характеризующегося непрерывностью форм и функций и неразрыв-

ностью потоков энергии и массы.

Непрерывность формы на уровне формирования архитектурных объ-

ектов понимается как иерархия форм внутренних пространств жизнедея-

тельности человека: рабочее место, зона, помещение, функциональная

группа, структура здания в целом. Установление этой иерархии, выявление

оптимальных форм внутренних пространств, принципов их взаимодейст-

вия и компоновки в объеме архитектурной формы зданий является главной

задачей архитектурного формообразования. Архитектурная форма пред-

ставляется не как пассивная материальная форма-оболочка, ограничиваю-

щая часть пространства, а как система направленного отбора и сосредото-

чения определенных свойств и ресурсов для трансформации этого про-

странства в жизненную среду человека с использованием опыта функцио-

нирования и развития живой природы. Пространство природы и архитек-

туры близки по уровню организации и развиваются в одних и тех же био-

физических условиях земной и космической сфер и подчиняются общим

законам гравитации, термодинамики и т. п.

Непрерывность функций обеспечивается в архитектурных объектах с

помощью развитой системы функциональных и технологических структур

производственного процесса, горизонтальных и вертикальных пешеход-

ных и транспортных коммуникаций, сетью инженерных, санитарно-

технических и энергетических систем по обеспечению внутренней среды.

Непрерывность энергии определяется неразрывностью потоков энер-

гии и потоков массы. Примером потоков энергии является процесс тепло-

потерь или теплопоступления через ограждающие конструкции. Примером

потоков массы является процесс переноса массы воздуха и влаги в объеме

и через ограждения помещений при наличии перепадов давления. Динами-

ка энергетических потоков тепломассобмена в архитектурном пространст-

ве определяется законами теплотехники и светотехники, термодинамики и

аэродинамики с сохранением заданного энергетического и воздушного ба-

ланса и обеспечивает динамическое равновесие гомеостазиса организма

животного и человека в искусственной среде.

Представляется весьма целесообразным процесс биоэнергетического

формообразования функциональной архитектурной среды и пространст-

венной структуры осуществлять с учетом ряда принципов [41]: мини-

макса; термодинамического равновесия; биоэнергетического конструиро-

вания; структурности; компактности; эксплуатационно-технической упа-

263

ковки; направленности; гибкости; инвариантности; целостности.

Принцип мини-макса – достижение максимального эффекта мини-

мальными средствами, базовый принцип формирования природных систем

любого уровня. В архитектуре та же дилемма: формирование комфортной

среды жизнедеятельности человека в условиях экономии энергии, мате-

риалов, пространства и времени. Решение этого противоречия и составляет

основную задачу архитектурного формообразования.

Принцип термодинамического равновесия внутренней среды во

взаимодействиях с природно-климатическими с антропогенными условия-

ми внешней среды как тепломассообменных систем с обеспечением гомео-

стазиса архитектурного пространства.

Принцип биоэнергетического конструирования является научно

обоснованным процессом создания архитектурных форм и конструкций на

основе аналогов биоэнергетического подхода с учетом особенностей ди-

намического взаимодействия при использовании следующих мероприятий:

– минимизации массы конструкции и затрат энергии на их производ-

ство и эксплуатацию;

– размещении материалов и конструктивных элементов в гетероген-

ных (неоднородных) конструкциях, объемах и пространстве с учетом мак-

симального использования их физических и технических возможностей;

– формировании архитектурно-конструктивного пространства, его

формы и объема с использованием принципа плотной упаковки;

– унификации объемно-планировочных параметров архитектурных

форм зданий и сооружений, типизации конструктивных элементов на ос-

нове принципов структурности и требовании энергосбережения.

Принцип структурности отражает особенности процесса общего

построения композиции объекта и его формообразования, являющегося

основой – пространственной организацией среды жизнедеятельности чело-

века. Являясь фундаментальным, принцип структурности лежит в основе

проявления всех других принципов формообразования среды, позволяя

эффективно использовать закономерности развития и свойства архитек-

турной формы, основ целостности и гармонии объектов.

Принцип компактности отражает эффективность проявления прин-

ципа мини-макса – изоляцию внутренней среды от дискомфортных воз-

действий внешней. В теоретическом смысле под пространственной и

функциональной компактностью следует понимать свойство емкости ар-

хитектурной формы, которое неразрывно связано с характеристиками

энергоемкости и материалоемкости, функциональной и экологической

эффективностью архитектурного объема в результате сокращения фронта

отрицательных воздействий внешней среды. Различают пространственную

и функциональную компактность с их направленностью. Под простран-

ственной компактностью понимается емкость архитектурной формы как

264

мера контакта внутреннего пространства здания с внешней средой. Под

функциональной компактностью понимается насыщенно

сть этого про-

странства функционально-технологическим содержанием.

Принцип упаковки представляет собой процесс создания целостной

архитектурной формы максимально возможного полезного объема из от-

дельных структурных единиц при минимальной площади его ограждений

по поверхности контакта с окружающей средой. Причем структурные еди-

ницы – элементы, являющиеся кирпичиками архитектурной системы, – мо-

гут быть трех видов: основного, вспомогательного и коммуникационного.

Принцип направленности отражает особенности пространственной

ориентации архитектурного объема, способ взаимосвязи с окружающей

средой и динамику развития. Если компактность преследует цель изоляций

внутренней среды, то направленность её – связь с внешней средой при

максимальном использовании естественных источников энергии.

Принцип гибкости отражает неизбежные и возможные преобразова-

ния архитектурных объектов в процессе их формирования, развития и мо-

дернизации во времени с сохранением целостности и надежности. Если

гибкость в живой природе выступает в форме изменения и приспособления

животных к различным климатическим условиям, то по аналогии с приро-

дой в архитектуре та же возможность приспособления к климатическим и

функциональным условиям без реконструкции и модернизации за счет

своей универсальности: всякая дифференциация всегда заканчивается ин-

теграцией.

Принцип инвариантности как один из научных принципов пред-

ставляет свойства неизменяемости конструктивной системы здания по от-

ношению к каким-либо преобразованиям. Эффективным ответом на дина-

мические климатические воздействия, циклические, функциональные и

другие процессы являются универсальные здания с гибкой объемно-

планировочной структурой. Такие здания позволяю

т размещать в них раз-

личные технологические и функциональные процессы в габаритах одного

и того же пространства при неизменности, т.е. инвариантности, общего

объемно-планировочного решения.

Принцип целостности является интегрирующей основой единства

целей и задач формообразования и оптимального функционирования архи-

тектурных объектов. Принцип целостности не имеет конкретных показате-

лей, представляет собой характеристику процесса формообразования и вы-

ступает в качестве эстетического критерия архитектурно-экологической

среды жизнедеятельности человека.

9.5. Энергосбережение и экология в архитектуре

Результаты краткого анализа некоторых принципов формообразова-

265

ния в архитектуре являются теоретической основой формирования энерго-

сберегающей среды. Эффективность их использования определяется сте-

пенью адаптации здания или архитектурного комплекса в конкретных

климатических условиях.

Энергосберегающая архитектура рассматривается как деятельность по

преобразованию естественной среды и формированию искусственной при

максимальном использовании естественных возобновляемых источников

энергии. Проектируя любой объект, архитектор обязан учитывать характер

взаимодействия здания и природно-климатического окружения, учитывать

не только те влияния среды, которые испытывает человек, но и то, как ар-

хитектурный объект (организм) воздействует на среду. Масштабы челове-

ческой деятельности в окружающей среде не столько велики, но часто не-

гативны, и преобразованная «среда» начинает серьезно нарушать экологию

человека.

Энергосбережение в архитектуре – самое очевидное преимущество,

которое у нас есть сегодня, это опыт прошедшего. Наибольшее влияние на

умы архитекторов и инженеров Нового времени имела «триада Витрувия»,

сформировавшего в I веке до н. э. требования к архитектору – соблюдать

пользу, прочность и красоту создаваемого архитектурного объекта. Эта

триада относится к нашей «таблице умножения» – согласованию функции

и формы. Благодаря высокой лаконичности, форма воспринимается как

нечто непреложное. Однако с момента этих обобщений римского архитек-

тора прошло уже более 20-ти веков развития строительной техники и ар-

хитектуры. Значительно расширились ареалы расселения и активного ос-

воения новых областей. Причем если ареалы древней цивилизации, в част-

ности вокруг средиземноморской акватории, располагались вблизи сред-

ней изотермы 20

С в июле и 1

С в январе, то освоение территории с рез-

ко-континентальным и даже арктическим климатом, с отрицательным ба-

лансом среднегодовых температур – дело весьма трудное. Однако не так

мало у нас специалистов, которые часто «к месту» и «не к месту» оправ-

дывают дефекты своего творчества ссылкой на наши жесткие холодные

климатические условия. И в этом есть доля правды. Но если их попросить

запроектировать что-либо для «нежестких» климатических условий жарко-

го климата, то их аргументы окажутся весьма слабыми: они поймут,

что в

жарком климате проблем не меньше.

Покорение природы и создание искусственной среды жизнедеятель-

ности человека осуществляется за счет ее же природных ресурсов.

Извест-

но, что сегодня из земных недр добывается более 50 т вещества на душу

населения в год. После переработки с удельным расходом более 3 кВт·ч

энергии и 800 т пресной воды получается всего около 2 т конечной про-

дукции, а остальные 96 % исходного сырья остаются в отвалах. При этом

следует отметить, что более одной пятой произведенных в мире материа-

266

лов и изделий тратится на строительство. Основные строительные мате-

риалы – сталь, алюминий, стекло, бетон и т.д. – требуют больших коли-

честв энергии для своего производства (табл. 9.1). Однако примером эф-

фективного использования с высоким коэффициентом полезного действия

и бережливости является сама Природа. Живую природу можно считать

совершенно уникальной системой, приспособленной для извлечения энер-

гии не из концентрированных, а из «размазанных» источников. Причем

использует она эту энергию с величайшей экономией. Сейчас предприни-

мается много попыток собирать энергию для технических целей из таких

неконцентрированных источников, как солнечная радиация, ветер, геотер-

мальная энергия [19].

Таблица 9.1

Энергоемкость производства материалов

Материал

Энергозатраты для

производства 1 т ма-

териала

Нефтяной

эквивалент

Сталь (мягкая)

Титан

Алюминий

Стекло

Кирпич

Бетон

Углеволокнистые

композиты

Дерево (сосна, ель)

Полиэтилен

800

250

4000

1,5

0,6

0,1

100

0,025

1,1

Энергоэффективность в капитальном строительстве достигается вне-

дрением трех групп мероприятий: сокращением энергозатрат на производ-

ство строительных материалов и конструкций; снижением энергозатрат на

возведение зданий и сооружений и главное сведением к минимуму энерго-

затрат на их эксплуатацию. Таким образом, энергосбережение носит гра-

достроительный, архитектурный, технический и нравственно-этический

характер.

Градостроительный

характер – это пространственное решение го-

родской среды с использованием энергосберегающих эффектов солнечной

радиации, ветра и т.п.

Архитектурный характер

– это объемно-планировочное решение

зданий с заданной компактностью и минимальным фронтом внешних воз-

действий.

Технический характер

– это решение инженерных задач по обеспе-

чению эксплуатационной надежности несущих и ограждающих конструк-

ций с использованием энергоэффективных материалов и конструкций.

267

Здесь весьма уместны замечания профессора Д. Гордона по эффективности

деревянных конструкций, способствующих рациональному использованию

природных ресурсов [19]. Он пишет: «При больших размерах и малых на-

грузках конструкции из дерева во много раз легче, чем конструкции из бе-

тона или стали, очень важно, что почти вся энергия, необходимая для вы-

ращивания древесины, поступает бесплатно от Солнца». Кроме того, тра-

диационная модификация древесины делает ее чрезвычайно прочным ма-

териалом.

Нравственно-этический характер определяется рачительным от-

ношением к природе и ее «содержанию», являющимся общим достоянием

всего человечества. Стремление сделать из Природы служанку для челове-

ка известно и очевидно: отношения Человека и Природы доведены до кри-

тического состояния. И недаром древние греки говорили: «Чувство меры –

последний и самый драгоценный дар богов». Поэтому конструктивной

альтернативой замены общества потребления должно стать общество с

идеологией разумной достаточности, этикой ограничений и согласия с

природой. Человек – дитя природы и обязан относиться к ней так, как ум-

ный и предусмотрительный сын заботится о матери. И только наращивая

собственные силы за счет рачительного и щадящего использования сил

природы, человечество может достичь конкретных результатов и вступить

на путь устойчивого развития.

Увеличение потребления всех видов энергии в течение последних де-

сятилетий происходит в условиях осознанной неизбежности исчерпания

невозобновляемых источников топлива, постоянного роста цен на топливо

и электроэнергию. В силу этого энергетическая проблема стала проблемой

номер один. Поэтому можно сказать, что в будущем всякая экономия в ко-

нечном счете будет сводиться к экономии энергии.

Уместно вспомнить известное высказывание на этот счет гениального

русского ученого Д. И. Менделеева, который более столетия назад сказал,

что «сжигать нефть – это все равно, что топить печь ассигнациями». С тех

пор мы в этом разорительном для России бизнесе весьма «преуспели», не

только самостоятельно сжигая, но и экспортируя основную часть добы-

ваемой в России нефти и газа. Каждому школьнику известно, что углеводы

– это ценнейшее химическое сырье. Из 1 т нефти, которая стоит сегодня

420 долларов, можно произвести готовой продукции на десятки тысяч дол-

ларов.

Таким образом, триада Витрувия дополняется экономическим крите-

рием (энергосбережением), который весьма существенно предопределяет и

повышает ее универсальность. Недаром в докладе Римского клуба (1995 г.)

«Фактор четыре. Затрат – половина, отдача – двойная» [11] обосновывает-

ся новая концепция «Производительность ресурсов», под которой понима-

ется возможность жить в два раза лучше и в то же время тратить в два раза

268

меньше. Залогом успешного решения задач энергосбережения за счет по-

вышения продуктивности ресурсов и эффективности их использования в

создании искусственной среды зданий становится единство архитектурной

идеи, инженерной логики и экономической оптимизации. При этом речь

идет о принятии неординарных и кардинальных решений, позволяющих

осуществить в этой области не просто какие-то улучшения, а качественный

скачок.

Мы много рассуждали в свое время об энергосберегающей политике,

квинтэссенцией которой можно считать известную надпись на стенах со-

ветских учреждений «Уходя, гасите свет!» Так что продуктивное исполь-

зование ресурсов – не такая уж новость. Добиваться большего с меньшими

затратами – есть результат эффективного использования любых видов

энергии, то есть коэффициента их полезного действия с обеспечением за-

данного комфорта среды. Это начало новой промышленной революции с

резким увеличением производительности природных ресурсов. Опуская

аргументы, можно привести семь мотивов в пользу эффективного исполь-

зования ресурсов [11]: жить лучше; меньше загрязнять и истощать; полу-

чать прибыль; выходить на рынок и привлекать предпринимателей; при-

умножать использование дефицитного капитала; повышать безопасность;

иметь справедливость и больше рабочих мест. Нам нужен рациональный

социально-экономический стимул, который позволил бы решить сразу две

насущные задачи: обеспечить занятость для большего числа людей и сэко-

номить ресурсы.

9.6. Устойчивость развития

Экскурс в историю. В настоящее время мы являемся участниками пе-

чальной тризны советского государства. Идея советского государства, как

отмечал самый махровый диссидент этого государства А. А. Зиновьев, вы-

нашивалась человечеством со времен социалистов-утопистов, а практиче-

ски была осуществлена в России. Социалистические идеи и строительство

социализма – это не случайная прихоть какого-то мечтателя, народа или

нации, а многовековой поиск с пробами и ошибками народов мира и их

передовых мыслителей по созданию общественных отношений, соответст-

вующих человеку как Homo sapiens. Этот процесс поиска и практического

построения был, есть и будет вечным. Человек как продукт этой селекции,

развиваясь, будет будоражить умы человечества с неизбежным возвратом

к социализму. Устойчивое развитие советского государства с новой соци-

ально-политической системой проходило в условиях борьбы с непонима-

нием и непризнанием возможности существования страны, строящей со-

циализм в окружающем мире капитализма. Несмотря на разрушение со-

269

ветского государства, за социализмом будущее: выращено три поколения

советских людей и посеяно его зерно.

Сегодня центробежные силы всё дальше разносят по орбитам бывшие

союзные республики, перемалывают останки многовекового братства и

сердечности. Всё меньше остаётся хранителей великого проекта русской

цивилизации. Кто же сегодня может принять и смириться с распадом вели-

кой страны? Какой же государственный институт воодушевлял и сохранял

социалистическое государство? Этим институтом являлась социальная

идеология: «Все во имя человека, все во благо человека. Человек человеку

друг и брат». Все объединяющие бывшее советское пространство проекты

замыкались именно на этой идеологии. Во все годы существования СССР

социалистическая идеология, поддерживаемая всем прогрессивным чело-

вечеством, в тяжелейших сражениях и войнах отстаивала право нашей

страны на существование.

Что бы не говорили о В.И. Ленине и его соратниках, но даже в усло-

виях переустройства страны и гражданской войны он имел и цель, и про-

грамму строительства государства и знали, что без развития науки толку

не будет. Новое государство после Октябрьской революции 1917 г. уже в

1918 г. создает Университет народов Востока, в 1919 г. – ЦАГИ, в 1920 г.

разрабатывает и принимает программу ГОЭЛРО, в 1921 г. – декрет «Об

едином строительном плане республики» и т. п. планы и программы разви-

тия государства. Это ярчайший пример обоснованного построения госу-

дарства и привлечения людей к созидательному труду. Новое государство

интенсивно развивалось за счёт проведения культурной революции, инду-

стриализации, созданной политической и идеологической системы, путём

тотальной концентрации всех сил и ресурсов. Был высок моральный дух, и

действовали строжайшая дисциплина и ответственность. Именно Совет-

ский Союз спас мир от «коричневой чумы» германского фашизма. Это бы-

ло событие библейского масштаба. Разрушил и сокрушил самое унизи-

тельное наследство европейского феодализма – колониализм, освободив

из-под ига неорабовладельцев почти миллиард жителей нашей планеты –

четвертую часть её тогдашнего населения. Советская военная мощь не до-

пустила сползания мира к ядерному апокалипсису – к переделу мира «по-

американски». В этих гарантированных условиях безопасности Советский

Союз взрывал горные хребты, изменял и обустраивал береговую кромку

материка, строил города, распахивал целину и прокладывал трансконти-

нентальные дороги. В этих условиях рождались, обретали форму и перено-

сились на планетарную почву проекты будущего.

Первым из них стало создание советской северной цивилизации. Ос-

ваивались пустынные районы Крайнего Севера. Здесь строились порты,

аэродромы, дороги и система защиты государства. Был создан гигантский

северный щит, который прикрыл страну от холода и удара через полюс.