наверх
 
Удмуртская Республика

Лебедев Ю. С. Бионика и город будущего. 1973

Конкурсный эскизный проект территории парка им. С. М. Кирова в городе Ижевске, выполненный на основе принципов бионики. Вид на оранжерею и смотровую башню. Автор проекта: А. О. Алышева, ООО «Архитектурное бюро „КУБИКА“», Ижевский государственный технический университет им. М. Т. Калашникова (Ижевск). 2017
Конкурсный эскизный проект территории парка им. С. М. Кирова в городе Ижевске, выполненный на основе бионического подхода. Вид на оранжерею и смотровую башню. Автор проекта: А. О. Алышева (ООО «Архитектурное бюро „КУБИКА“», Ижевск). 2017
 
 
Бионика — прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Бионика помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы.
 
Одним из пионеров архитектурной бионики в Советском Союзе выступил архитектор Ю. С. Лебедев.
 
Одновременно с общей, технической бионикой в СССР в ЦНИИТИА с 1960 г. было положено начало развитию архитектурной бионики. Первая заявка на нее была сделана в опубликованной в 1962 г. статье молодых архитекторов Ю. С. Лебедева и В. В. Зефельда «Конструктивные структуры в архитектуре и в растительном мире» (в сборнике: Советская архитектура. — М.: Стройиздат, 1962).
 
Несколько позднее Ю. С. Лебедевым это направление в архитектуре по аналогии с технической бионикой было названо вначале «строительной бионикой», затем в связи с открывшимся более широким диапазоном ее возможностей — «архитектурно-строительной бионикой» (Лебедев Ю. С. Строительная техника природы. — Декоративное искусство СССР, 1966, № 7), а затем «архитектурной бионикой» (Лебедев Ю. С. Бионический метод в архитектуре. — Архитектура СССР, 1970, № 6; Лебедев Ю. С., Вознесенский С. Б., Гоциридзе О. А. От биологических структур к архитектуре. М.. Знание, 1971).
 
С 1970 г. в ЦНИИТИА в составе сектора технических проблем архитектуры работала лабораторная группа по архитектурной бионике. ЦНИИТИА был координирующим центром разработок проблем архитектурной бионики в СССР. В 1984 г. при ЦНИИТИА организована была Центральная Научно-исследовательская и экспериментально-проектная лаборатория архитектурной бионики (ЦНИЭЛАБ).
 
Архитектурная бионика может превратиться и в сильное средство, с помощью которого будут решаться различные важные задачи архитектуры. Бионика может оказать сильное влияние на архитектуру — ее формы, функциональные решения, гармонию форм. Об этом говорят и архитектурные примеры, в которых были использованы законы живой природы: 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.
 
Лаборатория архитектурной бионики под руководством архитектора Ю. С. Лебедева проделала феноменально емкую теоретическую и практическую работу, как по обобщению мирового опыта, так и по созданию собственных оригинальных наработок. Творческий коллектив лаборатории, состоящий из архитекторов, конструкторов, биологов, математиков и специалистов других направлений, успешно решал междисциплинарные задачи архитектурного формообразования на основе выявленных в живой природе законов и принципов формообразования.
 
Научный задел, сформированный лабораторией Ю. С. Лебедева, оказался настолько содержательным, что даже сегодня, тридцать лет спустя после прекращения деятельности лаборатории, полученные результаты кажутся некими сигналами из далекого будущего. Только сегодня появляются некоторые возможности для того, чтобы хоть как-то продолжить работу в этом направлении. Тем более, что в отличие от развитых стран мира, где бионические исследования и практические внедрения никогда не прекращались, в нашей стране архитектура, основанная на бионических и тектонических принципах, так и не получила развития.
 
Публикуем статью Ю. С. Лебедева об использовании принципов бионики в городах будущего, опубликованную в сборнике «Город и время» (1973).
 
 
 

Ю. С. Лебедев. Бионика и город будущего // Город и время : [Сборник статей] / Е. Беляева, М. Витвицкий, Э. Гольдзамт и др. ; Научно-исследовательский институт теории, истории и перспективных проблем советской архитектуры (Москва); Институт основных проблем пространственной планировки (Варшава). — Москва : Стройиздат, 1973. — 302 с., ил. — С. 160—178.

 
 

БИОНИКА И ГОРОД БУДУЩЕГО

Ю. Лебедев

 
Инженеры уже достаточно глубоко осознали пользу изучения живой природы для создания новых, рациональных и надежных технических систем. В архитектуре дело обстоит сложнее, так как здесь нужно сделать еще один шаг — от техники к организации пространства для общественных функций, к пространственной системе города и к созданию художественной формы.
 
Можно ли сказать, что живая природа поможет нам решать и эти проблемы?
 
Существующий опыт обращения архитекторов к законам формообразования живой природы или, как мы его называем, опыт архитектурно-бионической практики, дает обнадеживающий ответ¹.
____________
¹ Слово бионика [«Bion» (англ.)] означает элемент жизни и одновременно наименование официально оформившейся в 1960 г. науки — бионики, занимающейся изучением средств приспособляемости к существованию живых организмов, полезных для использования их в технике (например, в радиолокации, связи, навигации, авиации и т. д.). Мы применили этот термин для того, чтобы обозначить сходное, но по своему специфичное направление в архитектурной науке и практике, разрабатывающее основы практического применения в архитектуре законов формообразования структур живой природы. Принципы архитектурной бионики автором изложены в книге «Архитектура и бионика», М., 1971 и в статьях: «Конструктивные структуры в архитектуре и в растительном мире» в сб. № 1 «Вопросы современной архитектуры» — «Советская архитектура», М., 1961; «Бионический метод в архитектуре» в журнале «Архитектура СССР», М., 1970, № 6.
 
Общность принципов формообразования в архитектуре и живой природе основывается на сходстве некоторых функций.
 
Архитектура и живая природа подвергаются воздействию одних и тех же сил земной среды: гравитационного поля земли, механических и химических факторов и т. д. В результате как в архитектуре, так и в живой природе возникают сходные средства взаимодействия с этой средой (например, сходство конструктивных систем).
 
Кроме того, имеется сходство ряда физиологических функций живой природы и человека, а отсюда возникает сходство форм и средств взаимосвязи архитектуры и живых организмов с природно-климатической средой. Можно говорить о некоторых элементах единства законов развития живой природы, с одной стороны, архитектуры и города, с другой, как целостных функциональных систем, подчиняющихся общим законам динамики, равновесия, гармонии и т. д.
 
В бионике намечаются тенденции использования законов живой природы и в организации комплексного пространства города. Это известные проекты: город на острове Эллис Ф. Л. Райта (1960 г.), «Биотехнический город» — «Меза-Сити» П. Солери (1960 г.), город «Посейдона» П. Грийо и др. Причем, указанная тенденция имеет свою историю: «Город, развивающийся по спирали» Т. Фритча (1896), «Схема системы поселения», как бы состоящего из «живых клеточек» Эриха Глёдена (1923 г.), проект «Великой Москвы» С. Шестакова (1924 г.) и др.
 
Однако на современном этапе развития архитектурной бионики представляется возможным изучение в основном лишь функциональных элементов и отдельных связей целостной системы живой природы или подсистем.
 
Архитектурная бионика коснулась главным образом решения пространственной и конструктивной организации зданий и сооружений и прежде всего конструктивно-технической стороны архитектуры, например решения покрытий зданий, а также ее экологического аспекта (рис. 1а, б).
 
 
ресторан на берегу моря в г. Сан-Хуан (Пуэрто-Рико), напоминающий раковину, архитекторы Торо и Ферер, инженеры Вейдлингер и Сальвадори (1959 г.) павильон Болгарии на ЭКСПО-70 в виде раскрывшейся розы, конкурсный проект, 2-я премия, арх. Матей Матеев
Рис. 1. Аналогии архитектурных форм с природными
а — ресторан на берегу моря в г. Сан-Хуан (Пуэрто-Рико), напоминающий раковину, архитекторы Торо и Ферер, инженеры Вейдлингер и Сальвадори (1959 г.); б — павильон Болгарии на ЭКСПО-70 в виде раскрывшейся розы, конкурсный проект, 2-я премия, арх. Матей Матеев
 
 
Вместе с тем полученные результаты в этих областях архитектурной бионики безусловно окажутся полезными и для решения специфических проблем градостроительства, а также для проведения архитектурно-конструктивных бионических исследований и экспериментов в условиях развития новой тенденции строительства городов-домов или городов в пространстве, которым несомненно принадлежит будущее. Мишель Рагон так пишет об этом: «...повсюду в мире развивается движение, ратующее за градостроительство в пространстве; оно пока находится в стадии исканий, однако уже сейчас можно выявить главные его направления. В основе движения лежит конструктивная система, обеспечивающая восприятие пространственно распределенных усилий совместно работающими элементами несущей конструкции. Они дают возможность перекрывать большие площади без промежуточных опор»¹. Оговоримся, что роль конструкций в формировании городов будущего велика, но главная направляющая сила — социальная.
____________
¹ М. Рагон. Города будущего. М., 1969, с. 156—157.
 
Здесь интересны решения проблемы единства конструкции и ее формы, так как это обеспечивает не только эстетические достоинства сооружений, но и большую техническую эффективность, необходимую при строительстве высотных и большепролетных зданий.
 
С точки зрения закономерностей формообразования живой природы, связанных с действием механических сил, т. е. формирования ее конструктивных систем, большой интерес представляют свойства так называемых механических тканей, панцирей, скорлуп (животных, птиц, насекомых), среди которых имеются материалы, не уступающие по прочности стали.
 
Применение в архитектуре в качестве несущих конструкций тонких, легких, эластичных материалов, хорошо работающих на растяжение, заставляет нас с вниманием изучать тонкие, упругие пленки и ткани живой природы, не отнесенные биологами к механическим, но способные в определенных условиях успешно сопротивляться нагрузкам.
 
Образование механических тканей живых организмов и, в частности растений, связано с силами роста, влиянием гравитационного поля земли, ветровыми нагрузками и другими механическими факторами, а также температурно-влажностными изменениями и реакциями организма на инсоляцию и т. д. При комбинированном действии всех факторов возникает целый комплекс напряжений (сжатие, растяжение, сдвиг, продольный изгиб и т. д.) и соответствующая им сложная механическая структура организма. Для «конструкций» в живой природе характерны: распределение прочного материала по линиям главных напряжений; формирование растянутых гибких структур с малыми сечениями; поляризация напряжений и их взаимная нейтрализация, явление тургора или аэрогидростатики и т. д.
 
Особо нужно указать на очень важный для понимания процесса формообразования в природе принцип «сопротивляемости по форме» (термин применен П. Л. Нерви). В живой природе эта закономерность обнаруживается повсеместно. Варьированием изгибами формы в природе достигается укрепление опорных систем и экономия материала.
 
Организмы имеют специализированные опорные элементы для сохранения формы, составляющие, как правило, значительную часть их массы — сильнейшее средство, выработавшееся в борьбе за существование. В растительном мире — это ствол, корни и их каркасы — механические ткани, в животном мире — наружные скелеты (панцири — экзоскелеты), иглы-спикулы, внутренние скелеты позвоночных (эндоскелеты).
 
Если классифицировать природные формы по конструктивному принципу, прежде всего надо рассматривать природные стоечные, балочные системы и рамы: стебли растений, стволы деревьев и их ветви, опорные скелеты позвоночных и т. д.¹
____________
¹ Некоторые специалисты считают, что в природе нет балок. Мы с этим не согласны: в природе есть балки, хотя и специфичные, например позвоночный столб животного. Никто не может опротестовать наличие консольных балок (ветви деревьев и т. д.).
 
Изучение конструктивной структуры стволов деревьев может быть полезным для создания пружинящей конструктивной основы высотных сооружений, имеющих небольшую площадь опирания, и конструкций, используемых в районах, подверженных сильным ветрам и ураганам. Здесь образцом может служить, кроме того, позвоночный столб человека — система, состоящая из отдельных жестких элементов, соединенных эластичными прокладками в совокупности с мышечными тканями, которые представляют собой естественные канаты-ванты.
 
Бионичную форму эта идея приняла в одном оригинальном проекте, созданном еще в 1921 г. советским архитектором А. Лавинским, — «Город на рессорах». В наше время западногерманский архитектор Ф. Отто использовал принцип пружинности стебля или позвоночного столба в модели колокольни (рис. 2).
 
 
Рис. 2 Модель колокольни. Схема (1962 г.). Арх. Фрей Отто
Рис. 2 Модель колокольни. Схема (1962 г.). Арх. Фрей Отто
 
 
Конструктивная структура деревьев и стеблей растений следует принципу усиления механических тканей по линиям максимальных напряжений, но, одновременно, здесь развивается форма, соответствующая данному сочетанию механических усилий.
 
Интересна структура леса — стволов деревьев, кустарников в сочетании с ветвями, развитие которых подчиняется законам механической работы консольных балок, арок, рам. Принцип построения такой комплексной системы хорошо использовали ленинградские архитекторы С. И. Евдокимов, Е. В. Травников и инж. Г. Д. Лейбович в проекте катальных горок «Русские горы» (рис. 3).
 
 
Рис. 3. «Русские горы». Архитекторы С. И. Евдокимов, Е. В. Травников, инж. Г. Д. Лейбович
Рис. 3. «Русские горы». Архитекторы С. И. Евдокимов, Е. В. Травников, инж. Г. Д. Лейбович
 
 
Исследование вертикальных конструктивных форм живой природы позволяет выделить здесь некоторые тенденции формообразования. Прежде всего — это закон статичного конуса, или конуса гравитации — образование статичных конусообразных форм (конус основанием вниз), например, в растительном мире (ствол дерева), оптимальных для восприятия ветровых нагрузок и действия сил тяжести. При этом асимметричное действие ветровых нагрузок порождает асимметричную форму конуса ствола дерева, сильные ветры делают этот конус более приземистым, чем слабые ветры. Аналогами конуса гравитации могут служить: горные образования, куча песка, повисшая на травинке капля дождя, груша и т. д.
 
Тема конуса гравитации неизбежно обнаруживается в конструктивных решениях Эйфелевой башни в Париже, Шуховской радиобашни и Никитинской телевизионной башни в Москве, в сооружениях перспективной застройки Токио Кензо Танге, в городах-пирамидах Поля Мэймона и других сооружениях.
 
Используя наблюдения биологов, чешские архитекторы и инженеры построили радиотелевизионную башню в горах (район Ештеда) в виде низкого конуса с параболическим очертанием поверхности. Скорость ветра там достигает 80 м/сек.
 
В рассматриваемом законе конуса для вертикальных систем необходимо отметить тенденцию, противоположную первой — конуса роста, или образование конуса вершиной вниз в результате роста семени растения. Наглядно конус роста наблюдается также на примере развития многих видов раковин. Такая тенденция конусообразного роста усложняет форму, делает ее более органичной и часто маскирует в ней первую тенденцию (рис. 4).
 
 
Рис. 4. Конус силы тяжести, конус роста. Схема
Рис. 4. Конус силы тяжести, конус роста. Схема
 
 
Форма проявления «роста» в архитектуре может выступать как символ жизни и развития, в определенной степени отражающей и ее функцию: проекты города будущего «Плаг-ин-сити» архитектора Кука, «Интра-Хауз» архитектора Вальтера Йонаса и т. д.¹. Сочетание той и другой тенденции в архитектуре может порождать уравновешенные и одновременно функционально оправданные формы. Например, всем известная водонапорная башня инж. В. Г. Шухова на Нижегородской ярмарке (1896 г.), проект памятника Христофору Колумбу арх. К. Мельникова (1929 г.), водонапорная башня вблизи Алжира инж. Р. Саржера (1964 г.).
____________
¹ М. Рагон. Города будущего. М., 1969, с. 182 и 192.
 
Форма, состоящая из конусов гравитации и роста, стала лейтмотивом в проекте-идее «Кибернетического города» французского художника и архитектора Николая Шеффера (1965 г.). Мишель Рагон пишет об этом и других городах, задуманных Шеффером: «Форма этих городов, по Шефферу, строится на сочетаниях горизонталей и вертикалей. Запроектированные им сооружения городов отдыха имели самые неожиданные формы: они выпуклые, пластичные, а подчас заимствованы у живых организмов»¹. Действительно, формы сооружений Шеффера похожи на форму груши, скорлупы кокосового ореха, оболочки тыквы и т. д.
____________
¹ Там же, с. 254.
 
Широкое распространение в природе имеют плоские и пространственно-изогнутые ребристые, сетчатые, перекрестные (пространственные решетки) конструкции. В этих системах одни элементы структуры, например пленки листа дерева, достигают минимального сечения за счет других — ребер. Ребра, выполняя основную несущую функцию в системе, следуют линиям главных напряжений, занимая, таким образом, наивыгоднейшее положение с точки зрения статики. Консоль листа лопуха, достигающая 60—80 см длины, имеет соотношение конструктивной высоты сечения пленки листа к этому пролету, равное 1:1200 — 1:1400. В здании Национального центра промышленности и техники в Париже, имеющем один из наибольших пролетов в современной практике конструирования, показатель отношения конструктивной высоты покрытия (2 м) к пролету (215 м) составляет 1:100. При этом лист лопуха находится в более сложных условиях механической работы, чем покрытие этого здания, опирающееся на три точки опоры (конечно, в этом сравнении есть некоторая условность).
 
Использование в архитектурных сооружениях ребристой структуры, отвечающей главным напряжениям в конструкции, может дать интересные технические и композиционные результаты (работы П. Л. Нерви: плоское покрытие фабрики Гатти в Риме, складчатое покрытие главного зала Туринской выставки со свободным пролетом, равным 98 м, складчатое покрытие Дворца выставок в Ницце, — в которых как аналог использовались мезо- и микроструктура листа дерева, листа экзотического растения Виктории-регии, и форма складчатых листьев).
 
Перспективна для архитектуры область исследования перекрестных или пространственных решетчатых систем живой природы: радиолярии, диатомовые, микроструктура губчатой части кости, лист дерева и т. д. В этих системах особенно ярко проявляется принцип анизотропности, или распределения материала, рассчитанного на самые случайные и самые разнонаправленные действия нагрузок. В этом смысле природные структуры универсальны. В архитектурной практике решетчатые системы используются в работах Ф. Отто, П. Солери, Э. Кастильони и др.
 
Тонкостенные гладкие оболочки-скорлупы также широко распространены в природе: гладкая раковина, птичье яйцо, череп человека и т. д. В них нашел свое выражение принцип механической «сопротивляемости по форме». Главное, что могут отсюда извлечь архитекторы и конструкторы, — вариантность конструктивной формы. Но нужно учесть, что оболочки, имеющие гладкие наружные и внутренние поверхности, могут быть в мезо- и микроструктуре очень сложными (скорлупа яйца, череп человека и т. п.). Оболочки в природе, как правило, несимметричны, что обусловлено несимметричным действием нагрузок.
 
В большинстве случаев и на оболочки в архитектуре действуют несимметричные нагрузки. Вполне возможно, что в будущем техника позволит возводить именно такие оболочки, более экономичные и рациональные, чем симметричные оболочки, применяемые в современной практике. Конструктивно-асимметричное построение оболочек уже можно найти в работах О. Нимейера (монастырь Сент-Бом), Э. Торрохи (клуб Тахира в Южной Америке) и др.
 
Особый интерес представляют работающие на растяжение аэрогидростатические системы. Принцип аэрогидростатики в практике строительства начал применяться, по-видимому, не на основе аналогий с живой природой, а скорее по образцу технических систем (аэростат, пожарный шланг, камера автоската и т. д.). Однако создание первых аэрогидростатических конструкций натолкнуло на мысль использовать ценные свойства живой природы в дальнейшем развитии таких систем. Аэрогидростатическое давление в живых организмах активно влияет на их формирование, в результате чего возникают разнообразнейшие комбинации форм (плавательные пузыри рыб, патисоны, яблоки, помидоры, гранаты и т. д., в которых почти отсутствуют арматурные ткани, тем не менее они упруги). Перейти от простого надувного баллона к сложной, комплексной форме во многих случаях помогла живая природа (работы польских архитекторов и инженеров А. Болтуча, А. Тарчевского и др., а также Ф. Отто, В. Бирда, В. Ланди и т. д.).
 
Природа создает вантовые и стержне-вантовые системы. Они совершеннее существующих искусственных, например костно-мышечная система животных, паутина, состоящая из сложных поверхностей вращения, и т. д. Проблема экономичных и легких конструкций, работающих на растяжение, особенно интересует сейчас архитекторов.
 
Серьезное внимание должно быть уделено закономерностям повторяемости однотипных элементов в живой природе.
 
У живых организмов в процессе самопостроения наращиваются все новые, повторяющиеся по форме элементы, что дает им возможность выполнять заложенную в них генетическую программу и экономно расходовать энергию, время, материал. Вместе с тем повторяющиеся элементы и возникающие между ними связи в природных формах образуют многообразные комбинации, воспринимаемые нами как проявление объективных законов гармонии.
 
Законы повторяемости элементов в живой природе полезно использовать в условиях индустриализации строительного производства. Должны быть изучены формы и сочетания повторяющихся элементов, входящих в системы «упаковок» (плотное заполнение плоскости или пространства однотипными или разнотипными по форме элементами).
 
Так, наблюдая структуру пчелиных или осиных сот, ученые пришли к выводу, что наиболее экономична в отношении затрат материала решетка, составленная из плотно сомкнутых, правильных шестиугольников или шестигранников. Она дает при равных условиях наименьшую длину перегородок на данную площадь или объем по сравнению с другими правильными фигурами, плотно и равномерно заполняющими плоскость (квадратами, треугольниками или образованными на их основе призмами). Не случайно в живой природе часто встречаются решетки из правильных шестиугольников и шестигранников: панцири черепах, чешуя змеи, проводящие сосуды в стеблях растений, кораллы, радиолярии, диатомовые водоросли, живые клетки и т. д.
 
Однако это касается композиций, развивающихся примерно одинаково в ширину и в длину. В «цепочках» наименьшую длину перегородок дает композиция из треугольников или треугольных призм.
 
В живой природе не так часто можно встретить абсолютно подобные элементы. Предельная однотипность, доходящая до абсолютной геометрической правильности и симметрии, наблюдается в организмах, живущих в постоянной, мало изменяющейся среде, симметричной в физическом понимании, например в воде. Наиболее живописные и фантастические природные формы появляются в условиях свободного развития, а не в плотных «упаковках». Вместе с тем организм, живописный по форме, может состоять из элементов, плотно упакованных в микроструктурах.
 
Возможно, что существует единый модуль, который соразмеряет все элементы одной живой структуры и тем самым композиционно объединяет разнообразные по характеру элементы. В повторяющихся элементах природы отражена закономерность целого.
 
Закономерность повторяемости стандартных элементов природы плодотворно используется в строительстве куполов (работы М. С. Туполева, Б. Фуллера, Ф. Отто, Р. Ле Риколе, Г. Гюншеля и т. д.).
 
В проекте-идее «Города-кратера» художник и архитектор Шанеак (псевдоним Жана-Луи Рея) «строит здание» города из железобетонных звездообразных элементов, подобных спикулам морской губки (рис. 5 и 6).
 
 
Рис. 5. Проект пространственного «Города-кратера», в котором использованы конструктивные звездообразные типовые элементы (1963 г.). Арх.-худ. Шанеак
Рис. 5. Проект пространственного «Города-кратера», в котором использованы конструктивные звездообразные типовые элементы (1963 г.).
Арх.-худ. Шанеак
 
 
Рис. 6. Стандартный элемент в структуре морской губки
Рис. 6. Стандартный элемент в структуре морской губки
 
 
Рассмотренные нами выше закономерности формообразования живой природы касались структуры конструктивно-тектонических систем.
 
Исследование конструктивных свойств живого мира дало возможность обратить внимание на одну из закономерностей формообразования, свойственную как архитектурно-конструктивным, так и природным формам, — формообразование конуса. Можно указать еще на некоторые общие принципы формообразования.
 
Интересна и такая закономерность в природе, как дифференциация формы: постепенное ее облегчение от центра или центральной оси к периферии (ствол дерева и ветви, нерватура листа дерева, кости эндоскелета, структура радиолярий и т. д.), что обусловлено воздействием механических сил и физиологическими потребностями организмов. В архитектуре подобная закономерность проявляется в вертикальных опорных конструктивных системах с консолями, расходящимися от вертикальной оси, в ребристых и сетчатых покрытиях, в аэростатических системах и т. д.
 
И еще одно наблюдение: постепенность перехода одного элемента в другой, вертикальной формы в горизонтальную и возникновение переходных форм соединения различных элементов (корней дерева и ствола, ствола и ветвей, ветвей и листьев). Для природных форм характерно отсутствие резких переходов, которые порождали бы дополнительные напряжения в элементах структуры. В этом особенно тонко проявляется конструктивная логика природных форм, непрерывность их развития в пределах одной структуры, нашедшая ранее свое замечательное отражение в греческом ордере.
 
Но исследование форм живой природы не может быть ограничено вышесказанным.
 
Огромное значение имеют экологические основы формообразования. Исследование условий развития биоформ в природно-климатической среде позволит применить проявляющиеся здесь закономерности в архитектуре, например средства регуляции температурно-влажностного режима и инсоляции, аналогичные средствам, созданным живой природой. Это относится как к материальным и конструктивно-изолирующим средствам, так и к решению градостроительного пространства и архитектурной формы.
 
Актуальность проблемы обусловлена оторванностью современного человека от естественной природы и стремлением компенсировать эту потерю созданием постоянного благоприятного микроклимата в городах, жилых и рабочих помещениях, где люди проводят большую часть своей жизни. Одновременно эта проблема приобрела особую остроту в условиях широкого применения стекла и облегченных ограждающих конструкций зданий, снизивших их тепловую инерцию.
 
В такой ситуации необходимо обеспечить соответствие между метеорологическими факторами среды и физиологическими потребностями человека. Решение подобной комплексной задачи может нам подсказать живая природа, в которой неразрывно единство живого организма со средой.
 
Архитектурно-бионическая климатология найдет также применение и в строительстве различных технологических сооружений промышленных предприятий и города-емкостей для хранения воды, газов, горючих материалов, а также прокладки коммуникаций и т. д., где функциональные процессы имеют много точек соприкосновения с функциональными процессами органического мира. Климатологический аспект архитектурной бионики основывается как на исследованиях природы, так и на данных строительной физики, раскрывающих проблемы архитектуры в этом плане. Однако их методы различны.
 
Строительная физика изучает метеорологические факторы и их воздействие на физиологические процессы человеческого организма; архитектурно-бионическая климатология сопоставляет физиологические потребности человека и других природных органических систем и выявляет средства взаимодействия последних с природно-климатическими условиями, которые могли бы удовлетворить потребности человека.
 
Средства приспособления к климату у живых организмов разнообразны.
 
Здесь прежде всего прослеживается в филогенезе и в онтогенезе характер формы, ее размерность и структурность в зависимости от природно-климатических условий существования организма. Иначе говоря, в живых формах находит свое выражение действие не только механических сил, но и метеорологических факторов. Изучая последние во взаимодействии с формой живых организмов (в макро- и микроструктуре), можно получить полезные результаты для архитектуры. Например, интересно расположение листьев у растений, обусловленное стремлением освоить, особенно в северных и средних широтах, как можно больше солнечных лучей. Отсюда возникают различные системы расположения листьев: спиральная, мутовчатая, супротивная и т. д.; особую, в основном конусообразную, форму приобретают кроны деревьев, меняется форма листьев даже в пределах одного организма (это явление, исследованное советским ученым Н. П. Кренке, называется гетерофиллией); посредством изменения формы сокращается поверхность испарения в жарком и сухом климате и т. д.
 
Архитектор Ж. Грандваль размещает балконы жилого дома и придает им форму в соответствии с природными принципами листорасположения и формой лепестков и листьев или системой расположения зерен в початке кукурузы, колоске ржи.
 
Покровные ткани — эти своеобразные ограждающие конструкции — являются другим средством, стабилизирующим физиологический режим организмов. Они могут служить интересным примером разрешения противоречия между изоляцией организма от неблагоприятных климатических факторов и установлением единства с климатической средой (кожа человека, скорлупа яйца, кожица зерен злаков, оболочки вирусов). В этом отношении и одежда человека из искусственных материалов по своим свойствам далеко отстает от природных оболочек. Принцип структурного построения покровных тканей живых организмов может использоваться при конструировании ограждений типа «дышащая стена». Решение этой проблемы также очень важно для подводного строительства.
 
 
Рис. 7. Изменение положения листьев белой акации в соответствии с изменением высоты стояния солнца над горизонтом а — утром; б — днем; в — вечером
Рис. 7. Изменение положения листьев белой акации в соответствии с изменением высоты стояния солнца над горизонтом
а — утром; б — днем; в — вечером
 
 
Большой раздел эколого-климатической части архитектурной бионики составляет анализ авторегуляции форм в живой природе, в первую очередь обратимых изменений формы и положения тех или иных элементов в пространстве в зависимости от действия солнечной инсоляции, температуры и влажности — тропизмов. Изменения формы связаны здесь с незамедлительной реакцией на периодические перемены климатических условий, например изменение положения листьев белой акации в зависимости от положения солнца над горизонтом (рис. 7). В архитектуре этот принцип используется в работах югославского архитектора А. Мутняковича (рис. 8).
 
 
Рис. 8. Вилла с автоматически поднимающимися и опускающимися элементами кровли. Арх. А. Мутнякович (ФНРЮ). Общий вид
Рис. 8. Вилла с автоматически поднимающимися и опускающимися элементами кровли. Арх. А. Мутнякович (ФНРЮ).
Общий вид
 
 
Особенно перспективно применение авторегуляции в аэрогидростатических системах. Так, например, можно было бы использовать свойства газов расширяться и изменять свой цвет в зависимости от изменения температуры и солнечного облучения. Соответствующая смесь газов, заключенная под давлением между двумя упругими и прозрачными пленками покрытия оранжереи или туристической палатки, с усилением инсоляции увеличивалась бы в объеме и меняла цвет с теплых тонов на холодные, повышая изолирующую способность покрытия. Одновременно архитектурная форма приобрела бы способность к обратимым изменениям во времени¹ (рис. 9).
____________
¹ Конечно, здесь нельзя обойтись и без разрешения таких технических вопросов, как преодоление тепловой конвекции газов. Однако природа поможет решить и этот вопрос.
 
 
Рис. 9. Авторегулирующаяся аэростатическая система. Предложение арх. Ю. С. Лебедева а — общий вид туристического городка; б — схема изменения формы «палатки» в связи с изменением солнечного освещения
Рис. 9. Авторегулирующаяся аэростатическая система. Предложение арх. Ю. С. Лебедева
а — общий вид туристического городка; б — схема изменения формы «палатки» в связи с изменением солнечного освещения
 
 
Архитектурная бионика в эколого-климатическом аспекте обращается также к изучению живой природы, как определенным образом организованному пространству (в основном к растительному миру в сочетании его с земным покрытием), рассматривая в целом изменения всей системы в зависимости от действия климатических факторов — экологические структуры арх. Ян. Любича-Нича (рис. 10).
 
 
Рис. 10. Экологические и комплексные структуры. Жилой район «Рубероид» (США). Проект, 1962 г. Арх. Ян Любич-Нич
Рис. 10. Экологические и комплексные структуры. Жилой район «Рубероид» (США). Проект, 1962 г. Арх. Ян Любич-Нич
 
 
Необходимо указать также на ряд формообразующих факторов природы, представляющих интерес для архитектуры, но пока еще мало изученных.
 
Это относится, например, к феномену цвета в его функциональном значении.
 
Наиболее важно изменение цвета в зависимости от температурного режима и инсоляции, способствующее поддержанию постоянства внутренней среды организма. Интересны также ориентирующие свойства цвета во взаимодействии с освещенностью (для выявления, например, форм архитектуры посредством цвета в различном световом климате и в связи с изменением светового режима в течение суток). Изучение функциональных отношений цвета в живой природе поможет лучше понять гармонию цвета, которой давно занимаются архитекторы.
 
Еще одно перспективное направление — изучение закономерных связей между различными функциональными элементами отдельных живых организмов и природы в целом (особенно важно для градостроительства). Сюда входят: иерархия связей живых организмов и их функциональных элементов, сочетание деятельности главных и автономных центров управления жизнедеятельностью организмов, связь этих центров со структурой живых форм, что во многом определяется такими важными законами природы, как корреляция и компенсация. Здесь должны быть исследованы установление коммуникаций между отдельными функциональными элементами, их автотрансформация и взаимозаменяемость, развитие элементов во времени, накопление масс (узлов) и создание разрядок и т. д. Это будет способствовать также изучению и применению в архитектуре замечательного принципа природы — накопления информации, без которого не может быть решена проблема саморегуляции.
 
Изучение и использование законов формообразования живой природы в архитектуре поможет подойти к решению проблемы единой системы саморегулирующейся, динамичной архитектурно-пространственной среды, способной к обратимым изменениям в соответствии с изменениями климатических условий и поддержанию своего «гомеостазиса». На основе изучения законов связи формы и роста в природе можно уже сейчас говорить о «саморастущих», запрограммированных конструктивных и изолирующих системах в архитектуре.
 
Вместе с утилитарными факторами живой природы в архитектуру вносятся и определенные формальные особенности биоформ, что ставит перед архитектурной бионикой определенные эстетические проблемы.
 
Одновременно было бы неправильно думать, что эстетические проблемы архитектурной бионики касаются оценки красоты форм природы. Это не совсем так. Эстетические проблемы имеют здесь свои особенности, связанные с психологией восприятия бионических архитектурных форм. Это и влияние ассоциативных представлений, и непривычность сочетания биоформ с архитектурной функцией и др.
 
Проблема эстетического освоения природных форм в архитектурной бионике связана также с изменением размеров при переходе от малых (по сравнению с искусственными сооружениями) природных форм к архитектурным. По законам тектоники изменение размеров влечет за собой, например, изменение свойств конструкций, что, в свою очередь, ведет к необходимости корректировки форм в архитектурно-бионическом процессе.
 
В архитектурной практике наблюдаются синтезированные архитектурно-бионические формы, в которых гармонично взаимодействуют общие закономерности формообразования, присущие разным формам живой природы. Примерами служат отдельные работы Нерви, Отто, Торо, Ферера, Вейдлингера, Сальвадори, Кастильони и др.
 
Учитывая общественный характер архитектуры, ее важную эстетическую и идеологическую роль, надо отметить, что в архитектурной бионике большое значение приобретает преодоление формалистических тенденций, для которых характерно механическое перенесение форм живой природы в архитектуру, или, с другой стороны, преувеличенная для архитектуры формализация биологической функции (которая, однако, служит элементом общей функции архитектуры и связана с необходимостью удовлетворения биологических потребностей человека). К подобным крайне формалистическим работам можно отнести: проект виллы на берегу ручья в виде раковины с хищно раскрытыми створками П. Хаузермана (Швейцария), построенную автостоянку в форме доисторического животного Д. Иогансена (США), проекты г. Аквила П. Ж. Грийо (Франция), «Химико-биологического города» Катавалоса (США) и др. По-видимому, указанный выше город «Меза-Сити» Паоло Солери тоже во многих своих чертах формалистичен.
 
Архитектурно-бионический метод требует творческого подхода и использования не огульно-внешних форм живой природы, а форм, отражающих закономерности, сходные с принципами формирования архитектуры.
 
Важно отметить также, что исследование законов формообразования живой природы позволит углубить понимание сущности архитектурных процессов. Например, взаимосвязи функции и формы в их динамике и развитии, соотношения органического (в том числе понятия «органической архитектуры») и функционального, функционального и гармоничного, функции и красоты, целесообразного и эстетического и т. д.
 
Закономерности развития живой природы свидетельствуют о том, что функция и форма никогда не приходят к абсолютному единству, иначе прекратится развитие; их единство, следовательно, относительно. Поэтому совершенно закономерно наличие на отдельных этапах развития архитектуры противоречий между функцией и формой. Одновременно в какие-то моменты возможно возникновение синтеза, вновь разрушающегося и вновь возникающего.
 
Изучение живых организмов как оптимальных целостных систем (а они на каждом этапе своего развития представляют собой, несмотря на все присущие им внутренние конфликты, все же целостные, хотя и дискретные, системы) приводит к мысли о необходимости более углубленного понимания взаимосвязи функции (жизненного назначения) и формы в архитектуре. Мы должны не разделять архитектуру на функцию и форму, а рассматривать ее как целостную систему с точки зрения оптимальности удовлетворения ею человеческих потребностей.
 
 
Динамический город, построенный из «клеток» — производственно-жилых районов. Проект-идея арх. Ю. С. Лебедева
Рис. 11. Динамический город, построенный из «клеток» — производственно-жилых районов.
Проект-идея арх. Ю. С. Лебедева
1 — жилая часть комплексного района; 2 — вредное в санитарно-гигиеническом отношении производство с автоматическим управлением на расстоянии А; 3 — безвредные производства; 4 — формирование городского общественного центра при дальнейшем укрупнении города; 5 — зеленые зоны и зоны отдыха; 6 — направление преобладающих ветров; 7 — направление развития города; 8 — железная дорога; 9 — сельскохозяйственные зоны; Ц — общественные центры комплексного района
 
 
Органические принципы, используемые ранее в архитектуре, постепенно сформировали современное нам бионическое направление, которое и легло в основу идеи «бионического города» (а не «биологического», не «биотехнического», не «биохимического» и т. д.), являющегося синтезом законов построения города и формообразования живой природы.
 
«Бионическому городу», по нашему мнению, должны быть свойственны следующие основные принципы:
 
системность, отход от механического сложения элементов города к их функциональной гармонии, к взаимосвязи всех их частей, к единству целого и частного, к подчинению частного целому. Именно здесь должны проявляться такие биологические законы, как корреляция и компенсация — регуляторы целостности организмов. Принцип «системности», «комплексности», получив свое отражение в советском градостроительстве 20-х годов, постепенно развивался на протяжении всей истории советского градостроительства (проекты г. Сталинграда Александра и Леонида Весниных — 1930 г., «Зеленого города» М. О. Барща и М. Я. Гинзбурга — 1929 г., «Города-коммуны» Г. М. Крутикова, В. А. Лаврова и В. С. Попова — 1929 г., «Социалистического города» Н. А. Милютина — 1930 г. и др.). В современном советском градостроительстве принцип комплексности нашел свое отражение в теории и практике градостроительства крупных жилых районов города и производственно-жилых районов (рис. 11) и т. д.;
 
динамичность — возможность свободного развития и роста городов, учитывающаяся при проектировании новых и в периоды реконструкции старых городов, заложенная как в планировочных, так и в конструктивных решениях (в советском градостроительстве, например, проект «Города-ракеты» И. А. Ладовского, предложения А. В. Иконникова и К. Пчельникова и др.);
 
саморегуляция — накопление информации электронным мозгом города о всех сторонах его жизни и потребностях и на этой основе управление его развитием (перемещение населения в соответствии с потребностями производства и емкостью транспорта, размещение производственных предприятий и построение транспортных сетей, изменение положения районных административных центров, размещение «легких» города — его зеленых насаждений и т. д.), поддержание постоянства благоприятной среды — гомеостазиса города;
 
совершенствование города в функциональном отношении, превращающееся в историческую тенденцию (именно такая общая тенденция свойственна живой природе, хотя она и действует наряду с деградацией отдельных форм).
 
Не вызывает никакого сомнения, что комплексное взаимодействие этих четырех принципов сообщит городам будущего новые, не свойственные современным городам черты.
 
В заключение отметим, что архитектурно-бионический метод не противостоит другим методам, используемым в архитектуре. Он дополняет их и помогает найти ключ к пониманию гармонии в архитектуре.
 
 

7 августа 2017, 21:22 0 комментариев

Комментарии

Добавить комментарий

Партнёры
АО «Прикампромпроект»
Pine House Corporation
Копировальный центр «Пушкинский»
Стоматологический салон «Центральный»
Компания «Вентана»
Компания Алюм Дизайн
Джут