Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Опыт проведения исследований и практических разработок архитектурных объектов на основе пневматических конструкций 14
1.1. Основные исторические этапы развития пневматических конструкций 14
1.1.1. Прототипы пневматических конструкций 14
1.1.2. Опыт применения пневматических конструкций за рубежом в XX веке 16
1.1.3. Отечественный опыт применения пневматических конструкций в XX веке 27
1.2. Анализ материалов и конструктивных систем пневматических сооружений XX века 31
1.2.1. Классификация пневматических конструкций в XX веке 31
1.2.2. Специфика создания объемно-пространственных форм пневматических сооружений 34
1.2.3. Материалы пневматических оболочек в XX веке 39
Выводы по 1 главе 44
Глава 2. Анализ формирования архитектурных объектов на основе пневматических конструкций и тенденции их развития в XXI веке 46
2.1. Современные факторы развития пневматических конструкций 46
2.2. Классификационные особенности пневматических конструкций в XXI веке и анализ современных материалов 48
2.2.1. Классификация пневматических конструкций в XXI веке 48
2.2.2. Методы формообразования пневматических конструкций в дигитальной архитектуре 50
2.2.3 Особенности использования новейших материалов пневматических оболочек и их основные свойства 56
2.3. Типологические особенности проектирования и создания архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в XXI веке 60
2.3.1. Зрелищные и культурно-просветительские пневматические объекты 61
2.3.2. Пневматические здания и сооружения транспортного назначения 69
2.3.3. Спортивные пневматические объекты 72
2.3.4. Аграрно-культивационные пневматические здания и сооружения 77
2.3.5. Многофункциональные пневматические объекты 80
2.3.6. Пневматические конструкции в жилой архитектуре 84
2.3.7. Пневматические сооружения в экстремальных условиях 86
2.3.8. Пневматические объекты как элемент современного искусства 91
Выводы по 2 главе 95
Глава 3. Принципы формирования архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в XXI веке 97
3.1. Эксплуатационно-технологические особенности формирования архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в контексте их типологии 98
3.1.1 Принцип автономности при эксплуатации 98
3.1.2 Принцип адаптивности 101
3.2. Динамические особенности формирования архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в контексте интерактивности 107
3.2.1 Принцип трансформативности 107
3.2.2 Принцип быстровозводимости 110
3.3. Формообразующие особенности проектирования архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в контексте эстетики 115
3.3.1 Принцип биоморфии 115
3.3.2 Принцип управления формой 119
3.3.3 Принцип комбинирования 123
3.4. Социально-экономические особенности формирования архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в контексте их устойчивого развития 126
3.4.1 Принцип экологичности 126
3.4.2 Принцип экономичности 130
3.5. Рекомендации и предложения по проектированию и эксплуатации архитектурных объектов на основе пневматических конструкций 131
Выводы по 3 главе 132
Заключение и основные результаты исследования 133
Список литературы 137
Основные публикации по теме диссертации 151
- Опыт применения пневматических конструкций за рубежом в XX веке
- Методы формообразования пневматических конструкций в дигитальной архитектуре
- Пневматические объекты как элемент современного искусства
- Принцип экологичности
Опыт применения пневматических конструкций за рубежом в XX веке
Анализ исторического опыта развития пневматических конструкций в XX веке за рубежом показал, что разработки начала XX века принадлежат английскому инженеру Ланчестеру Ф.У., который внес вклад в изучение аэродинамики и получил первый оригинальный патент на пневматическую систему полевых больниц, поддерживаемых внутренним давлением воздуха, в 1917 году (английский патент № 119339) [15, 56, 137]. С течением времени (спустя 20 лет), Ланчестер Ф.У. разработал проект пневматического выставочного здания диаметром 330 метров.
Идеи Ланчестера Ф.У. не были реализованы их-за отсутствия необходимых технологий, однако, его разработки продемонстрировали потенциальные возможности пневматических конструкций, как альтернативного метода строительства, и оказали влияние на последующее развитие направления. В подтверждение вышесказанного следует упомянуть слова архитектора Дента Р.: «Несмотря на то, что Ланчестер не смог реализовать свои предложения, его, безусловно, можно по праву назвать основоположником пневматического строительства» [57, с. 30].
С течением времени, в 1930-е годы, пневматические оболочки применяли в качестве специальных строительных средств для монтажа сборных куполов и опалубки тонкостенных бетонных оболочек, но эти способы использования пневматических конструкций не получили большого распространения. Из патентных разработок того времени необходимо выделить палатку с надувными ребрами9, разработку надувного ангара10 и воздухоопорную оболочку Стивенса Г.11 [15].
Таким образом, можно сказать, что в первой половине XX века, амбициозные проекты опережали существующие возможности в отношении технологий изготовления пневматических конструкций, что послужило сдерживающим фактором в процессе их развития.
Предпосылкой к дальнейшим исследованиям пневматических конструкций послужила Вторая мировая война (1939-1945 годы). Вследствие военного положения в строительной отрасли не могли продолжать применять дорогостоящие конструкции, так как было необходимо финансировать военную промышленность. В частности после увеличения ВВС США числа радаров в Северной Канаде, Аляске и Арктике с целью патрулирования воздушного пространства над Северной Америкой, потребовались определенные сооружения для укрытия радиолокаторов от воздействия экстремальных климатических условий [23, с. 187]. Перед архитекторами и инженерами того времени была поставлена задача в создании быстровозводимых сооружений, которые экономически целесообразны [105]. Наряду с этим военные инженеры принимали во внимание, что толстостенные оболочки в укрытиях недопустимы, так как могут помешать сигналам радаров, вследствие чего ВВС США приняли решение обратиться к исследователям во главе с У. Бэрдом с целью спонсирования разработки тонкостенных сооружений.
Реализация идеи Бэрдом У. началась в середине 1940-х годов в Корнеллской авиационной лаборатории в исследовательском центре Буффало, Нью-Йорк. Первое реализованное пневматические сооружение представляло собой, так называемый «обтекатель»12, разработанный для ВВС США. Купол был построен в 1946 году и представлял собой тонкостенное неметаллическое защитное укрытие для крупномасштабной наземной радиолокационной установки [43]. Целесообразно сказать, что проект Бэрда У. был исполнен благодаря достижениям в технологии изготовления материалов (купол был сконструирован из неопрена13 покрытого стекловолокном). В последующие годы Бэрдом У. было реализовано более ста воздухоопорных укрытий в экстремальных климатических условиях северной границы, которые продемонстрировали надежность и практичность пневматических конструкций [57].
Основанием к гражданскому строительству пневматических воздухоопорных архитектурных объектов послужило открытие Бэрдом У. компании «Birdair» в 1956 году. Возглавляя команду специалистов, инженер начал коммерческое применение пневматических конструкций в проектах складов и покрытий для спортивных сооружений и бассейнов. Впоследствии, в 1957 году на обложке журнала «LIFE» был изображен дом основателя компании Бэрда У. в Буффало, Нью-Йорк, где в зимний период над бассейном была установлена воздухоопорная конструкция [44].
Впоследствии, в 1960 году американский архитектор Ланди В. и инженер Бэрд У. разработали проект выставочного павильона Комиссии по атомной энергии14 США «Атомы для мира», открытие которого состоялось в Буэнос-Айресе, Аргентина [40]. Помимо этого, павильон был представлен в Мехико и Сантьяго в 1962 году, и позднее в Дублине, Анкаре, Тегеране, Багдаде и Тунисе [102]. Сооружение было сконструировано в сотрудничестве с фирмой «Birdair» и состояло из двух нейлоновых оболочек с виниловым покрытием.
Следует отметить, что в те же годы американский архитектор Фуллер Р.Б. также исследовал конструктивные возможности пневматических оболочек в геодезических куполах, в которых продемонстрированы преимущества структурной системы «тенсегрити»15 [82]. Одним из наиболее амбициозных проектов Фуллера Р.Б. с применением пневматических конструкций, была идея создания серии сферических плавучих сооружений «Cloud Nine» (диаметром 800 метров) на 1000 человек, приводимых в движение посредством нагрева воздуха внутри сфер [106]. Помимо этого, в 1962 году Фуллер Р.Б. предложил проект пневматического купола для укрытия Манхэттена, Нью-Йорк. Концепция потребовала бы радикального преобразования окружающей среды и не была реализована, однако, его разработки внесли значительный вклад в развитие пневматических конструкций.
Разработки указанных архитекторов и инженеров способствовали формированию тенденции к созданию мобильных и быстровозводимых объектов в различных сферах. Доказательством сказанному могут служить разработки NASA16 с применением пневматических конструкций в середине XX века. Так, в 1960 году в штате Северная Каролина, США, был запущен коммуникационный шар «Echo», как первый в мире спутник связи, который отражал радиолокационные сигналы с низкой околоземной орбиты. Структура имела диаметр 30,5 метров, весила 68 килограмм и была выполнена из металлизированной оболочки толщиной 0,5 миллиметра. Выбор материала был обусловлен минимальным аэродинамическим сопротивлением [106].
Теоретическим изучением пневматических конструкций наряду с другими исследователями занимался немецкий архитектор Отто Ф. Его труды в области формообразования пневматических конструкций обеспечили техническую основу для их дальнейшего развития, а 1960-1970-е годы XX века характеризуются высоким уровнем интереса к исследуемому направлению.
Помимо этого, Отто Ф. основал в 1964 году Институт легких конструкций в университете Штутгарта17, по материалам которого представлен атлас пневматических форм в работе Сапрыкиной Н.А. «Основы динамического образования» (табл. 4) [25, с. 284-304]. В последующем, в 1967 году в Штутгартском университете Отто Ф. организовал первый международный коллоквиум по пневматическим конструкциям, который посетили такие исследователи как Бини Д., Ланди В., Бэрд У., Прайс С., Лэнг Н., Ислер Х.
В отношении проектных разработок Отто Ф., следует упомянуть, что архитектор в сотрудничестве с Танге К. представил идею пневматического воздухоопорного купола в Арктике, диаметром 2 километра, на 40 000 жителей в 1971 году [12, 89]. Проект отражал высокую степень доверия к конструктивным возможностям пневматических систем. Наряду с Фуллером Р.Б. и его ранее упомянутой идеей проекта пневматической оболочки над Манхэттеном, Отто Ф. придерживался мнения, что технически возможны воздухоопорные сооружения с пролетом более 2000 метров.
Вместе с тем, на развитие пневматических конструкций в середине XX века оказали влияние идеи архитекторов-утопистов. Так, в течение 1960-1970-х годов сформировались группы архитекторов, которые отрицали принципы модернистской архитектуры и концептуальные проекты которых им противопоставлялись. К таким группам относились: «Archigram», «AntFarm», «Haus-Rucker-Co», «Utopie», «Coop Himmelblau» и «UFO». Указанные коллективы архитекторов и художников использовали пневматические конструкции в качестве инструмента для изменения традиционных представлений об архитектуре, что обусловлено появлением недорого массового пластика [137].
Лондонская группа «Archigram» – молодые архитекторы, целью которых было распространение своих идей посредством графики и публикаций журнала, первый выпуск которого вышел в мае 1961 года. Архитекторы «Archigram», а именно, Чок У., Кромптон Д., Кук П., Грин Д., Уэбб М. и Херрон Р. продвигали концепцию мобильности в виде мегаструктур. Их пневматические проекты характеризуются гибкостью, универсальностью, мобильностью и динамичностью, а также отражают общество 1960-х годов [139].
Параллельно с «Archigram» в конце 1960-х годов возникла парижская группа «Utopie», которую основали архитекторы Обер Ж., Юнгманн Ж.П. и Стинко А., а также социолог Бодрийяр Ж. Члены коллектива сосредоточились на критике архитектуры, урбанизма и повседневной жизни французского общества тех лет, используя пневматические конструкции в качестве формы социального выражения, отражающего эфемерность и непостоянство общества [23, 58]. Указанные архитекторы в своем творчестве опирались на разнообразные источники: работы Фуллера Р.Б., исследования американских военных, американские комиксы, политические и философские труды Лефевра А.18 [58]. Впоследствии, в 1968 году в музее современного искусства в Париже состоялась выставка коллектива «Utopie» «Structures Gonflables», которая вызвала большой интерес у архитекторов и дизайнеров всего мира. Главной работой на выставке стал проект «Dyodon», который демонстрировал структурное разнообразие пневматических форм [23, 97].
Методы формообразования пневматических конструкций в дигитальной архитектуре
Проведенная классификация простых, сложных и составных форм была адаптирована автором применительно к пневматическим конструкциям. Указанные формы применялись в течении всего периода развития исследуемых структур и используются архитекторами и инженерами XXI века. Однако следует отметить, что набольшую актуальность и интерес на сегодняшний день представляют параметрические пневматические формы, которые строятся по определенным параметрам и демонстрируют математически и конструктивно нестандартные конфигурации. Важно сказать, что в данном случае имеет необходимость проанализировать не само разнообразие параметрических форм, так как их не всегда представляется возможным охарактеризовать геометрически, а непосредственно, способы и алгоритмы к образованию пневматической архитектурной формы.
Указанный подход представляется актуальным в связи с тем, что в современной архитектуре цифровые методы все чаще используются не только в качестве репрезентативного инструмента для визуализации, но и как генеративный способ для выведения формы и ее преобразования - цифрового морфогенеза. На сегодняшний день, сгенерированные цифровым способом формы не разрабатываются вручную, а рассчитываются с помощью выбранного вычислительного метода. В современной архитектуре сложные криволинейные геометрические формы создаются с той же легкостью, что и простые формы плоских и цилиндрических, сферических или конических форм. Подобные процессы открывают новые возможности для исследования архитектурной морфологии, ориентированной на адаптивные свойства формы [94].
Использование в архитектуре и конструктивных схемах методов построения и формообразования сложных адаптивных архитектурных объектов является предметом исследований многих зарубежных и отечественных ученых, архитекторов и творческих групп, которые применяют в проектной и теоретической деятельности способы вычислительного проектирования, получившие название – «параметризм». Необходимо упомянуть, что теоретическому и практическому изучению данного подхода в архитектуре посвятили труды ряд специалистов: Шумахер П. с манифестом параметрической архитектуры; Дженкс Ч. И его исследования нелинейной архитектуры; Коларевич Б. и его изучение дигитальной архитектуры и способов морфогенеза; Заславская Ю.А. и ее работы по изучению пластики органической архитектуры; Сапрыкина Н.А. с исследованием новых подходов к формированию инфо-пространства будущего в контексте архитектурной среды и параметрической парадигмы формирования архитектурного пространства; Добрицина И.А. с изучением эволюционного контекста нелинейной архитектуры; Челноков А.В. и Корниенко Д.А. и их работы по методам формообразования и особенностям параметрического подхода в дигитальной архитектуре [31, 8, 93, 94, 26, 27, 9, 30].
Если рассматривать эволюционный ряд дигитального направления в архитектуре, можно выделить три основных подхода в современной вычислительной архитектуре: алгоритмический, параметрический и репрезентативный [27, 30]. Исследователи отмечают, что в параметрическом моделировании существует возможность вариантного отбора входных параметров, так как оно основано на активизации параметрической составляющей архитектурной формы. При репрезентативном подходе используются методы пластинга и прототипного моделирования. Алгоритмический подход дает возможности перебирать методы кодирования и способы создания сценариев [27, 30]. Описанные подходы применяются на практике при помощи современных компьютерных программ 3D-моделирования и специальных приложений, при помощи которых можно составлять пакеты документов, на основе конструкторских и технологических сведений об объекте (информационное BIM-моделирование). Возможно использование таких программ, как Revit Autodesk49, Maya Autodesk50, CAD и CAM системы51, Grasshopper52, Karamba3D53 и Rhinoceros 3D54 [21].
В ходе исследования был определен ряд методов формообразования и моделирования пневматических зданий с параметрическими формами, которые строятся по определенным параметрам и характеризуются математически и конструктивно нестандартными конфигурациями [94, 27, 30, 46]. К ним относятся следующие подходы: топологический морфогенез; метод «NURBS»; перформативный подход; бионический подход; кинетическое моделирование; морфинг. Вышеописанные методы включают в себя нижеследующие требования:
Топологический морфогенез при проектировании архитектурных объектов на основе пневматических конструкций заключается в непрерывной деформации формы. В сравнении с геометрией, при топологическом морфогенезе не рассматриваются метрические свойства объекта. Это структурирующий и организующий принцип для генерации и трансформации формы. Согласно этому топология представляет собой исследование свойственных геометрическим формам качеств, на которые обычно не влияют изменения размеров или формы и которые остаются неизменными в результате непрерывных индивидуальных преобразований или упругих деформаций, таких как растяжение или скручивание. Топологические преобразования, в первую очередь, влияют на структуру пневматического объекта и, следовательно, на конечную форму.
Из этого следует, что геометрические формы - такие как круг, эллипс, квадрат и прямоугольник могут считаться топологически-эквивалентными, поскольку и круг, и квадрат могут быть деформированы путем их растяжения в эллипсоид или прямоугольник, соответственно (рис. 17,18) [94].
Метод «NURBS» – это способ построения кривых и поверхностей при помощи интерактивного управления контрольными точками, благодаря чему возможно создать не только гетерогенные, но и когерентные формы, построение которых достижимо посредством числового программного управления. Следует отметить, что в доцифровой архитектуре, формальный потенциал которой в значительной степени определялся прямым расширением границ евклидовой геометрии, построение сложных составных кривых в архитектурных объектах на основе пневматических конструкций осуществлялось посредством объединения касательных дуг и прямых сегментов, которые можно было легко разграничить на бумаге и в здании. Внедрение в архитектуру программного обеспечения сделало возможным использования многослойной геометрии непрерывных кривых. Криволинейные поверхности в дигитальной архитектуре описываются как «NURBS», аббревиатура, которая расшифровывается как Non-Uniform Rational B-Splines (Неоднородные Рациональные Б-Сплайны) (рис. 19) [94].
Перформативный подход основан на исследовании образования архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в качестве основного принципа проектирования, для формирования комплексного подхода к созданию архитектурной среды. Аналитические вычислительные методы, в которых геометрическая модель разделена на мелкие взаимосвязанные сетчатые элементы, используются с целью точного анализа структуры. Помимо этого, уже структурированная топология здания с общей формой может быть подвергнута динамической метаморфической трансформации в результате расчета показателей эффективности, установленных в самом начале.
Необходимо сказать, что динамический диапазон перформативных возможностей будет содержать, с одной стороны, неоптимизированное решение, а с другой - оптимизированное условие (если оно поддается вычислению), которое может оказаться эстетически неприемлемым. В этом случае из промежуточного диапазона перформации может быть выбрано неоптимальное решение, которое потенциально может удовлетворять другим не поддающимся количественной оценке перформативным критериям.
Этот новый вид аналитического программного обеспечения сохранит топологию предлагаемого схематического проекта, но изменит геометрию в ответ на оптимизацию определенных эксплуатационных критериев (акустические, тепловые) (рис. 20). Например, если существует определенная геометрическая конфигурация, состоящая из полигональных поверхностей, количество граней, ребер и вершин останется неизменным (топология не изменится), а форма (геометрия) будет скорректирована [94].
Пневматические объекты как элемент современного искусства
В 1 главе исследования в подглаве «1.1.2 Опыт применения пневматических конструкций за рубежом в XX веке» установлено, что в 1960-е годы XX века, возникли архитектурные группы «Archigram», «AntFarm», «Haus-Rucker-Co» и «Utopie», которые при помощи пневматических конструкций выражали свое видение архитектуры и искусства того времени. В ходе анализа примеров архитектурных объектов на основе пневматических конструкций XXI века, автор определил, что применение исследуемых структур в современном искусстве значительно возросло в сравнении с XX веком. Сегодня пневматические конструкции используют архитекторы, дизайнеры и художники из разных стран, создавая уникальные инсталляции, скульптуры и другие объекты искусства. В доказательство вышесказанному было проанализировано более сорока образцов пневматических объектов в области искусства, ряд из которых рационально рассмотреть развернуто.
Первоначально важно сказать о проекте-инсталляции «RedBall: Заявление артиста» художника Першке К. (рис. 148). RedBall – это передвижная пневматическая публичная художественная работа. Принято считать, что это самое продолжительное в мире произведение уличного искусства, которое было представлено более чем в двадцати пяти городах по всему миру.
Художник Першке К. выразил следующую характеристику проекта и его основную идею: «В рамках проекта «RedBall» я использую свою возможность как художника стать катализатором новых встреч в повседневной жизни. Благодаря магнетической, игривой и харизматической природе «RedBall», работа способна получить доступ к воображению, встроенному во всех нас. На первый взгляд кажется, что сам шар является объектом, но истинная сила проекта – это то, что он может создать для тех, кто его видит. Это открывает возможность представить, что, если? Когда «RedBall» путешествует по миру, люди приходят ко мне на улице с советами о том, где разместить его в своем городе. В этот момент человек не зритель, а участник акта воображения. Я был свидетелем этого на разных континентах, в разных возрастных группах, культурах и языках. … Главная цель проекта — определить, как каждый город реагирует на это приглашение … » [134].
Представляет интерес проект крупномасштабных надувных скульптур «KAWS», художника Доннелли Б.62 (рис. 149). Основываясь на своих работах, автор создает крупномасштабные временные надувные скульптуры в разных городах мира и средах: в городской, водной, интерьерной. Например, одна из последних инсталляций Доннелли Б. - скульптура длиной 37 метров, которая весит более 40 тонн, в основном благодаря стальному понтону, к которому она прикреплена на водной глади гонконгской гавани Виктория [53].
Необходимо упомянуть инсталляции «Biospheres» художника Сарачено Т. 2009 года (рис. 150). Проект художника вдохновлен вопросом: может ли искусство изменить климат? Идея базируется на привлечении людей к вопросу глобального изменения климата. Инсталляции Сарачено Т. были представлены на крупнейшей международной выставке искусства, связанного с окружающей средой и изменением климата, в Копенгагене, Дания, в 2009 году. Художник «стирает» границы, позволяя природе и культуре слиться в биосферах, которые отражают альтернативное социальное пространство [34].
Конструктивно указать ряд проектов современного искусства на основе пневматических конструкций, представляющих интерес: пневматические инсталляции «Explore the Potential of Space», художник Пинтер К. (рис. 151); самоорганизующаяся скульптура «PFFF» - конкурс пневматической архитектуры», авторы Моретти М., Каррателли М., Форкони Ф., Джакомино Н., Лунги Л., Перфетто Э., Пианигани Л., Пилати Л., Флоренция, Италия, 2012 год (рис. 152); надувные скульптуры «Tetroons» художника Хасана А., Лондон, 2012 год (рис. 153); интерактивное пневматическое пространство «On Space Time Foam», Милан, Италия, художник Бикокка Х., куратор Лиссони А., 2012 год (рис. 154); надувные скульптуры, Торонто, художник Штрайхер М., 2012 год (рис. 155); снежный глобус «Snow Globe», Пикадилли, Лондон, фирма «Architen Landrell» 2013 год (рис. 156).
Уместно рассмотреть детально проект «Облачный город», вышеупомянутого художника Сарачено Т., в Берлине, 2012 год (рис. 157). Инсталляция включает коллекцию пневматических форм, которые бросают вызов представлениям о месте, пространстве, будущем и гравитации. В рамках выставки Сарачено Т. объясняет, как люди живут в сочетании с окружающей средой. Облачные города – это архитектурная инсталляция, в которой взаимодействие между зрителем и коллекцией является важнейшим аспектом. Имитирующие пузыри и паутину сады образуют общую систему между землей и небом, способствуя переориентации физического представления об окружающей среде [122].
Следует выделить конкурсный проект павильона 2012 года «Red Grenade Pavilion», архитектурное бюро «Sitbon Architectes» (рис. 158). Парижские архитекторы выиграли конкурс по пневматической архитектуре «City Vision PFF Inflatable Architecture» с красным куполом «Гранат». Объявленный в Римском музее современного искусства, конкурс призвал архитекторов со всего мира создать надувной павильон, который можно легко установить или разобрать [145].
Интересно сказать о павильоне-инсталляции «Drift» во Флориде, США, архитекторы «Snarkitecture», 2012 год (рис. 159). Входной павильон для выставки дизайна «Design Miami 2012» отвечает концепции временного пневматического сооружения для мероприятий. Архитекторы представили необычную интерпретацию воздушного павильона. Надутые трубы связаны вместе, чтобы сформировать топографический ландшафт: восходящая гора вверху и пещера внизу. Длинные цилиндры расположены вертикально для создания зоны отдыха посетителей. Легкость парящих труб подчеркивает масштабность инсталляции, видимой с расстояния нескольких кварталов, выступая своеобразным маяком для гостей выставки [59]. Необходимо отметить павильон «мира» от бюро «Atelier Zndel Cristea», Лондон, 2013 год (рис. 160). Надувной павильон, покрытый прозрачной пневматической оболочкой, был установлен в восточном Лондоне парижскими архитекторами. Непрерывная волнообразная трубка изгибается, создавая форму, по которой посетители могут ходить. Конструкция структуры представляет собой топологическую деформацию тора, форма которого была математически сгенерирована. Алюминиевая платформа с той же плоскостью, что и надутая конструкция, образует основание, закрепленное на земле в шести точках [87].
Рационально обобщенно рассмотреть ряд нижеследующих образцов применения пневматических конструкций в современном искусстве XXI века: структура «Big Air Package», Германия, художник Christo, 2013 год (рис. 161); структурные павильоны «Mirazoz» во Франции, архитекторы «Architects of air», 2013 год (рис. 162); инсталляция «Mushroom-shaped balloons», Сеул, Корея, художник Банг М.Д., 2014 год (рис. 163); инсталляция «Золотой воздушный шар», Токио, команда «AMID cero 9», 2014 год (рис. 164); крупномасштабная надувная инсталляция к Олимпийским играм Сочи-2014, дизайнеры «Airworks», 2014 год (рис. 165); скульптура к фестивалю «Sacco & Vanzetti», дизайнеры «Airworks», 2015 год (рис. 166); надувной павильон 2016 года в Дании по проекту архитектурного бюро «BIG Architects» (рис. 167); купола в Сомерсет-Хаусе, Лондон, художник Пински М., 2018 год (рис. 168);
В заключение следует упомянуть пневматический павильон скандинавских стран «The Nordic Pavilion», от кураторов Лунден Э. и Каусте Ю., представленный в 2018 году на биеннале архитектуры в Венеции, Италия (рис. 169). Северный павильон на Венецианской архитектурной биеннале был заполнен надувными «каплями», которые медленно расширяются и сжимаются в ответ на изменение условий окружающей среды. Выставка под названием «Another Generosity» направлена на изучение взаимосвязи между природой и искусственной средой. Кураторы хотели показать, что можно создавать симбиотическую архитектуру, которая взаимодействует со средой. Внутри павильона были установлены четыре надувных биомы с датчиками, которые контролируют уровень углекислого газа, влажность и температуру. Биомы «дышат» в ответ на условия окружающей среды (они заполняют, либо освобождают воздух, в зависимости от уровня углекислого газа, и меняют цвет, указывая на разницу температур) [103].
Принцип экологичности
Ключевая задача принципа экологичности, основанного на факторах эко-устойчивости и ресурсосбережения при проектировании и строительстве архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в XXI веке, заключается в использовании технологий, которые не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду: применение экологичных 100 % перерабатываемых материалов; уменьшение углеродного следа при транспортировке материалов и конструктивных элементов; эффективное использование энергии (светоотражающие панели, контроль перерасхода энергии при поддержке воздухом пневматических оболочек); поддержание комфортного микроклимата объекта, утилизация и переработка отходов, вторичное применение материала и взаимодействие с окружающей средой посредством планировочной структуры.
С целью определения основных характеристик принципа экологичности, необходимо отметить, что для контроля экологичности архитектурных объектов ведет работу Всемирный совет по экологическому строительству «WGBC66» – это объединение восьмидесяти национальных советов по экологическому строительству по всему миру, которые служат крупнейшими международными организациями, влияющими на рынок экологически чистых зданий. Цель организации состоит в том, чтобы помочь странам преобразовать строительство зданий из общепринятой практики в более устойчивый и экологичный подход.
Две важные проблемы, которые рассматривают указанные организации, связаны с изменением климата и выбросами CO2. Помимо этого, функция «WGBC» заключается в поддержке рыночного зеленого строительства с помощью ряда критериев и рейтинговых систем. Некоторые из установленных критериев и рейтинговых систем: «LEED» (США), «Green Star» (Австралия и Новая Зеландия), «GBI» (Малайзия), «Green Mark» (Сингапур), «KGBCC» (Южная Корея), «CASBEE» (Япония) и «Green Ship» (Индонезия) [38].
Следует рассмотреть требования организации по экологичному строительству «LEED» (США), которая предложила стандарты эко-устойчивости. Прежде всего, необходима минимизация энергопотребления и повторное использование возобновляемых источников энергии благодаря изоляции, эффективному оборудованию и освещению. Также требуется применение при строительстве экологически предпочтительных для повторного использования или переработки материалов, а также сохранение природных ресурсов, сокращение общего использования материалов и низкие эксплуатационные расходы.
Другие факторы, которые следует учитывать, при учете принципа экологичности, это обеспечение максимальной продолжительности дневного света, соответствующую вентиляцию и контроль влажности, а также использование материалов и конструкций без содержания летучих органических соединений. Кроме того, необходимо проводить оптимизацию методов обслуживания зданий, что означает применение материалов и систем, которые упрощают эксплуатационные требования. Наиболее важным при этом представляется повторное использование и переработка строительных компонентов и материалов в конце срока их службы [90].
На основании всего вышесказанного необходимо отметить основные факторы, позволяющие сделать вывод о целесообразности применения архитектурных объектов на основе пневматических конструкций в XXI веке в отношении принципа экологичности. Следует рассмотреть данные факторы применительно к распространенному материалу при создании пневматических конструкций – ETFE.
Рационально обозначить, что при использовании двух или трехслойных пневматических подушек можно достигнуть высокой степени изоляции для внутренней части конструкции, что позволяет минимизировать применение дополнительных химических соединений [20]. Помимо этого, целесообразно отметить:
- Материал пригоден для вторичной переработки. После извлечения из конструкции, он может быть переработан в полезные для использования промышленные продукты (кабели, провода) [61].
- Полимерные оболочки ETFE требуют меньше затрат на время изготовления, чем традиционные строительные материалы, что снижает выбросы CO2 в воздух [20, 61].
- Благодаря прозрачности (до 90%) пневматические подушки могут снизить продолжительность использования внутреннего освещения [20, 61].
- Малый вес пневматических оболочек не требует крупногабаритных перевозок, что способствует снижению углеродного следа [20, 61]. Примерами реализованных архитектурных объектов на основе пневматических конструкций, отвечающих принципу экологичности, служит большая часть вышеприведенных образцов во второй главе исследования. Следует рассмотреть некоторые из них.
Представленный в исследовании ранее проект «Эдем» (The Eden Project: The Biomes), в Корнуолле, Великобритания, по проекту архитектора Гримшоу Н. и бюро «Nicholas Grimshaw & Partners», реализованный в начале XXI века в 2001 году, отвечает необходимым требованиям эко-устойчивости (рис.95).
Облицовочная система из материала ETFE, примененная в указанном проекте, была выбрана на основании небольшого веса пневматических конструкций в сравнении со стеклом. Помимо этого, прозрачная оболочка позволяет проникать ультрафиолетовому свету, что благоприятно воздействует на растения, а также обеспечивает лучшую инсоляцию. В отношении энергоэффективности, полусферический купол комплекса оранжерей обусловлен тем, что сферическая форма имеет наибольший объем при меньшей площади поверхности. Необходимо сказать, что материал ETFE был также выбран из-за преимуществ самоочищения поверхности оболочки.
Другим примером архитектурного объекта на основе пневматических конструкций, отражающего принцип экологичности, является описанный ранее Национальный центр водных видов спорта «Water Cube», построенный в Пекине, Китае, в 2008 году, архитектурным бюро «Peddle Thorp & Walker» (рис.74). Использование геометрической структуры в виде мыльных пузырей позволило создать пространство с минимальным процентом потребления энергии. Облицовка здания материалом ETFE обеспечивает большее проникновение тепла, чем стекло, что приводит к снижению энергозатрат при эксплуатации [113].
Поводя итоги вышесказанному следует отметить, что принцип экологичности – один из наиболее важных при строительстве зданий и сооружений в XXI веке. Проведенный анализ архитектурных объектов на основе пневматических конструкций и материалов, используемых при их возведении, позволяет заключить о соответствии исследуемого направления принципу экологичности.
Интересным представляется использование пневматических конструкций в качестве второго фасадного покрытия при реконструкции существующих зданий. Подобным образом можно усовершенствовать внешний вид объектов в сочетании с улучшением их климат-контроля, добавив второй облицовочный фасад. Декоративные пневматические подушки эффективнее традиционного стеклянного решения, если необходимо снизить стоимость проекта и уменьшить нагрузку на конструктив (например, когда требуется легкая строительная система при реконструкции исторического памятника или для защиты места археологических раскопок).