Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Научные предпосылки исследования и теоретические основы бионаправленной архитектуры 12
1.1. Биосоциальные факторы развития среды обитания 12
1.1.1. Эволюция отношения к природе и философские основы экологического взаимодействия 12
1.1.2. Проблематика современности и сценарии развития человечества 17
1.2. Анализ теоретических концепций органической архитектуры (рубеж XIX- XX вв.) 22
1.2.1. Концепции бионаправленной архитектуры 22
1.2.2. Динамика взаимоотношений архитектуры и природы в стилевых направлениях XX в 26
1.3. Анализ теоретических концепций бионики (вторая половина XX-XXI вв.) 32
1.3.1. Характеристика архитектурной бионики (Ю.С. Лебедев) 32
1.3.2. Аналогии природных систем. Природные и архитектурно-строительные принципы 37
Выводы первой главы 42
Глава 2. Биоподходы в архитектуре XX-XXI вв. Перспективы и тенденции развития бионаправленной архитектуры 44
2.1. Опыт проектирования биоархитектуры XX-XXI вв 44
2.1.1. Развитие архитектуры на современном этапе 44
2.1.2. Классификация биоподходов в архитектуре XX-XXI вв 51
2.2. Перспективы развития высоких технологий XXI в 75
2.2.1. Высокие технологии XXI в 75
2.2.2. Биотехническое обеспечение в архитектуре XXI в 81
2.3. Перспективы развития архитектурного пространства XXI в 87
2.3.1. Проекты футуристических городов 87
2.3.2. Проекты футуристической архитектуры 94
Выводы второй главы 100
Глава 3. Модель-концепция формирования архитектурного пространства на основе биоподходов 102
3.1. Принципы формирования архитектурного пространства на основе биоподходов 102
3.1.1. Принципы формирования архитектурного пространства 102
3.1.2. Критерии формирования архитектурного пространства 108
3.2. Универсальная теоретическая модель комплексного биоподхода 114
3.2.1. Концепция биосинтезированного архитектурного пространства 114
3.2.2. Структурная организация 118
3.3. Экспериментальная (адаптированная) модель 122
3.3.1. Комплексный техно- и био- подход 122
3.3.2. Биотехногенный модуль обитания 126
Выводы третьей главы 146
Заключение 149
Библиографический список
- Проблематика современности и сценарии развития человечества
- Характеристика архитектурной бионики (Ю.С. Лебедев)
- Перспективы развития архитектурного пространства XXI в
- Концепция биосинтезированного архитектурного пространства
Проблематика современности и сценарии развития человечества
Экологическое равновесие существует до тех пор, пока сохраняется «равновесие между давлением на среду и восстановлением этой среды» [34]. Познание взаимодействия и поиск гармоничного единства систем природы и общества — задача философская и общенаучная. В процессе исторического развития «проблема взаимоотношения природы и общества обуславливается развитием материального производства, науки и техники, общественных потребностей и характером общественных отношений» [136].
Примитивное общество адаптировалось к природной среде, добывая природные ресурсы в необходимом количестве. Человек воспринимал себя как часть природного мира; одухотворял природу и поклонялся ей (тотемизм).
Традиционное общество имеет три ступени развития в направлении воспроизводства материального блага и роста потребления природных ресурсов. Период античности характеризуется пребыванием человека в гармонии с природной средой, восхищением, познанием, использованием ее в качестве объекта наблюдения (мифология, поэзия, архитектура). «Люди перестали ощущать повседневную власть природы над собой, но еще не почувствовали своей власти над природой» [51]. В средние века на фоне развития познаний о природе существуют два подхода: противопоставление, возвеличивание человека над природой и идеи беззаветной любви, братского отношения к живым существам (Франциск Ассизский) [33]. В эпоху Возрождения также присутствует двойственное отношение к природной среде. С одной стороны — «призыв» вернуться назад к природе, к источнику красоты, радости и вдохновения; с другой — противопоставление цивилизации и природы и поиск объективного, доказательного, обоснованного знания о Природе (исследования земной природы, взаимодействующей с человеком - Леонардо да Винчи, Агрикола, Парацельс) [35]. Философские проблемы онтологии природы, гносеологии и антропологии, этики и эстетики, озвученные И. Кантом, демонстрируют принадлежность человека двум мирам - «природной необходимости и нравственной свободе» [57]. В эпоху Возрождения поиск аппарат гармонии человека с природной средой сводится к нескольким направлениям: 1) человек есть центр мироздания; 2) мир - одухотворенный организм, силы которого находятся в непрестанном динамическом развитии; 3) человек - часть техносферы; люди, животные и природные экосистемы важны с точки зрения «полезности» или «вредности» [33].
Индустриальное общество пребывало в иллюзии независимости человека от природы, что способствовало массовой урбанизации и организации предприятий с глобальным потреблением природных ресурсов. Очевидный переход к потребительскому взаимодействию с природной средой привел к осмыслению негативных последствий взаимодействия человека и природы в трудах немецкой философии (Г.Гегель, Ф.Шеллинг и др.), культе природы в европейской литературе и искусстве; биоэкологических мотивах и призыву к жизни в естественных биоэкосистемах и ландшафтах (А.Шопенгауэр) [33].
Постиндустриальное общество с автоматизированным производством и развитием новых технологий рассматривало природную среду в качестве средства достижения человеческих целей без пределов и ограничений.
С начала XX века вопрос взаимодействия человека и природы представляет собой актуальное научное направление. Автоматизация и компьютеризация, развитие новых технологий имеет безграничное воздействие на природу, ведущее к потреблению, истощению, разрушению и непоправимому загрязнению природных систем. Духовно-нравственные и этико-эстетические вопросы отношения к природе (В.В.Соловьев, С.Н. Булгаков и др.), понимание и осознание угрозы экологического кризиса привели к образованию организаций в защиту окружающей среды, растений, животных и планеты в целом (программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирный фонд дикой природы (WWF), Гринпис и др.).
С начала XX века философами и учеными разрабатываются экологические стратегии взаимодействия Общества и Природы, ведутся поиски путей для необходимой смены ценностных характеристик цивилизации с потребительски разрушительных на созидательные. В.И. Вернадский сформулировал необходимые шаги для развития биосферы и общества, в основе которых экологические, экономические и политические принципы: заселение человеком всей планеты; равенство людей всех рас и религий; исключение войн из жизни общества; преобразование, усиление связи и обмена между странами; расширение границ биосферы и выходе в космос; открытие новых источников энергии; увеличение роли народных масс в решении политических вопросов; создание благоприятных условий для свободной научной мысли; предотвращение проблем голода, нищеты и болезней; разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать её способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности населения [149].
Интеграция глобальных и локальных аспектов: экономическое, экологическое и нравственное взаимодействие стран и сохранение их индивидуальных культурных традиций, особенностей и условий ведет к процессу глокализации3.
Коэволюционное развитие (концепция коэволюции4 - «соразвитие», «согласованное развитие») природы и человека с обеспечением друг друга мутуалистической5 взаимопомощью содержит в себе идею взаимной адаптации, сближения двух взаимосвязанных эволюционирующих систем, процессов живого (природного) и неживого (неприродного), когда изменения, происходящие в одной из систем, инициируют изменение в другой, которое не приводит к нежелательным или неприемлемым для первой системы последствиям. Взгляды многих ученых и мыслителей на роль природного фактора в истории общества (Ш.Л. Монтескье, Э. Реклю, О. Конт, Г. Спенсер, К. Маркс и др.), доклады Римского клуба, идеология различных
Характеристика архитектурной бионики (Ю.С. Лебедев)
Развитие направления бионики имеет свои корни в разных странах. Немецкий термин «бионика»19 комбинируется из двух слагаемых: биологии -науки о жизни и технологии - конструктивном создании продуктов, устройств и процессов с использованием материалов и сил природы, с учетом ее законов. Термин «биомиметика» появился как эквивалент «бионики».
В истории архитектурного проектирования существует множество примеров аналогий живых организмов и архитектурных сооружениях. Архитекторы вдохновляются биологией со времен нового этапа в развитии науки в начале девятнадцатого века. Они стремились не только подражать формам растений и животных, но и найти методы для проектирования аналогичных процессов роста и эволюции в природе [133].
Рассмотрена интеграция биологических характеристик жизни, природных структур и процессов в архитектурное проектирование. Изучение пересекающихся областей биологии (живой природы) и архитектуры может показать инновационный потенциал для архитектурных решений и может обеспечить успешное развитие архитектуры. Архитекторы XX века старались перевести специфический феномен природы в архитектурное проектирование. Природный мир демонстрирует сложную слаженную систему, которая предстает источником и прообразом для архитектурных, технических и научных новшеств. «Разнообразие жизни на земле - это главный ресурс человечества» [376]. Опыт флоры и фауны позволяет перенять ценность природного мира для архитектурного проектирования, формообразования, функционирования и жизненного цикла (жизнедеятельности). Группа Фрай Отто использовала экспериментальный подход, направленный на понимание природных структур и процессов, и, в конечном счете, использовании физических законов для создания новых структур (мембранные конструкции). Интерпретация Фрей Отто выражения «природное строительство» подразумевает любой объект из бесконечного разнообразия, который способен показать «с особенной ясностью физические, биологические и технические процессы, порождающие этот объект ... Даже если технология является инструментом человека природного объекта ... мы интерпретируем это как произведение человека и, следовательно, тем не менее, как часть природы» [132, с.54].
Все примеры бионики могут быть поделены на три основных области, которые в соответствии с исследованиями Вернера Нахтигаля21 дифференцированы на подобласти [132, с.54]. В качестве основных областей, которые описывают тенденцию аналогий природы в архитектуре, рассмотрены природные конструкции, структуры и материалы (структурная бионика); природные процессы (процессуальная бионика); принципы развития и эволюции (информационная бионика) [132, с.16] (рисунок 1.15 приложения Б).
Природные конструкции, структуры и материалы. Природные конструкции, структуры и материалы имеют в своей структуре фрактальную основу . Живой организм образован органами, состоящими из тканей, сформированными клетками. Каждая из подсистем представляет собой систему в меньшем масштабе, но не меньшей значимости. Клетка — это автономная единица биологической активности; сложная высокоорганизованная система, состоящая из большого количества элементов со структурными и функциональными связями между ними [77]. В живой природе постоянство форм и структур биологических систем поддерживается за счет их непрерывного восстановления, поскольку они являются структурами, которые непрерывно разрушаются и восстанавливаются. Динамическое равновесие позволяет приспосабливать и перестраивать конструкции в соответствии с изменяющимися условиями. Живая форма испытывается природой на прочность, устойчивость и жесткость, приспосабливается к любым условиям, постоянно внося в себя коррективы и совершенствуясь в конструктивном отношении [144].
Природные процессы. Основополагающим принципом (условием) существования биологических систем является их непрерывное функционирование [144]. Все природные процессы, происходящие в экосистеме можно поделить на несколько типов: процессы, происходящие в живом организме; процессы, заключающиеся во взаимодействии видов и их расположении в экосистеме; процессы обмена и взаимодействия, проходящие между живым организмом (или целым видом) и окружающей средой. Основополагающими стремлениями жизни биологического организма, которые поддерживаются комплексным взаимодействием природных процессов, являются самосохранение, сохранение рода и социальность. Функционирование живых систем сводится к нескольким основным природным критериям живого организма: метаболизм, репродукция, наследственность, мимикрия, дискретность, изменчивость, рост и развитие, раздражимость, авторегуляция, ритмичность, самовосстановление (резистентность), пластический и энергетический обмены [143; 265; 298; 331].
Принципы развития и эволюции. Сложной природной системе (экосистеме) характерно динамичное равновесие и устойчивое развитие23, с «сохранением стабильного состояния и некоторых параметров неизменными, несмотря на воздействие» [34]. Колебания или изменения системы, возникающие под воздействием внешних факторов или внутренних сил, формируют новую стабильно динамичную систему. Гомеорез - механизм, ответственный за эволюцию живой природы, представляет собой переход из
Перспективы развития архитектурного пространства XXI в
Развивающейся Архитектуры Каталонии (IAAC), заложена «адаптивная конструктивная структура, на основе которой можно было бы создавать объемы, способные «отвечать» даже самым незначительным функциональным нуждам» [253]. Архитектурный объем состоит из разнообразных модулей, формирующих хаотичный объем павильона, но, тем не менее, выполняющих каждый свою функцию. Функциональность и рациональность жилого дома Villa Nyberg в г.Борланг (Швеция), спроектированного Kjellgren Kaminsky Architecture, «основана на аналогии с внутренним суточным циклом (режимом дня) человека. Планировка устроена так, что за сутки жители и гости обходят «дом-циферблат» полностью, переходя из комнаты в комнату» [229]. Жилой дом Montblanc House в г.Окадзаки (Япония) архитектурной студии Velocity выражает смелую взаимозависимость внутреннего и внешнего пространства. Целесообразность расположения функциональных пространств дома транслируется на фасад здания хаотичными на первый взгляд разноразмерными оконными проемами. Подобным образом рациональная организация внутреннего пространства «выступает» во внешнем облике объекта.
Модульность заключатся в использовании стандартных (типовых) элементов (модулей) и их структурированной компоновке и комплектации. Модульность выражается в нескольких вариантах: модульность одного типового элемента по принципу матрешки или фрактальности (внутренняя структурная модульность); модульность по принципу мозаики - компоновка элементов с благоприятной пространственной стыковкой между собой (внешняя структурная модульность). В природе характерным примером модульности является клеточная структура, она выражает комплексную внешнюю и внутреннюю модульность. Также модульности характерна взаимозаменяемость элементов (модулей), что позволяет «снизить энергетические затраты на самоподдержание целостности всей системы» [278] (таблица 2.2d приложения Б).
Идея организации архитектуры по подобию развития живого организма в японской архитектуре (метаболизм) имеет практическую реализацию в проекте
К. Курокавы. Башня «Накагин» в Токио (1972 г.) состоит из сборных модулей-капсул, присоединенных к несущей конструкции, с возможностью их заменены или достройки. Схожей с этой идеей выступает проект дома Micro-Compact Home (m-ch) Ричарда Хордена, который представляет собой компактный объем, содержащий все необходимое для жизни. На его основе планируется «создавать целые деревья домиков, со «стручками», развешенными на стальном каркасе — стволе, со спиральными лестницами для доступа к верхним кубикам (концепция Tree Village— «Деревня-дерево»)» [173]. Модульные дома для отдыха Hermit Houses от The Cloud Collective отображают идею легкости сборки и смены дислокации в природной среде. Японские сборные модульные коттеджи от студии yasutaka yoshimura architects установлены на набережной японского города Иокогама. Два белых вертикально поставленных друг на друга блока с панорамным остеклением одной стороны выглядят компактным временным жильем. Временную инсталляцию Abondatus Gigantus для Grenswerk Festival в г.Энсхед (Нидерланды) организовала архитектурная студия LOOSFM. Разноцветный модульный объем по принципу конструктора Lego предназначен для проведения различный мероприятий. «Универсальность, быстрота и простота сборки служат прекрасным примером для создания временных оболочек для проведения сезонных мероприятий» [342].
Цикличность заключается во вторичном применении обновляемых ресурсов. В природном мире жизненный цикл биоорганизмов (растений, насекомых, животных) представляют собой биотический круговорот. Взаимосвязанность и взаимозависимость их циклов жизни, органичная утилизация или реорганизация форм (напр. гусеница становится бабочкой) свидетельствует о непрерывной цикличной организации. Вторичное применение природных органических материалов для организации архитектурного объекта является экологически и экономически целесообразным, позволяет организовывать безотходное формирование нового объекта и выгодную (полезную) утилизацию (таблица 2.2е приложения Б).
Повторное применение материалов представляет собой одно из направлений заботливого (биопозитивного) отношения к природной среде и экономии ее ресурсов. Этой позиции соответствует павильон для выставки Floriade 2012 в Венло (Нидерланды), сооруженный архитектурной студией Pulgon Diseno. Пластичный объем кровли и яркие фасады здания выявляют красоту и пользу применения вторичных материалов. Павильон Intoxicating Pavilion в Брюсселе создан из 33 тысяч старых пивных ящиков желтого цвета, выбранных архитектурной компанией SHSH в качестве строительного материала (колонны, арки, купола). Пространство из вторсырья организовано для проведения различных культурных мероприятий. Данного направления придерживается и архитектурно-дизайнерская группа APHIDoIDEA. Их проект Экологического Центра Регенеративных Исследований и Образования (eCORRE) планируется построить из деревянных грузовых контейнеров. Кроме древесины, источником вторичного ресурса являются блок контейнеры. Студенческий городок из вторсырья Keetwonen в Амстердаме наглядно демонстрирует этот подход. Модульная организация комплекса позволила с минимальными затратами времени и средств создать комфортную среду для обитания: «блоки хорошо изолированы друг от друга, каждый житель имеет свой балкон, ванную комнату, кухню, отдельную спальню с большим окном» [249].
Концепция биосинтезированного архитектурного пространства
Анализ биологических критериев живых систем (организмов) и их интерпретация служат для дальнейшего рассмотрения в качестве базовых характеристик биоподходов архитектуры XXI века.
«Идеи «единства», «согласованности», «корреляции» и «интеграции», используются для выражения организованных отношений между частями биологического организма, могут быть применены для описания аналогичных качеств артефактов» [133]. В соответствии с данным заявлением, выявлены критерии архитектуры живых систем:
Мимикрии соответствует архитектура, в которой природа выступает в качестве архитектурного объекта или элемента; растворение форм и материалов архитектуры в природной среде и растворении архитектурного объекта в среде (прозрачность, отражение); конструктивной аналогии, интерпретации и копировании форм живой природой; природной компоновке и организации. Архитектурная мимикрия может быть непосредственной (копирование, подражание) и опосредованной (переработанной).
Метаболизм выражает архитектура с возможностью цикличного взаимодействия с внешней средой и взаимообменом природы и архитектуры; архитектура живых структур; автономная и автоматизированная архитектура; архитектура, способная к выбору места расположения.
Адаптация к условиям и воздействиям окружающей среды происходит в автономной, автоматизированной и высокотехнологичной архитектуре, способной к ответной реакции (отклику) при сохранении внутреннего баланса; архитектуре, без границ отражающей природную среду (растворение).
Авторегуляция в архитектуре обозначает трансформируемость, независимость, программируемость и высокотехнологичность архитектуры для организации благоприятной внутренней среды объекта. Дискретность определяется визуально и структурно взаимодействующими архитектурным и природным компонентами, что соответствует архитектуре, применяющей природные элементы или объекты в качестве архитектуры или подражающей ей; архитектуре, имеющей сходную с природной структурную материю.
Изменчивость живого организма в архитектуре демонстрирует трансформируемость, высокотехнологичность и природность архитектурного объекта; отклик на изменения окружающей среды и приспособление под них внешних и внутренних состояний и параметров; растворение в природной среде и с предназначение и положение архитектурного объекта в экосистеме.
Критерий репродукции формулируется экологичностью и природностью применяемых материалов; использовании природы или ее элементов в качестве архитектуры или ее части; трансформируемость и цикличность архитектурного объекта: повторение элементов, применение возобновляемых материалов.
Наследственность отражает воспроизведение или интерпретацию внешних форм живых организмов в архитектурном объекте, а также функциональной предназначенностью.
Комплексные критерии - рост и развитие — отображает живую природность применяемых в архитектуре элементов; трансформируемость и модульность организации архитектурного объекта; высокотехнологичность, позволяющей дифференцировать и интегрировать элементы архитектурного объекта. Раздражимость в архитектурном объекте воспроизводится искусственным (автономность, автоматизация высокотехнологичность) и природным интеллектами (флора). Ритмичность демонстрирует в архитектуре трансформируемость, цикличность, мобильность, автоматизацию и высокую интеллектуальность структур, что свидетельствует о способности к процессуальным изменениям архитектурного объекта. Самовосстановление (резистентность) олицетворяется как внешним (формообразующим) природным фактором (природа в качестве архитектурного объекта или элемента), так интеллектуальностью и программируемостью систем (автономность, автоматизация, высокотехнологичность). Пластический и энергетический обмены в природе воплощают процессы синтезирования и разложения энергии - природных структур (природа в качестве архитектурного объекта или элемента); - элементов и компонентов архитектуры (трансформируемость, мобильность, модульность и цикличность); - процессов автономности и высокотехнологичное архитектурного объекта. На основании вышеизложенного представлена сводная таблица соответствия природных критериев и классификации биподходов.
