Всю свою историю человек внимательно изучал, как творит природа, и учился у нее творить свой искусственный мир. Однако только в середине ХХ в. на стыке биологии, кибернетики, электроники и ряда новых наук родилась наука БИОНИКА, изучающая биологические системы с целью применения полученных знаний для решения инженерных задач. Раздел бионики, архитектурная бионика, занимается исследованием законов формообразования живой природы и принципов построения живых структур с целью их использования в архитектурной практике [1]. 

То есть архитектурная бионика (совместно с биоморфологией и биомеханикой) не копирует, не изображает и не использует муляжи природных форм, а исследует и применяет принципы и идеи их построения, включая общие для природы фундаментальные принципы экономии материалов, энергии и обеспечения прочности, надежности и жизнеспособности.

Новая наука с древней историей

Родившаяся как наука бионика, юридически оформленная в 1960 г. на первом национальном симпозиуме в г. Дайтоне (США), в отличие от «лженауки» кибернетики, в Советском Союзе с самого начала была уважаема и пользовалась поддержкой государства. В становление новой науки СССР внес весомый вклад и сыграл ведущую роль: у нас был введен в научный оборот сам этот термин и не только он.

В 1971 г. при Центральном научно-исследовательском институте теории и истории архитектуры (ЦНИИТИА) была организована лаборатория архитектурной бионики, ведущая исследования по целому ряду направлений. В частности, в ЛАБ изучались:

• строение стеблей злаков для конструирования высотных сооружений, башен и труб;
• формы разнообразных раковин и ракушек для их применения в большепролетных пространственных покрытиях;
• устройство цветов для проектирования различных трансформируемых структурных покрытий. 

Помещения лаборатории напоминали пещеру Аладдина, заваленную сокровищами изобретательской мысли — стационарными и мобильными моделями и макетами из стержней, пластин, мембран и тросов. Особое место в работе ЛАБ занимали исследования истории архитектуры, изобилующей примерами творческого переосмысления и применения уроков природы по формотворчеству.

В ЛАБ был сделан значительный научный задел во многих областях, определивший развитие архитектурной бионики на несколько десятилетий вперед. В семидесятые годы архитектурной бионикой в СССР занималось полдюжины научных институтов. В 1978 г. на организованной в Ленинграде крупной международной конференции только по тематике архитектурной бионики было сделано 20 докладов [2].

Безусловно, архитектурная бионика как наука сформировалась в нашей стране, но ее практические результаты использовались только за ее границами.

По печально известной советской традиции все эти замечательные находки и изобретения были обречены на невнедрение в невосприимчивую к любым новациям практику. В девяностые просуществовавшая более двадцати лет лаборатория архитектурной бионики была ликвидирована вместе со всей прикладной наукой в России. Но мир продолжал исследования в этом перспективнейшем, инновационном направлении, хотя сразу обнаружилось, что наука бионика молода, а история применения закономерностей построения природных форм в архитектуре уходит в глубь веков.

Каменные, металлические и иные деревья

В сердце европейской культуры, Италии, в Норман-Швабском замке г. Бари автору довелось открыть тайну изобретения крестовых сводов, угаданную в смыкающихся ветвях пальм безвестным зодчим раннего Средневековья. Четыре пальмы, поставленные по углам квадрата, немного воображения — и рождается удивительно стройная и логичная конструктивная система. Гениально простая, художественно выразительная тектоническая, более рациональная и экономичная, чем стоечно-балочная система Древней Греции и арочно-сводчатые конструкции Древнего Рима.

В историческом музее Бари собрана великолепная коллекция готических капителей, развеивающая миф о «темных веках» варварской, «готической» Европы. Это было время накопления натурфилософских знаний и чувственных образов, время расцвета архитектурного искусства, давшее потрясающие образцы образной, духовной архитектуры. И образы эти черпались из природы.

А главным источником творческого вдохновения были образы леса, покрывавшего тогда практически весь континент. Таинственные, величественные, устремленные в небо, к свету, богу деревья были главными учителями средневековых мастеров.

Природа учила не только образности мышления, но и законам тектоники, дающим возможность собрать ветвями нервюр огромную нагрузку от каменных сводов и передать ее на фантастически тонкие стволы-колонны, своим изяществом превосходящие появившиеся через столетия металлические и железобетонные каркасные конструкции. И это при отсутствии методик расчетов, калькуляторов и компьютеров.

Отсутствие методик расчета сложных пространственных конструкций компенсировалось интуицией зодчих Средневековья, основанной на изучении форм живой природы, накоплении знаний и навыков, передаваемых из поколения в поколение. Так, высотные сооружения XVIв. на Руси — шатровые колокольни и храмы — имели колоколообразную (или кеглеобразную) форму, повторяющую форму одиноко стоящей ели. Оказалось, что эта форма обладает наилучшими аэродинамическими свойствами, но открылось это только в 20-е гг. XX в. [2].

Если надо найти звено, генетически связывающее сегодняшнюю «бионическую» архитектуру со всей предыдущей историей, то это, несомненно, Антонио Гауди. Его смело можно назвать предвестником архитектурной бионики, создававшим из камня и бетона фантастические образы леса, не уступающие по силе образам высокой готики. 

Впервые в истории архитектуры колонны стали ветвиться как у настоящего живого дерева, а ветви и стволы каменных деревьев стали сознательно отклоняться от прямого угла и строго вертикального положения. Многогранный, своеобразный талант Гауди дает разным исследователям основание одновременно считать его предшественником органической архитектуры, импрессионизма и супрематизма. Чарльз Дженкс называл Гауди предтечей постмодернизма, возникшего почти через сто лет.

Вопреки мнению ненавидевших Гауди идеологов функционализма в архитектуре, «певец кривой линии» Оскар Немейер считал неистового каталонского мастера истинным новатором, открывшим новые пути в архитектуре.

В. Хайт признавал Гауди крупнейшим, талантливым мастером ар-нуво (в России называвшегося модерном), отмечая, что «Гауди использовал в своих зданиях конструкции (параболические арки, гиперболоиды, спирали, наклонные колонны и т. д.), геометрия которых предвосхитила поиски не только архитекторов, но и инженеров ХХ в.»[3].

Действительно, под корой пышного скульптурного декора, под чешуей яркой, разноцветной керамической облицовки у Гауди всегда скрывается стройная рациональная конструктивная схема и чистая, геометрически четкая, но живая, самая настоящая БИОНИЧЕСКАЯ форма. Форма, найденная Гауди с помощью специально разработанной им методики стереостатического макетирования, позволявшей заменить отсутствующие тогда методы расчетов пространственных конструкций [4].

Через 80 лет метод моделирования форм и процессов был признан главным звеном в научной методике бионики вообще и архитектурной бионики в особенности. Но еще до появления науки бионики эксперименты с двадцатиметровыми бетонными пальмами продолжил в шестидесятые годы абсолютно не похожий на Гауди архитектор с противоположной по стилистике направленностью П. Л. Нерви. 

А еще через три десятилетия совершенно другой, хорошо знающий бионику и плодотворно использующий ее в своих проектах испанский архитектор Сантьяго Калатрава сделал тему металлических деревьев одним из ведущих направлений своего творчества. Кроме великолепно осуществленного проекта вокзала Ориенте в Лиссабоне Калатрава использовал эту тему в не менее интересных нереализованных проектах реконструкции рейхстага в Берлине и ресторана Баушенцли в Цюрихе. 

Двенадцатиметровые деревья из металла, стеклянная крона которых образовывала кровлю этого открытого ресторана, должны были механическим путем закрываться или открываться подобно цветам в полном соответствии с принципами бионики [5]. Эти же принципы Калатрава использовал во многих своих осуществленных и неосуществленных проектах.

Поразительное разнообразие форм настоящих живых деревьев порождает разнообразие форм древоподобных конструкций в архитектуре, пробуждая фантазию архитекторов разных стран и континентов. 

Отказавшись от ортогональной сетки (в пользу оксогональной), концепция биоморфных модулей покрытия дала возможность получить невиданную ранее степень слияния архитектуры и природы. В проекте пространства для массовых мероприятий в ботаническом саду ORQUIDEORAMAв Колумбии 4000 кв. м площади покрыты сенью 14 дерево-стальных деревьев, выполняющих в первую очередь задачу по защите от палящего экваториального солнца.

Этот проект открыл новую страницу в бионической архитектуре. Это крупные древообразные структуры, подобные гигантским деревьям, в тени кроны-крыши которых помещаются крупные городские центры, целые площади и парки. Одними из первых таких мегасооружений стали Конференц-центр в Катаре Арата Исодзаки (2009 г.) и самый амбициозный и дорогостоящий подобный проект в Европе «Метрополь Парасоль» в Севилье Юргена Майера (2011 г.). 

Этот же прием применен в еще более амбициозном, пока нереализованном проекте Н. Фостера для экогорода будущего на 45–50 тысяч жителей в пустыне ОАЭ, вблизи аэропорта Абу Даби. Здесь крона металлических деревьев со встроенными в нее солнечными батареями выполняет одновременно задачи по солнцезащите и использованию солнечной энергии [6]. 

Тема деревьев, цветов и грибов стала излюбленной темой инсталляций и временных павильонов в ландшафтной архитектуре. Именно здесь находится сегодня главная площадка для проведения всевозможных экспериментов с бионическими формами в архитектуре, после которой эти формы и найденные принципы применяются уже в архитектуре капитальных зданий.

В России, в условиях полного отсутствия исследований в области архитектурной бионики (прикладные исследования государство принципиально не финансирует, считая это делом бизнеса, а бизнес наука с ее «длинными» деньгами вообще не интересует), роль экспериментальных площадок в какой-то мере выполняют фестивали «Архстояние», «Города», «Древолюция». На этих площадках периодически экспонируются арт-объекты, формы которых можно отнести к бионическим. Но вот с применением этих наработок на практике при создании крупных зданий у нас, как всегда, беда.

Тем не менее конструкции, формы которых основаны на принципах построения деревьев, постепенно проникают в архитектуру, в первую очередь в зданиях для транспорта и спорта. Примерами могут служить вокзал железнодорожной станции Олимпийский парк в Сочи и терминал А аэропорта Внуково. Оба проекта сделаны на мировом уровне и высоко оценены и на российских, и на международных архитектурных конкурсах.

А тему мегадеревьев (древоподобных сооружений крупного, градостроительного масштаба) в России продолжает развивать С. Непомнящий, успешно конкурирующий с западными звездами и по концептуальной новизне, и по грандиозности замыслов. В уже упомянутом конкурсном проекте на ландшафтно-архитектурную концепцию парка «Земля Олонхо» для Якутска предложена концепция домов-гор, образующих долину Олонхо, в центре которой расположено офисно-гостиничное здание высотой сто двадцать пять метров в форме мифического дерева Аал Луук Мас [7].

Яйца, луковки, огурцы и др.

Британские ученые покончили с тысячелетним спором, доказав, что сначала была курица. Тем не менее яйцо остается символом зарождения жизни, образцом органичности и совершенства природной формы. Вместе с формами многих овощей и фруктов форма яйца обладает замечательными физическими и математическими свойствами. Тела вращения: шар, тор, эллипсоид — очень распространены в природе, поскольку они превосходят тела других форм прочностью скорлупы-оболочки (при ее малой толщине) и отношением площади внешней поверхности (оболочки) к внутреннему объему, подтверждая принцип экономии материалов в природе.

Со времен Клода Леду, потрясшего воображение современников фантастическим проектом шарообразного Дома садовника, архитекторы веками мечтали построить дом в форме шара или эллипсоида. Достаточно близко к осуществлению этой мечты подошли и в России. Это проект института Ленина И. Леонидова.

Однако вряд ли Леонидов вдохновлялся проектом Леду, ведь вокруг были сотни примеров использования подобных форм в архитектуре — луковки и маковки православных храмов. И судя по эскизам Леонидова, он тонко чувствовал контраст форм, характерный для древней русской архитектуры. Леонидов — чисто русское явление с чисто русской судьбой.

Реализовать в натуре мечту Леонидова удалось только через сорок лет гуру «зеленой» архитектуры космического масштаба Бакмистеру Филлеру, но на совершенно иной конструктивной схеме — в концепции геодезического купола. Сначала, в 1959 г., это было еще полушарие — золотой купол для Американской национальной выставки в Москве, а затем почти полный шар диаметром 76 м — павильон США на «ЭКСПО-67» в Монреале.

Этот павильон был прототипом грандиозного экопроекта «Девятое небо», в котором гигантские геодезические сферы покрывали Нью-Йорк, вися в небе только за счет перепада температуры воздуха. При этом под куполом создавался искусственный климат. Практически все крупные архитекторы ХХ в. попали под влияние идей Бака Фуллера, используя в своих проектах геодезические сферы. Сегодня в мире построено более 300 тысяч геодезических куполов, не считая сфер на детских площадках в каждом дворе. А в бывшем павильоне США открыт музей охраны окружающей среды «Монреальская биосфера», этаж которого отдан под музей экологических проектов Бакмистера Фуллера.

Замечательные экономические свойства сфер в форме шара и эллипсоида нашли применение и в другой сфере строительства — жилищах-капсулах для экстремальных климатических условий Крайнего Севера, высокогорья, под водой. В мире таких сооружений уже тысячи. Есть такие капсулы с минимальной площадью внешних ограждающих конструкций и максимальным внутренним объемом и в России.

Продолжает развиваться и направление прозрачных сфер-эллипсоидов более сложных форм. Примечательно, что в обоих этих направлениях совершенно естественно применяются и другие принципы природоинтегрированной архитектуры. Например, принцип сохранения места (минимизации площади застройки) и принцип взаимосвязи сред (регулирования открытия во внешнюю среду) [8],[9].

Бионические сферы-оболочки могут сильно отличаться как по форме, так и по размеру. Пример мегамасштаба — знаменитый сорокаэтажный лондонский «Огурец» Нормана Фостера, который часто применяет сферы сложной нелинейной формы. Однако здесь, кроме всего прочего, использован еще один прием из арсенала архитектурной бионики — спираль.

Исследования архитектурной бионики показали, что в природе прочность конструкции часто обеспечивается усложнением ее формы. Закручивание по спирали — один из основных способов повышения прочности при минимальном расходе материала (принцип образования винтовых поверхностей) — применено и в лондонском «Огурце» в виде сетчатой оболочки несущей фасадной конструкции.

В «Огурце» предусмотрены три спиральных атриума на всю высоту здания, выполняющих функцию естественного освещения и вентиляции. Однако эти атриумы, к сожалению, не озеленены. Несмотря на это, лондонское здание имеет множество экологических преимуществ, отмеченных в различных конкурсах: оно потребляет в два раза меньше энергии, чем аналогичные здания, меньше затеняет соседние территории, обладает замечательными аэродинамическими характеристиками. В нем применено множество инноваций из арсенала «зеленого» строительства, в связи с чем здание «Мери-Экс» признано лучшим небоскребом мира 2004 г.

А озелененные висячие сады осуществлены в более раннем экологическом небоскребе Н. Фостера. В спроектированном им в 1991 г. здании «Коммерцбанк-Тауэр» во Франкфурте-на-Майне устроен атриум высотой 160 м, разделенный на 10 тематических висячих садов, размещаемых тоже по спирали. В этом этапном для «зеленой» архитектуры здании применены сразу четыре принципа интеграции с природой.

В частности, в проекте небоскреба «Коммерцбанк-Тауэр» использованы такие приемы, как дом на ногах (сохранение места), буферные пространства атриумов (взаимосвязь сред), висячие сады (регенерация биоценоза), закручивание по спирали (использование закономерностей построения природных форм). Плюс внушительный ряд технических новаций, обеспечивающих требования стандартов «зеленых» зданий.

Кен Янг почти в каждом проекте применял спиральное расположение висячих садов. Спираль — излюбленная тема самого яркого представителя стиля био-тек Винсента Каллебота. Первым реализованным проектом этого молодого, но уже известного бельгийского архитектора станет строящийся в Тайбее элитный жилой комплекс, форма которого заимствована… у молекулы ДНК человека.

Конечно, молекула — это некий рекламный ход, но сдвижка этажей относительно друг друга дала возможность получить на крыше нижележащего этажа озелененную террасу перед окнами роскошной квартиры. Излишне говорить, что и это здание напичкано техническими новинками: на крыше — солнечные панели, дождевая вода собирается и идет на полив овощей и фруктов, выращиваемых на террасах. Все эти меры позволяют позиционировать комплекс «Агора Гарден» как полностью автономную экосистему. Так ли это, покажет ближайшее будущее, но уже сегодня ясно, что это удовольствие недешево и безумно сложно конструктивно, чем и объясняется задержка строительства. 

Принцип ОБЪЕДИНЕНИЯ СИЛ

В завершаемой серии из семи статей выявлено и представлено более 30 приемов и методов интеграции архитектуры и природы, однако в большинстве приведенных примеров используются один-два приема, реализующих принципы интеграции. Примеры сознательного применения большего количества приемов единичны. Зданий, где используются более шести приемов, в мире еще нет даже в проектах.

А вот успехи «зеленого» строительства в мире (не в России) значительно заметнее.В результате совместных усилий общества, государства и бизнеса, ученых, архитекторов и инженеров «зеленое» строительство стало мощным драйвером инновационного развития строительной науки и строительной отрасли в целом. Но не менее, если не более важным является широкое распространение ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОЗНАНИЯ в области строительства, вызванное этим всемирным общественным движением.

Критикуя ограниченность методов «зеленого» строительства, его одностороннюю увлеченность (и даже фетишизацию) техническими средствами для решения всех проблем в рамках отношений человека и природы, нельзя не отметить безусловную необходимость применения таких средств для экологии. Ведь даже такая негуманная крайность, как концепция трех нулей, может успешно применяться, но только когда в здании нет людей или они спят.

Природоинтегрированная архитектура не альтернатива, а дополнение к «зеленому» строительству. Вернее, прямо наоборот: СРЕДСТВО, «зеленое» строительство, должно быть использовано для достижения ЦЕЛИ — интеграции архитектуры и природы.

То есть архитектурное искусство, направленное на защиту человека от природы, может и должно выполнять также функцию по защите природы от человека всеми доступными средствами. Инженерно-технические методы, безусловно, полезны, и их надо активно применять, но только в том случае, если более естественными и более безвредными для природы архитектурно-планировочными и архитектурно-художественными приемами не удается удовлетворительно решить проблемы интеграции архитектуры и природы.

Для устойчивого развития человечества необходимо полноценное использование заложенной самой природой в физиологию человека способности к интеграции методов рационального и образного мышления [10]. Примечательно, что за полвека до создания современной теории функциональной асимметрии мозга человека о такой же интеграции говорил Ле Корбюзье, призывая к объединению усилий архитекторов и инженеров. Констатируя при этом прискорбный для всей нашей эпохи факт: «Эстетика инженера и эстетика архитектора связаны единством, но первая из них переживает бурный расцвет, а вторая мучительно деградирует» [11].

Отсюда еще один принцип природоинтегрированной архитектуры, охватывающий все технические методы «зеленого» строительства, но без привычной для нас путаницы ЦЕЛЕЙ и СРЕДСТВ. Принцип объединения сил предполагает взаимодополнение архитектурно-планировочных и архитектурно-художественных приемов всеми доступными техническими методами и средствами, что обещает синергетический эффект при интеграции природы и архитектуры. Кстати, сам термин «СИНЕРГИЯ» предложен Бакмистером Фуллером.

А цель определена еще сорок лет назад основателем архитектурной бионики Юрием Лебедевым, написавшим слова, актуальные и сегодня:«Исследование законов природы, жизни позволит нам преодолеть существующее противоречие двух систем — искусственной и органической (природной) среды, приведет в итоге к их гармоничному взаимодополнению. Это позволит создать наилучшие условия жизни для человека и сохранить многие ценные свойства природной среды» [1].

Эпилог

Из серии статей, проиллюстрированных 180 примерами из живой творческой практики, может сложиться впечатление, что весь мир или по крайней мере все выдающиеся архитекторы мира уже вступили на путь интеграции с природой. В действительности подавляющее большинство строящихся архитектурных объектов либо враждебны, либо в лучшем случае абсолютно безразличны к природе, уничтожение которой средствами архитектуры продолжается все более нарастающими темпами.

Человеческая жадность, эгоизм и глупость, тупая, ни на чем не основанная убежденность в неисчерпаемости природных ресурсов и возможности их дальнейшего хищнического использования (после нас хоть потоп) успешно продолжают двигать человечество к самоубийственной экологической катастрофе.

Использование принципов, приемов, методов интеграции природы и архитектуры сегодня остается очень редким явлением, а если они и применяются на практике в современной архитектуре, то чаще всего неосознанно, под влиянием моды или из желания сделать что-то необычное и оригинальное. Единичны в России и факты применения «зеленых» стандартов — сертификации по рейтинговым системам «зеленых» зданий. Да и эти редчайшие случаи происходят по необходимости — по требованию международных организаций (Международного олимпийского комитета, ФИФА и т. д.).

Непреложным фактом остается слабое, неразвитое ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОЗНАНИЕ — как в профессиональных кругах архитекторов, так и в среде политиков и чиновников и обществе в целом. Несмотря на множество разговоров, такое сознание еще не стало основой государственной политики вообще и градостроительной политики в частности.

Природоинтегрированная архитектура — это не художественный стиль и даже не направление архитектуры, уходящее корнями в глубокую историю человечества, к самым основам архитектуры. Это прежде всего новая этика отношений человека и природы, выраженная в самом материалоемком, долговечном и дорогостоящем слое материальной культуры человечества — архитектуре.

Виктор Логвинов

От «зеленого» строительства к природоинтегрированной архитектуре. Принцип использования форм. Часть 1

От «зеленого строительства» к природоинтегрированной архитектуре. Принцип использования форм. Часть 2

Список литературы:

1. Лебедев Ю. С. Архитектурная бионика на новом этапе. Архитектурная форма и научно-технический процесс. М.: «Стройиздат», 1975. С. 152.
2. Лебедев Ю. С. Дом-улитка и другие. // Московский рабочий. 1983. С. 6, 12.
3. Хайт В. Антонио Гауди и архитектура Запада ХХ в. в книгеАнтонио Гауди. Москва: «Стройиздат», 1986. С. 6.
4. Нонель Хуан Бассегода. Антонио Гауди. Москва: «Стройиздат», 1986. С. 68.
5. Каталог выставки Сантьяго Калатрава «Здания и мосты» в Москве в 1994 году.
6. Масдар (город) [Электронный ресурс «Википедия»].
7. Щербина Н. «Земля Олонхо»: проекты финалистов [Электронный ресурс ARCHI-RU]. URL: https://archi.ru/russia/57497/zemlya-olonkho.
8. Логвинов В. От «зеленого» строительства к природоинтегрированной архитектуре. Принцип сохранения места. // Проект «Байкал». — 2016/50.
9. Логвинов В. От «зеленого» строительства к природоинтегрированной архитектуре. Принцип взаимосвязи сред. // Проект «Байкал». — 2016/51.
10. Лурье А. Об историческом развитии познавательных процессов. М., 1974.
11. Корбюзье Ле. Мысли о творчестве [Электронный ресурс]. URL: http://corbusier.totalarch.com/atelier_de_la_recherche_patiente/2/4.
12. Логвинов В. От «зеленого» строительства к природоинтегрированной архитектуре. Принцип регенерации. // Проект «Байкал». — 2016/49.