экоархитектура, фракталы, синергетика, пермакультура, метаязык

В статье раскрыты основные законы фрактального формообразования в архитектуре и особенности их применения при проектировании объектов с учетом требований комфорта и экологии. Приведены примеры существующих зданий и сооружений, содержащих в себе ряд принципов фрактальной геометрии, эргономики и энергосбережения.

Текст статьи:

Синергетические принципы самоорганизации, незамкнутости, самоподобия, открытости структур ясно читаются в экоподходе к архитектурному проектированию. Это утверждение основано на результатах сравнения основных положений синергетики и фрактальности и принципов экоархитектуры.

Обозначим основные критерии, которым должен отвечать современный экопроект сооружения:

• минимальное использование источников энергии искусственной природы (применение ветряных и гелиотермических энергоисточников);
• применение плавных, приближенных к природным объектам, обтекаемых форм (органическая форма, бионика);
• использование строительных материалов природного происхождения (древесина, камень и др.) и прошедших вторичную обработку;
• отношение к зданию как к живому организму, который «дышит», «растет», «увядает» и т.д. (архитектура как среда обитания);
• применение в строительстве и архитектурном проектировании принципов метаболизма, саморазвития, разложения, гомеостаза (синергетические основы развития систем);
• минимизация отрицательных воздействий на окружающую среду: проектирование и возведение зданий с замкнутым циклом энерго- и ресурсопотребления.

Проанализируем экоподход с синергетической точки зрения. Применение естественных источников энергии есть не что иное, как реализация синергетического принципа открытости системы, когда разнонаправленные потоки веществ различной природы пронизывают объект. Таким образом, в экоархитектуре принцип открытости является наиважнейшим по отношению к остальным. Архитектору и потребителю такого продукта важно взаимодействие этих потоков и их равнозначность (пермакультура¹): потребление чистого воздуха – возврат очищенного воздуха, использование чистой воды – возврат очищенной воды и т.д. Такое отношение к создаваемому объекту автоматически приводит к адекватному включению готового сооружения в существующую среду. Применение принципа открытости дает весьма интересные результаты. Например, дом-купол, «следящий» за солнцем (рис.1). Использование природных материалов, сферическая куполообразная форма, огромные окна – все это создает визуальное впечатление проникновения внешней среды в интерьер дома. Сооружение реагирует на изменения внешних условий – движение солнца, выстраивая свой внутренний микроклимат в соответствии с ними, что обуславливает полную открытость системы, предложенной компанией Domespace Homes. Объекты экоархитектуры не оказывают разрушительных воздействий на климат, напротив, при их проектировании учитываются внешние условия, внутренняя структура выстраивается в соответствии с внешней средой: макрообъект управляет микроуровнем и подчиняется мегауровню². В этом заключен принцип иерархии.

Рис.1. Дом-купол (фото: http://www.ecology.md)

Вторым немаловажным принципом экообъектов является их органическая форма. Архитектура является отражением среды обитания человека, т.е. природы того региона, где автор проекта родился и жил. Традиции, приобретенные естественным образом и передающиеся из поколения в поколение, вступают в симбиоз с субъективным восприятием среды конкретного индивидуума, и все это становится базой новой архитектуры. Фрактальные законы построения формы присутствуют в любом природном объекте, потому с легкостью уже на интуитивном уровне ведения проектных работ проникают в архитектурное сооружение. В этом заключен единый подход синергетики и экоархитектуры к решению проблемы эргономики и бионики в архитектурном формообразовании. Проектной реализацией архитектурной методики, отражающей данную систему взглядов, являются многочисленные объекты, выполненные в стиле архитектурной бионики. В этом архитектурном направлении органические формы и принципы конструирования сочетаются с современными технологиями строительства. Основу методики составляет аналогия между строением живого организма (растений, животных) и структурой сооружения: несущие конструкции здания – скелет; инженерные коммуникации – нервные окончании, кровеносные сосуды и др.; ограждающие конструкции – кожа.

Рассмотрим основные принципы фрактальности объекта:

• самоподобие – любая часть целого подобна самому целому;
• динамичность, способность к саморазвитию (в природе нет статичных состояний и фиксированных размерностей);
• дробность, обладающая изоморфизмом.

Наши предшественники хорошо знали (или чувствовали) эти принципы и применяли их в своих сооружениях. Например, градостроительные памятники древних цивилизаций, сохранившиеся до настоящего времени, выстроены по «законам природы», т.е. фрактальны (рис.2, 3).

Рис.2. Сооружения инков: 1) Поля Инков (фото: http://www.wildrussia.spb.ru); 2) поселение инков (фото:

Рис.3. Аркаим (фото: http://www.wedma.fantasy-online.ru)

Органично вписанные в ландшафт, сделанные из природных материалов (стволы и листья пальм), саморазлагающиеся под действием естественных природных процессов и быстро восстанавливаемые, жилые дома аборигенов Новой Гвинеи, Океании и Австралии экономичны по трудозатратам на возведение и полностью удовлетворяют потребности человека в экологически чистом жилье (рис.4). При создании хижин в условиях влажного тропического климата учтены требования инсоляции и аэрации сооружений. Необходимо отметить, что сделано это на интуитивном уровне: местные жители наблюдали за окружающей их природой, замечали законы жизненного цикла растений, «поведение» биологических систем и применяли полученные опытным путем знания в создании жилища.

Архитектура как результат созидательной деятельности человека естественным образом базируется на законах развития мироздания, воспринимаемых человеком интуитивно или осознанно. Фрактальный принцип развития природных и геометрических объектов проникает вглубь архитектуры и как образ внешнего решения объекта, и как внутренний принцип архитектурного формообразования. Рассмотрим ряд примеров работ современных архитекторов.

Весьма интересны работы Фриденсрайха Хундертвассера (Фридрих Штовассер). Его «Лесная спираль» − дом, расположенный в городке Дармштадт (Германия), имеет занимательную концепцию экоархитектуры. В основе её лежит принцип индивидуальности: дома, как любые живые существа, должны быть не похожи, разнообразны, при этом – вписываться в естественную среду, гармонировать с природой (рис.5). Этот объект соответствует всем принципам фрактальности.

Рис.5. Лесная спираль Фриденсрайха Хундертвассера (фото: http://www.mandalay.ru)

Завораживает работа архитекторов Владо Милунича и Фрэнка Гери – танцующий дом в Праге (Чехия), выполненный в стиле деконструктивизма (рис.6). Динамика и самоподобие форм, их индивидуальность, самобытность направлены на создание необычного зрительного впечатления, что, конечно, благоприятно сказывается на психо-эмоциональном состоянии людей, смотрящих на данный объект, т.е. в объекте учтены требования видеоэкологии.

Оригинальная идея Пита Блома – кубические дома – переросла в интересное дизайнерское решение ряда построек в Роттердаме (рис.7). Оригинальность проекта зиждется на метафорическом сравнении дома и дерева: каждый дом напоминает абстрактное дерево, которое разветвляется, разрастается и превращается в лес.

Рис.6. Танцующий дом (фото: www.gazeta.lv)       Рис.7. Куб-хауз (фото: www.arhinovosti.ru)

Понимание синергетических законов необходимо при проектировании объектов, направленных не только на реализацию своей непосредственной функции (жилое здание, производственное здание, торговый центр и др.), но и создающих комфортный микроклимат, эстетическое наслаждение, гармоничный городской ландшафт. Надо понимать, что любой создаваемый вновь архитектурный объект должен быть включен в уже сложившуюся городскую среду и природную климатическую зону. Закон синергии – закон взаимосвязи и взаимообусловленности всего сущего, в том числе и искусственно созданной (создаваемой) и естественной сред жизнедеятельности человека. Так, синергетика является основой экологических принципов создания комфортной урбанизированной среды, в которой сосуществуют человек и природа. Учет органичного соединения здания с природной средой, экологией человека при проектировании архитектурных и градостроительных единиц естественным образом приводит к возникновению макрообъектов экологической инфраструктуры (экополис, экосити, экогород). Таким образом, экопроект должен начинаться с синергетического анализа ситуации: с выявления управляющих воздействий (рельеф, растительность, направление ветра, экономика и др.), критического отбора элементов будущего объекта и прогнозирования результата (макрообъекта).

Экоподход в архитектуре проявился в появлении «народной архитектуры» (непрофессиональной). Это направление стало естественной реакцией на процесс урбанизации, усилившийся в ХХ – нач. ХХI веках. В крупных городах (мегаполисах) человек оказался изолированным от естественных природных условий. Искусственная урбанизированная среда оказывает агрессивное воздействие на физическое и духовное состояние горожан. Вследствие этого стали появляться самобытные постройки, возведенные без участия профессиональных архитекторов-проектировщиков, представляющие собой выплеск творческой сублимированной энергии «хозяина дома». Такие решения отличаются нестандартным подходом к конструированию и применению строительных материалов, смешением стилей, художественных методов и приемов. В этом заключается трансдисциплинарность непрофессиональной архитектуры: человек создает объект, опираясь на свой опыт и знания, подверженные влиянию менталитета, профессии, национальности и др.; он привносит в архитектуру модели и методы из других сфер своей деятельности.

Синергетические законы, фрактальные построения, динамический хаос и новые архитектурные методики и теории, основанные на трансдисциплинарном подходе, оказали сильное влияние на архитектурную практику. Так, в течение последних десятилетий архитекторы разных стран все чаще обращаются к биологическим объектам не только как к источникам образов зданий, но и как к прообразу структурной организации и принципов существования сооружений. Примером этого являются работы П.Ж. Грийо (город «Аквилла», 1960-е гг.), П. Солери (Аркология), С. Калатрава (город науки и искусства) и др. Данный процесс основан на желании управлять стихийным развитием урбанизированной среды и регулировать равновесие системы «природа – человек –  город». Природа представляет собой открытую систему, в которой любой элемент обоснован и логически, и функционально связан с остальными частями. Человек является частью этой системы, зависит от неё, потому должен контролировать влияние деятельности, направленной на создание комфортного жизненного пространства, на окружающую среду, поддерживать равновесие, т.е. гомеостатичность. Законы синергетики, находящиеся в основе развития сложных систем, способны вывести экоархитектуру на новый уровень знания, что позволит понять и применять в архитектуре метаязык живой природы.

¹ Пермакультура – это способ устойчивого и равновесного способа сосуществования человека с окружающей средой. Система проектирования (организации) жизнеспособных сред. Принципы пермакультуры направлены на создание маломасштабных систем, являющихся эффективными по трудозатратам на возведение и по использованию биологического топлива (энергоэффективные).

² В контексте экоархитектуры уместнее говорить о мезоуровне т.е. среднем уровне, являющемся результатом соединением макро- (в синергетике – мегауровень) и микроуровня. [3]

Библиография

1. Буданов В.Г. Методология синергетики в постнеклассической науке и в образовании / В.Г. Буданов. – М.: ЛИБРОКОМ, 2009. – 240 с.
2. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы / Б. Мандельброт. – М.: Ин-т компьютерных исследований, 2002. – 656 с.
3. Тетиор А. Н. Городская экология: учеб. пособие для вузов / А.Н. Тетиор. – М.: Академия, 2008. – 336 с.