Угол vs кривая
"Форма следует за функцией", - писал Луис Салливан в статье 1896 года, посвященной высотному строительству. Его слова стали основным принципом всей модернистской архитектурной школы и железобетонным доводом в пользу минималистического дизайна и простой геометрии. В 2021 году японский архитектор Коити Такада заявил: «Форма следует за природой», и это прозвучало почти как опровержение старых принципов. На самом деле, никакого противоречия здесь нет. Природа функциональна и рациональна, будь то «разветвленный дуб, извилистый ручей у его основания или дрейфующие облака» — именно это и подразумевал Салливан, что очевидно, если прочитать его статью полностью, а не вырывать слова из контекста.
Криволинейные и полусферические формы характерны для сакральной архитектуры, поскольку, согласно взглядам пифагорейцев, это соответствовало строению Вселенной и подчеркивало ее близость к небесам как божественной обители.
Купол римского Пантеона с окулюсом стал символом могущества Римской империи, а купол Флорентийского собора, созданный Брунеллески, символом архитектуры Возрождения.
Но так уж получилось, что термины «естественная геометрия» или «органическая архитектура» чаще употребляются не когда мы рассказываем о плоских домах Фрэнка Ллойда Райта или шедеврах барокко, а когда описываем современные здания сложной геометрии с круглыми текущими формами. Тенденция к отходу архитекторов от неуклюжих форм к криволинейным стала очевидна в конце XX века, а в XXI криволинейность вышла из разряда «архитектурного haute couture». Теперь не только музеи и театры, но и офисы, торговые центры, остановки метро радуют глаз плавными линиями, волнами и стеклянными пузырями. Образно говоря, игра в кубики сменилась игрой в петанке. Но, собственно, почему? И почему именно сейчас?
Большой двор Британского музея, спроектированный бюро Foster+Partners. Фото: John Weiss. Источник фото: flickr.com
криволинейность и эмоциональный эффект
Пытаясь объяснить, почему, в противовес модернистам, многие из современных архитекторов стремятся к созданию текучих, сложных форм, криволинейных как в плане, так и в разрезе, архитектурные критики сошлись во мнении, что криволинейность — один из признаков и стимулов well-being. Криволинейные формы дают визуальное облегчение взглядам людей, уставших в городе от кубов, параллелепипедов и перекрестков.
Большой двор Британского музея, спроектированный бюро Foster+Partners. Фото: Andrew Dunn. Источник фото: Wikimedia Commons
В 2009 году ученые факультета архитектуры и планирования технологического университета MARA опубликовали результаты необычного исследования "Влияние криволинейных архитектурных форм на окружающую среду и поведение". Они изучили шесть зданий, построенных по проекту архитектурного бюро Foster+Partners, в том числе юридический факультет Кембриджского университета, Большой двор Британского музея, станцию лондонского метро Canary Wharf. Все эти постройки можно отнести к выдающимся образцам современной криволинейной архитектуры. По мнению исследователей, нестандартное пространство и игра объемов вызывает у людей поднятое настроение, облегчает навигацию, поощряет общение и сотрудничество и даже стирает социальные границы. Смелые выводы малайзийских ученых совпали с выводами европейских и американских, проводившихся в те же годы.
Мадани Неджад, доктор философии и старший архитектор в департаменте здравоохранения США, еще будучи аспирантом Техасского университета A&M, проинтервьюировал 12 знаменитых практикующих архитекторов, в том числе четырех приткеровских лауреатов, чтобы узнать, чем они руководствуются, предпочитая. Также Неджад опросил несколько десятков людей других профессий, чтобы узнать, совпадают ли их взгляды со взглядами проектировщиков. Оказалось, что архитекторы и неархитекторы одинаково воспринимают криволинейные пространства и формы как более женственные, неагрессивные, снижающие стресс и в целом более приятные.
Юридический факультет Кембриджского университета, спроектированный бюро Foster+Partners. Фото: Dennis Gilbert. Источник фото: ajbuildingslibrary.co.uk
Подобные исследования проводились почти параллельно университетам Торонто и Беркли. В итоге сложился консенсус о приятности криволинейных форм. Дизайнеры Apple, создавая гаджеты с закругленными углами, ориентируются на эту самую теорию, современные стадионы имеют круглую форму, несмотря на прямоугольное игровое поле, а политики, желая добиться соглашения, садятся за круглый стол.
Если еще архитекторам древности было известно, что кривая, как бы парадоксально это ни звучало, — более короткий путь к благополучию, а доказательная наука подтвердила их гипотезы, почему наши города имеют ломаную линию горизонта?
Всё просто. Несмотря на то, что в природе практически не встречаются прямолинейные формы, а человек интуитивно стремится к природе, проектировать и строить прямоугольные или кубические здания проще и дешевле. А поскольку экономика всегда была самым важным критерием, то прямоугольные коробки — более функциональные. Вернее, так было недавно. В последние несколько десятилетий архитекторы получили в свое распоряжение такие инструменты и технологии, о которых архитекторы Рима даже не решались мечтать.
Станция лондонского метро Canary Wharf, спроектированная бюро Foster+Partners. Фото: Nigel Young
Параметрический дизайн: искусство форм и параметров
Сегодня параметрический дизайн и Building Information Modeling (BIM) стали ключевыми инструментами, позволяющими архитекторам реализовывать свои идеи и создавать объекты свободной формы. Эти инновации значительно изменили традиционный подход к архитектурной практике.
«Параметрическое проектирование – это компьютерный подход к проектированию, рассматривающий геометрические свойства конструкции как переменные. Размеры, углы и геометрические свойства остаются податливыми по мере разработки проекта», — эта формулировка принадлежит Патрику Шумахеру из Zaha Hadid Architects. Сама Хадид вошла в историю архитектуры как иметь параметризм, подарив мировые десятки шедевральных построек с текучими формами.
Building Information Modeling (BIM) – это подход к проектированию и управлению строительством, использующий единый цифровой 3D-модельный образ объекта для интеграции всей необходимой информации. Это данные о геометрии, материалах, конструкции, расходе ресурсов и многих других аспектах.
Холл Харбинского оперного театра, построенного по проекту MAD Architects. Фото: Hufton Crow
С каждым годом количество входных данных увеличивается. Кроме размеров, пропорций, структур, материалов необходимо учитывать сложный городской контекст, изменения климата, поведение и запросы клиента, бюджет, требования к энергоэффективности, новые редакции строительных норм. А в ближайшие годы обязательным будет вычислять и отслеживать карбоновый след в течение всего цикла жизни построек. Сегодня архитекторы могут создавать параметрические модели, автоматически генерирующие 3D-модели BIM. Это позволяет им не только изучить сложные формы, но и анализировать их в контексте строительства и эксплуатации.
Чтобы одухотворить цифру, требуются талант и креативность дизайнера. В мастерской Фрэнка Гэри, например, компьютер используют после создания физической скульптурной модели
Макет сканируется на специальном принтере, чтобы получить трехмерную цифровую мастер-модель. Модель постоянно совершенствуется в процессе развития, превращаясь в цифровую матрицу будущего здания. Большинство архитекторов-зуммеров свободно творят уже исключительно в цифровом пространстве, от очерка до матрицы, и с каждым годом процесс проектирования ускоряется.
Харбинский оперный театр построен по проекту MAD Architects. Фото: Adam Mørk
Стекло и подводные камни
Ранее мы уже писали о причинах привлекательности построек со стеклянной кожей. Разумеется, экспериментируя со свободными формами, архитекторы хотели бы найти лучший путь для использования стекла. Но есть несколько проблем. Когда мы хотим создать крупноформатный объем, то пока не можем выдуть бесшовный пузырь размером со стадион. Стекло, хоть оно и является аморфным материалом, невозможно гнут так же легко, как алюминий.
При проектировании волнистых или каплеобразных стеклянных фасадов, крыш и навесов обычно используется так называемый метод полигональной мозаики, когда сложная геометрическая форма разбивается на фрагменты. Чаще всего – треугольники, поскольку треугольники позволяют собрать любую сложную изогнутую форму, а импосты между ними придают конструкции прочности.
Здание Fondation Louis Vuitton, построенное по проекту Фрэнка Гэри в Париже. Источник фото: divento.com
Это недешево, поскольку каждая панель имеет индивидуальную форму, а стальные балки, на которые монтируется стекло (обычно это двутавровые балки, скрепленные сваркой или болтами), нужно как-то камуфлировать снизу. Например, деревянной решеткой, как это сделал Фрэнк Гэри, проектируя здание артгалереи в Торонто и фонд Луи Виттона в Париже. Или декоративной решеткой из пластика, как в холле Харбинского оперного театра, построенного по проекту MAD Architects.
Можно отливать стекло в пресс-формы, можно гнуть само стекло горячим или холодным методом. К примеру, панели из флоат-стекла для фасада Эльбской филармонии в Гамбурге со складчатыми оконными проемами создавались формированием еще горячих листов. Но формирование стекла обойдется еще дороже.
Пример использования панелей из гнутого стекла в Эльбской филармонии в Гамбурге. Фото: Iwan Baan
Еще более важные проблемы – недостаточная энергоэффективность и слабая прочность конструкции (относительно обычной стены). То есть использовать такую конструкцию как несущую невозможно.
Навес Grid2Shell над двором Mirdif Avenue Mall в Дубае, ОАЭ. Фото предоставлено Schüco
Grid2Shell от Schüco – в чем революционность?
На весенней выставке BAU в Мюнхене, о которой PRAGMATIKA.MEDIA ранее писала в статье «BAU глазами украинских архитекторов: Carbon Control и другие ноу-хау», самым ярким экспонатом в павильоне, где демонстрировались новинки ограждающих конструкций и фасадов, стал фрагмент самонесущей купольной конструкции, созданной с использованием Grid2Shell – инновационной модульной системы или крыши свободной формы.
Футуристические дома с криволинейными фасадами всегда оказываются в центре внимания. Несмотря на все сложности и проблемы, которые мы описали, впрочем даже в Киеве уже есть дома с криволинейными фасадами, например Ocean Plaza. Чем технология Grid2Shell отличается от ранее применявшихся решений и в чем ее преимущества, пояснил Алексей Сверчков, коммерческий директор Schüco Ukraine.
Алексей Сверчков, коммерческий директор Schüco Ukrainе
Алексей Сверчков: «Действительно, параметрические стеклянные фасады делали и раньше, но это всегда было специальное индивидуальное решение, разработанное под какой-то конкретный проект. Компания Schüco создала универсальную платформу, с помощью которой можно строить практически любые формы, и это стало возможно с помощью относительно небольшого количества компонентов. Если совсем просто и коротко описать систему Grid2Shell, то это комбинация профилей из легированного алюминия, соединяющихся между собой с помощью полнотелых алюминиевых крестовин, имеющих индивидуальную для каждого узла геометрию. Геометрия крестовин задается программным обеспечением при проектировании параметрической конструкции.
Также система профилей и крестовин дополнена уплотнителями, обладающими многоуровневым принципом водоотведения и обеспечивающими прекрасные теплофизические характеристики. Система Schüco Grid2Shell позволяет встраивать 2-камерные стеклопакеты, что делает ее подходящей для применения в любых климатических условиях. Пространство между стеклопакетами снаружи заполняется силиконовым швом по принципу "структурного остекления".
Фрагмент модульной конструкции Grid2Shell в экспозиции Schüco на выставке BAU 2023. Фото предоставлено Schüco
Уникальность нашей системы Schüco Grid2Shell заключается еще в том, что это самонесущий каркас, не требующий стальных подконструкций или ферм. Это облегчает нагрузку на фундамент и ведет к экономии стоимости работ по изготовлению и монтажу стального каркаса. Ну и, конечно, к сокращению сроков реализации остекления.
Как мы уже отметили, система Schüco Grid2Shell является "теплой" (соответствует нормам теплоизоляции ограждающих светопрозрачных конструкций), полностью герметична и оснащена уникальными водоотводными решениями. Иными словами, теперь, кроме стальных подконструкций, не нужны и вторые (дублирующие) контуры остекления или любые стены, решающие проблемы герметизации и теплоизоляции. Большинство криволинейных фасадов, которые мы можем встретить на улице, являются действительно декорацией, а это не совсем то, что позволяет создать Schüco Grid2Shell.
Это действительно революционный продукт, особенно для куполов, стеклянных атриумов и сложных каплеобразных форм, когда вертикальный фасад плавно переходит в крышу.
Эта технология не только позволяет упростить проектирование параметрических форм, но и делает их реализацию простой, быстрой и надежной».
Проектирование с использованием Grid2Shell не требует какого-либо специфического программного обеспечения, то есть украинские архитекторы могут использовать привычные для себя программы. Для отделки фасада или крыши в системе Grid2Shell нужна всего лишь трехмерная модель AutoCAD и заполненный check list с учетом всех параметров и особенностей здания и участка, о чем мы подробнее расскажем дальше».
Создание 3D-модели конструкции Schüco Grid2Shell. Фото предоставлено Schüco
А что же с инжинирингом и непосредственно постройкой?
Возведение нестандартных построек никогда не считалось простой задачей. Например, чаще всего топархитекторы сотрудничают с инжиниринговой международной компанией Arup, которая известна тем, что берется за сложные идеи и успешно с ними справляется. В качестве подрядчиков приглашаются авторитетные строительные компании: шведская Skanska, британская Balfour Beatty, французская Laing O’Rourke и другие из топ-списка Engineering News-Record. Но, как утверждают в Schüco, для сборки фасада или крыши по технологии Grid2Shell не требуется специального оборудования или обучения строителей. В любом случае заказывать спецбригады из-за границы не придется.
Алексей Сверчков: «Никакого специального оборудования для обработки системы Grid2Shell не требуется. Все профили подрезаются под углом 90 градусов обыкновенной пилой. Для облегчения сборки конструкции все соединяемые с ними крестовины и профили соответственно пронумерованы. Профили поставляются уже с фрезерованными карманами, в которых спрятаны элементы крепления. Прямоугольные крышки надежно и элегантно закрывают эти карманы, создавая цельный и неповторимый внешний вид. Сечения профилей имеют легкий, воздушный и эстетичный вид – как снаружи здания, так и внутри помещения.
Навес Grid2Shell над двором Mirdif Avenue Mall в Дубае, ОАЭ. Фото предоставлено Schüco
Конечно, за простотой и внешней легкостью кроется тяжелый и кропотливый труд инженеров и конструкторов. Все расчеты и выбор параметров готовят специалисты Schüco. Компания-инсталлятор получает 3D-модель конструкции и ее визуализацию, список материалов, список стеклопакетов и т.д. Как я уже сказал, все компоненты приходят пронумерованы с подробной инструкцией по монтажу. Конечно, мы оказываем техническую поддержку и производим шефмонтаж. Но это мы делаем всегда, и в этом случае Schüco Grid2Shell не исключение».
Для сборки фасада или крыши по технологии Grid2Shell не требуется специального оборудования или обучения строителей. В любом случае заказывать спецбригады из-за границы не придется
Эксплуатация уже построенного здания тоже не отличается какой-либо особой спецификой. Безусловно, уход за стеклом всегда более хлопотный, чем за обычным кирпичным фасадом, но имидж «блестящей звезды» того стоит. К примеру, самое высокое здание Лондона, небоскреб The Shard, проходит очистку четыре раза в год. 17-ти специально обученным мойщикам нужно 3 месяца, чтобы с помощью тросов спуститься с крыши и отмыть все 11 тысяч стеклянных панелей. Фактически это означает, что здание чистят каждый день в течение года. Так что подумать о будущих мойках следует на уровне проектирования, предупреждает коммерческий директор Schüco Ukrainе: «Сложности в обслуживании и мытье фасадов (крыш) больше связаны с их формой, чем со структурой поверхности. Ведь поверхность конструкций на базе системы Grid2Shell такая же, как и для привычных фасадов, то есть стекло. Обычно при строительстве предусматривают места крепления для тросов и специальные трапы для обслуживающего персонала. В общем, этот процесс мало чем отличается от обслуживания привычных прямолинейных форм. Но принципиально обмыслить все детали еще на стадии идеи.
Необходимо избегать разнообразных углублений (мешков), в которых может скапливаться вода, листья, пыль или снег. Потоки осадков или талой воды должны своевременно отводиться в ливневые каналы. Следует избегать резких переломов и перепадов уровня, приводящих к завихрениям и дополнительным ветровым нагрузкам. Здесь, конечно, нужен опыт и знание архитекторов и специалистов по проектированию подобных сооружений».
Навес Grid2Shell над двором Mirdif Avenue Mall в Дубае, ОАЭ. Фото предоставлено Schüco
Grid2Shell и климат
Grid2Shell идеально подходит для создания всесезонной архитектуры – крытых галерей-улиц, крытых площадей, стадионов и других объектов. Ранее подобные конструкции, когда нужно создать навес большой площади, всегда считались достаточно сложными из-за большого веса и высокой степени ответственности в инженерных расчетах.
Технологии Schüco позволяют рассчитать нагрузку на такую крышу с максимальной точностью, учесть снег и ветер и сделать безопасную конструкцию, утверждает Алексей Сверчков: «Крыши и навесы — идеальное поле для реализации системы Grid2Shell. Благодаря тому, что это самонесущаяся конструкция, не требующая стального каркаса, такие крыши придают уникальный внешний вид любому объекту. Это могут быть кровли торговых центров, крытые зимние сады, требующие много света, стадионы, ледовые арены… В общем, просто трудно перечислить все типы зданий, где возможно использование Grid2Shell. Конечно, перед тем, как приступить к конструированию, заказчик, подрядчик или архитектор оформляет специальный "check list", в котором четко указываются все необходимые параметры, например коэффициент теплопроводности, уровень герметичности, а также нагрузки - ветровые, снеговые и т.д.
Визуализация моделирования системы Grid2Shell для криволинейной архитектуры. Видео предоставлено Schüco
Согласно заданным характеристикам подбираются конфигурация и шаг профилей, форма конструкции, габариты стеклопакетов. Подрядчики также рассчитывают стеклопакеты на прогиб. Определяются необходимые габариты и номиналы (толщины) стекла. Как я уже отметил, проектирование и конструирование подобных форм – трудоемкий и кропотливый процесс, но на финальной стадии мы выходим на экономию средств и сокращение сроков строительства».
Летом 2023 года в Дубае завершилось строительство нового крупного торгового центра Mirdif Avenue Mall, построенного из модулей Grid2Shell.
Новое здание может являться примером еще одной специфической особенности технологии, разработанной Schüco.
Алексей Сверчков: «Заказчик изначально хотел получить уникальную кровельную конструкцию. Он хотел, чтобы крыша имела плавную свободную форму и привлекала внимание посетителей торгового центра. Особенность этого проекта состоит в том, что конструкция Grid2Shell не имеет стеклопакетов и служит не полноценной крышей, а скорее навесом.
Фрагментарные поля заполнены текстильным полотном из системы Schüco FACID для создания тени. Конструкция крыши опирается исключительно на круглые стальные трубчатые балки, а усилия передаются на бетон. Это создает впечатление плавающей воздушной оболочки. Сама конструкция является самонесущей и была предварительно собрана по частям, как пазл. Все, что требовалось потом, это подъемный кран. Благодаря проработанной до мельчайших деталей системе процесс сборки и монтажа был быстр, экономичен и безопасен. Как вы видите, при этом не требовалось сложного оборудования. Со стороны Schüco на объекте присутствовал супервайзер».
Еще одна неочевидная, но связанная с климатом особенность зданий из стекла, прежде всего каплевидных, — это отражение. криволинейная стеклянная поверхность может создавать множество бликов, а иногда отраженный свет нагревает соседние здания или участки улиц, если разработчики это не учли. Например, после того, как блики от здания концерт-холла Уолта Диснея под жарким солнцем Лос-Анджелеса сделали жизнь людей в соседних зданиях невыносимой, весь металлический фасад пришлось затонировать. А если бы это было стекло?
Фрагмент модульной конструкции Grid2Shell в экспозиции Schüco на выставке BAU 2023. Фото предоставлено Schüco
Но как бы то ни было, интерес к криволинейным стеклянным зданиям в мире устойчиво растет. И успех экспозиции Schüco на прошлой выставке BAU 2023 — очередное тому подтверждение, считает Алексей Сверчков: «Интерес огромен, особенно на Ближнем Востоке и в Европе, это в основном торговые молы, которые своей уникальной формой привлекают внимание покупателей и при этом заполняют естественным светом все галереи бутиков. Но не только. Это, как я уже сказал, и спортивные сооружения, и аэропорты, и вокзалы – все, что является центром внимания большого количества людей.
Конечно, в результате в Украине практически остановлена работа над такого рода сооружениями, однако система уже запроектирована на нескольких украинских объектах. Мы уверены, что не так далеко то время, когда мы с вами сможем провести экскурсию по нашим объектам с Grid2Shell. Поверьте мне, они будут не менее яркими, чем те, которые построены в Дубае».
Чтобы приблизить этот момент, в Schüco Ukraine приглашают украинских архитекторов и девелоперов ознакомиться с разработкой Grid2Shell лично
Если у вас есть интерес, вы можете воспользоваться возможностью лично пообщаться со специалистами Schüco на Архитектурном строительном форуме, который пройдет 5-6 октября этого года в КВЦ Парковый в Киеве. Компанию Schüco вы найдете на стенде №72 на первом этаже.
