Кут vs крива
«Форма слідує за функцією», — писав Луїс Салліван у статті 1896 року, присвяченій висотному будівництву. Його слова стали основним принципом усієї модерністської архітектурної школи й залізобетонним аргументом на користь мінімалістичного дизайну та простої геометрії. У 2021 році японський архітектор Коїті Такада заявив: «Форма слідує за природою», і це прозвучало майже як спростування старих принципів. Насправді жодної суперечності тут немає. Природа функціональна й раціональна, чи то «розгалужений дуб, чи звивистий струмок біля його основи, чи хмари, що дрейфують», — саме це і мав на увазі Салліван, що очевидно, якщо прочитати його статтю повністю, а не виривати слова з контексту.
Криволінійні та напівсферичні форми характерні для сакральної архітектури, оскільки, згідно з поглядами піфагорійців, це відповідало будові Всесвіту та підкреслювало її близькість до небес як божественної обителі
Купол римського Пантеону з окулюсом став символом могутності Римської імперії, а купол Флорентійського собору, створений Брунеллескі, — символом архітектури Відродження.
Але так уже вийшло, що терміни «природна геометрія» або «органічна архітектура» частіше вживаються не коли ми розповідаємо про плоскі будинки Френка Ллойда Райта або шедеври бароко, а коли описуємо сучасні будівлі складної геометрії з круглими формами, що наче течуть. Тенденція до відходу архітекторів від незграбних форм до криволінійних стала очевидною наприкінці XX століття, а в XXI-му криволінійність вийшла з розряду «архітектурного haute couture». Тепер не лише музеї та театри, а й офіси, торгові центри, зупинки метро радують око плавними лініями, хвилями та скляними бульбашками. Образно кажучи, гра в кубики змінилася грою в петанк. Але, власне, чому? І чому саме тепер?
Великий двір Британського музею, спроєктований бюро Foster+Partners. Фото: John Weiss. Джерело фото: flickr.com
Криволінійність та емоційний ефект
Намагаючись пояснити, чому, на противагу модерністам, багато хто із сучасних архітекторів прагне створення текучих, складних форм, криволінійних як у плані, так і в розрізі, архітектурні критики зійшлися на думці, що криволінійність — одна з ознак і стимулів well-being. Криволінійні форми дають візуальне полегшення поглядам людей, які втомилися в місті від кубів, паралелепіпедів і перехресть.
Великий двір Британського музею, спроєктований бюро Foster+Partners. Фото: Andrew Dunn. Джерело фото: Wikimedia Commons
У 2009 році науковці факультету архітектури та планування технологічного університету MARA опублікували результати незвичайного дослідження «Вплив криволінійних архітектурних форм на навколишнє середовище та поведінку». Вони вивчили шість будівель, збудованих за проєктом архітектурного бюро Foster + Partners, зокрема юридичний факультет Кембриджського університету, Великий двір Британського музею, станцію лондонського метро Canary Wharf. Усі ці будівлі можна віднести до визначних зразків сучасної криволінійної архітектури. На думку дослідників, нестандартний простір і гра обсягів викликає у людей піднятий настрій, полегшує навігацію, заохочує спілкування та співпрацю і навіть стирає соціальні кордони. Сміливі висновки малайзійських учених збіглися з висновками європейських та американських, що проводилися в ті самі роки.
Мадані Неджад, доктор філософії та старший архітектор у департаменті охорони здоров’я США, ще будучи аспірантом Техаського університету A&M, проінтерв’ював 12 знаменитих практикуючих архітекторів, зокрема чотирьох прітцкерівських лауреатів, щоб дізнатися, чим вони керуються, віддаючи перевагу криволінійним формам. Також Неджад опитав кілька десятків людей інших професій, щоб дізнатися, чи їхні погляди збігаються з поглядами проєктувальників. Виявилося, що архітектори і неархітектори однаково сприймають криволінійні простори й форми як жіночніші, неагресивні, такі, що знижують стрес і в цілому приємніші.
Юридичний факультет Кембриджського університету, спроєктований бюро Foster+Partners. Фото: Dennis Gilbert. Джерело фото: ajbuildingslibrary.co.uk
Подібні дослідження проводилися майже паралельно в університеті Торонто та Берклі. У підсумку склався консенсус щодо приємності криволінійних форм. Дизайнери Apple, створюючи гаджети із закругленими кутами, орієнтуються на цю саму теорію, сучасні стадіони мають круглу форму, незважаючи на прямокутне ігрове поле, а політики, бажаючи досягти угоди, сідають за круглий стіл.
Якщо ще архітекторам давнини було відомо, що крива, як би парадоксально це не звучало, — більш короткий шлях до благополуччя, а доказова наука підтвердила їхні гіпотези, то чому наші міста мають ламану лінію горизонту?
Все просто. Незважаючи на те, що в природі практично не трапляються прямолінійні форми, а людина інтуїтивно прагне до природи, проєктувати та будувати прямокутні чи кубічні будівлі простіше та дешевше. А оскільки економіка завжди була чи не найважливішим критерієм, то прямокутні коробки — функціональніші. Точніше, так було донедавна. В останні кілька десятиліть архітектори отримали у своє розпорядження такі інструменти й технології, про які архітектори Риму навіть не наважувалися мріяти.
Станція лондонського метро Canary Wharf, спроєктована бюро Foster+Partners. Фото: Nigel Young
Параметричний дизайн: мистецтво форм і параметрів
Сьогодні параметричний дизайн і Building Information Modeling (BIM) стали ключовими інструментами, що дозволяють архітекторам реалізовувати свої творчі ідеї та створювати об’єкти вільної форми. Ці інновації значно змінили традиційний підхід до архітектурної практики.
«Параметричне проєктування — це комп’ютерний підхід до проєктування, що розглядає геометричні властивості конструкції як змінні. Розміри, кути та геометричні властивості залишаються податливими в міру розроблення проєкту», — це формулювання належить Патрікові Шумахеру із Zaha Hadid Architects. Сама Хадід увійшла в історію архітектури як мати параметризму, подарувавши світові десятки шедевральних будівель із текучими формами.
Building Information Modeling (BIM) — це підхід до проєктування та управління будівництвом, який використовує єдиний цифровий 3D-модельний образ об’єкта для інтеграції всієї необхідної інформації. Це дані про геометрію, матеріали, конструкцію, витрату ресурсів і багато інших аспектів.
Хол Харбінського оперного театру, побудованого за проєктом MAD Architects. Фото: Hufton Crow
Із кожним роком кількість вхідних даних зростає. Крім розмірів, пропорцій, структур, матеріалів, необхідно враховувати складний міський контекст, зміни клімату, поведінку та запити клієнта, бюджет, вимоги до енергоефективності, нові редакції будівельних норм. А в найближчі роки обов’язковим буде обчислювати й відстежувати карбоновий слід протягом усього циклу життя будівель. Сьогодні архітектори можуть створювати параметричні моделі, що автоматично генерують 3D-моделі BIM. Це дозволяє їм не лише досліджувати складні форми, а й аналізувати їх у контексті будівництва та експлуатації.
Щоб одухотворити цифру, потрібні талант і креативність дизайнера. У майстерні Френка Гері, наприклад, комп’ютер використовують після створення фізичної скульптурної моделі
Макет сканують на спеціальному принтері, щоб отримати тривимірну цифрову майстер-модель. Модель постійно вдосконалюється у процесі розвитку, перетворюючись на цифрову матрицю майбутньої будівлі. Більшість архітекторів-зумерів вільно творять уже виключно в цифровому просторі, від нарису до матриці, і з кожним роком процес проєктування прискорюється.
Харбінський оперний театр побудовано за проєктом MAD Architects. Фото: Adam Mørk
Скло та підводне каміння
Раніше ми вже писали про причини привабливості будівель зі скляною шкірою. Зрозуміло, експериментуючи з вільними формами, архітектори хотіли б знайти оптимальний шлях для використання скла. Але є кілька проблем. Коли ми хочемо створити великоформатний об’єм, то поки що не можемо видути безшовний міхур розміром зі стадіон. Скло, хоч воно і є аморфним матеріалом, неможливо гнути так само легко, як алюміній.
Під час проєктування хвилястих або краплеподібних скляних фасадів, дахів і навісів зазвичай використовується так званий метод полігональної мозаїки, коли складна геометрична форма розбивається на фрагменти. Найчастіше — трикутники, оскільки трикутники дозволяють зібрати будь-яку складну вигнуту форму, а імпости між ними надають конструкції міцності.
Будівля Fondation Louis Vuitton, побудована за проєктом Френка Гері у Парижі. Джерело фото: divento.com
Це недешево, оскільки кожна панель має індивідуальну форму, а сталеві балки, на які монтується скло (зазвичай це двотаврові балки, скріплені зварюванням чи болтами), треба якось камуфлювати знизу. Наприклад дерев’яними ґратами, як це зробив Френк Гері, проєктуючи будівлю артгалереї в Торонто та фонд Луї Віттона в Парижі. Або декоративними ґратами з пластику, як у холі Харбінського оперного театру, побудованого за проєктом MAD Architects.
Можна відливати скло в прес-форми, можна гнути саме скло гарячим чи холодним методом. Наприклад, панелі з флоат-скла для фасаду Ельбської філармонії в Гамбурзі зі складчастими віконними отворами створювалися формуванням ще гарячих листів. Але формування скла обійдеться ще дорожче.
Приклад використання панелей із гнутого скла в Ельбській філармонії в Гамбурзі. Фото: Iwan Baan
Ще важливіші проблеми — недостатня енергоефективність і слабка міцність конструкції (відносно звичайної стіни). Тобто використовувати таку конструкцію як несучу — неможливо.
Навіс Grid2Shell над двором Mirdif Avenue Mall в Дубаї, ОАЕ. Фото надане Schüco
Grid2Shell від Schüco — у чому революційність?
На весняній виставці BAU в Мюнхені, про яку PRAGMATIKA.MEDIA раніше писала у статті «BAU очима українських архітекторів: Carbon Control та інші ноу-хау», найяскравішим експонатом у павільйоні, де демонструвалися новинки огороджувальних конструкцій і фасадів, став фрагмент самонесучої купольної конструкції, створеної з використанням Grid2Shell — інноваційної модульної системи або даху вільної форми.
Футуристичні будинки з криволінійними фасадами завжди опиняються в центрі уваги. Незважаючи на всі складнощі та проблеми, які ми описали, втім, навіть у Києві вже є будинки з криволінійними фасадами, наприклад Ocean Plaza. Чим технологія Grid2Shell відрізняється від рішень, які використовувалися раніше, та в чому її переваги, пояснив Олексій Сверчков, комерційний директор Schüco Ukraine.
Олексій Сверчков, комерційний директор Schüco Ukrainе
Олексій Сверчков: «Дійсно, параметричні скляні фасади робили й раніше, але це завжди було спеціальне, індивідуальне рішення, розроблене під якийсь конкретний проєкт. Компанія Schüco створила універсальну платформу, за допомогою якої можна будувати практично будь-які форми, і це стало можливим за допомогою відносно невеликої кількості компонентів. Якщо зовсім просто та коротко описати систему Grid2Shell, то це комбінація профілів із легованого алюмінію, що з’єднуються між собою за допомогою повнотілих алюмінієвих хрестовин, які мають індивідуальну для кожного вузла геометрію. Геометрія хрестовин задається програмним забезпеченням під час проєктування параметричної конструкції.
Також система профілів і хрестовин доповнена ущільнювачами, що мають багаторівневий принцип водовідведення і забезпечують прекрасні теплофізичні характеристики. Система Schüco Grid2Shell дає змогу вбудовувати 2-камерні склопакети, що робить її придатною для застосування в будь-яких кліматичних умовах. Простір між склопакетами зовні заповнюється силіконовим швом за принципом “структурного скління”.
Фрагмент модульної конструкції Grid2Shell в експозиції Schüco на виставці BAU 2023. Фото надане Schüco
Унікальність нашої системи Schüco Grid2Shell полягає ще в тому, що це самонесучий каркас, який не потребує сталевих підконструкцій або ферм. Це полегшує навантаження на фундамент і веде до економії на вартості робіт із виготовлення та монтажу сталевого каркаса. Ну і, звісно, до скорочення термінів реалізації скління.
Як ми вже відмітили, система Schüco Grid2Shell є “теплою” (відповідає нормам теплоізоляції огороджувальних світлопрозорих конструкцій), повністю герметична й оснащена унікальними рішеннями для водовідведення. Інакше кажучи, тепер, окрім сталевих підконструкцій, не потрібні і другі (дублюючі) контури скління або будь-які стіни, що вирішують проблеми герметизації та теплоізоляції. Більшість криволінійних фасадів, які ми можемо зустріти на вулиці, є насправді декорацією, а це не зовсім те, що дає змогу створити Schüco Grid2Shell.
Це справді революційний продукт, особливо для куполів, скляних атріумів і складних краплеподібних форм, коли вертикальний фасад плавно переходить у дах
Ця технологія не тільки дає змогу спростити проєктування параметричних форм, а й робить їхню реалізацію простою, швидкою та надійною».
Проєктування з використанням Grid2Shell не потребує якогось специфічного програмного забезпечення, тобто українські архітектори можуть використовувати звичні для себе програми. Для оброблення фасаду чи даху в системі Grid2Shell потрібна всього лише тривимірна модель AutoCAD і заповнений “check list” з урахуванням усіх параметрів та особливостей будівлі й ділянки, про що ми детальніше розповімо далі».
Створення 3D-моделі конструкції Schüco Grid2Shell. Фото надане Schüco
А що ж з інжинірингом і безпосередньо будівництвом?
Зведення нестандартних будівель ніколи не вважалося простим завданням. Наприклад, найчастіше топархітектори співпрацюють з інжиніринговою міжнародною компанією Arup, яка відома тим, що береться за найскладніші ідеї та успішно з ними справляється. Як підрядники запрошуються авторитетні будівельні компанії: шведська Skanska, британська Balfour Beatty, французька Laing O’Rourke та інші з топсписку Engineering News-Record. Але, як стверджують у Schüco, для складання фасаду чи даху за технологією Grid2Shell не потрібне спеціальне обладнання або навчання будівельників. У будь-якому разі замовляти спецбригади з-за кордону не доведеться.
Олексій Сверчков: «Жодного спеціального обладнання для обробки системи Grid2Shell не потрібно. Усі профілі підрізаються під кутом 90 градусів звичайною пилою. Для полегшення збирання конструкції всі хрестовини й профілі, що з’єднуються з ними, відповідно пронумеровані. Профілі постачаються вже із фрезерованими “кишенями”, в яких заховані елементи кріплення. Прямокутні кришки надійно й елегантно закривають ці “кишені”, створюючи цілісний і неповторний зовнішній вигляд. Перетини профілів мають легкий, повітряний та естетичний вигляд — як зовні будівлі, так і зсередини приміщення.
Навіс Grid2Shell над двором Mirdif Avenue Mall в Дубаї, ОАЕ. Фото надане Schüco
Звісно, за простотою і зовнішньою легкістю криється важка й кропітка праця інженерів і конструкторів. Усі розрахунки та підбір параметрів готують фахівці Schüco. Компанія-інсталятор отримує 3D-модель конструкції та її візуалізацію, список матеріалів, список склопакетів тощо. Як я вже сказав, усі компоненти приходять пронумеровані з докладною інструкцією з монтажу. Звичайно, ми надаємо технічну підтримку і здійснюємо шефмонтаж. Але це ми робимо завжди, і в цьому разі Schüco Grid2Shell не є винятком».
Для складання фасаду чи даху за технологією Grid2Shell не потрібне спеціальне обладнання або навчання будівельників. У будь-якому разі замовляти спецбригади з-за кордону не доведеться
Експлуатація вже збудованої будівлі теж не відрізняється якоюсь особливою специфікою. Безумовно, догляд за склом завжди більш клопіткий, ніж за звичайним цегляним фасадом, але імідж «блискучої зірки» того вартий. Наприклад, найвища будівля Лондона, хмарочос The Shard, проходить очищення чотири рази на рік. 17-ти спеціально навченим мийникам потрібно 3 місяці, щоб за допомогою тросів спуститися з даху і відмити всі 11 тисяч скляних панелей. Фактично це означає, що будівлю чистять щодня протягом року. Так що подумати про майбутні миття слід на рівні проєктування, попереджає комерційний директор Schüco Ukrainе: «Складнощі в обслуговуванні та митті фасадів (дахів) більше пов’язані з їхньою формою, ніж зі структурою поверхні. Адже поверхня конструкцій на базі системи Grid2Shell така сама, як і для звичних фасадів, тобто скло. Зазвичай під час будівництва передбачають місця кріплення для тросів і спеціальні трапи для обслуговуючого персоналу. Загалом цей процес мало чим відрізняється від обслуговування звичних прямолінійних форм. Але важливо продумати всі деталі ще на стадії ідеї.
Необхідно уникати різноманітних заглиблень (мішків), у яких може скупчуватися вода, листя, пил чи сніг. Потоки опадів або талої води повинні своєчасно відводитися в зливові канали. Треба уникати різких переломів і перепадів рівня, які призводять до завихрень і додаткових вітрових навантажень. Тут, звісно ж, потрібен досвід і знання архітекторів та фахівців із проєктування подібних споруд».
Навіс Grid2Shell над двором Mirdif Avenue Mall в Дубаї, ОАЕ. Фото надане Schüco
Grid2Shell і клімат
Grid2Shell ідеально підходить для створення всесезонної архітектури — критих галерей-вулиць, критих площ, стадіонів та інших об’єктів. Раніше подібні конструкції, коли потрібно створити навіс великої площі, завжди вважалися досить складними через велику вагу та високий ступінь відповідальності в інженерних розрахунках.
Технології Schüco дозволяють розрахувати навантаження на такий дах із максимальною точністю, врахувати сніг та вітер і зробити конструкцію безпечною, стверджує Олексій Сверчков: «Дахи та навіси — ідеальне поле для реалізації системи Grid2Shell. Завдяки тому, що це самонесуча конструкція, яка не потребує сталевого каркаса, такі дахи надають унікального зовнішнього вигляду будь-якому об’єктові. Це можуть бути покрівлі торгових центрів, криті зимові сади, що вимагають багато світла, стадіони, льодові арени… Загалом просто важко перерахувати всі типи будівель, де можливе використання Grid2Shell. Звісно, перед тим, як приступити до конструювання, замовник, підрядник або архітектор оформлює спеціальний “check list”, у якому чітко вказуються всі потрібні параметри, наприклад коефіцієнт теплопровідності, рівень герметичності, а також і навантаження — вітрові, снігові та ін.
Візуалізація моделювання системи Grid2Shell для криволінійної архітектури. Відео надано Schüco
Відповідно до заданих характеристик підбираються конфігурація та крок профілів, форма конструкції, габарити склопакетів. Підрядники також розраховують склопакети на прогин. Визначаються необхідні габарити й номінали (товщини) скла. Як я вже зазначив, проєктування і конструювання подібних форм — трудомісткий і кропіткий процес, але на фінальній стадії ми виходимо на економію коштів і скорочення термінів будівництва».
Влітку 2023 року в Дубаї завершилося будівництво нового великого торгового центру Mirdif Avenue Mall, зведеного з модулів Grid2Shell
Нова будівля може бути прикладом ще однієї специфічної особливості технології, розробленої Schüco.
Олексій Сверчков: «Замовник із самого початку хотів отримати унікальну покрівельну конструкцію. Він хотів, щоб дах мав плавну вільну форму і привертав увагу відвідувачів торгового центру. Особливість цього проєкту полягає в тому, що конструкція Grid2Shell не має склопакетів і слугує не повноцінним дахом, а радше навісом.
Фрагментарно поля заповнені текстильним полотном із системи Schüco FACID для створення тіні. Конструкція даху спирається виключно на круглі трубчасті сталеві балки, а зусилля передаються на бетон. Це створює враження плаваючої повітряної оболонки. Сама конструкція є самонесучою і була попередньо зібрана по частинах, як пазл. Все, що було потрібно потім, це підйомний кран. Завдяки опрацьованій до найдрібніших деталей системі процес складання і монтажу був швидкий, економічний і безпечний. Як ви бачите, при цьому не було потрібно складного обладнання. З боку Schüco на об’єкті був присутній супервайзер».
Ще одна неочевидна, але пов’язана з кліматом особливість будівель зі скла, передусім краплеподібних — це відображення. Криволінійна скляна поверхня може створювати безліч відблисків, а іноді відбите світло нагріває сусідні будівлі або ділянки вулиць, якщо розробники це не врахували. Наприклад, після того, як відблиски від будівлі концерт-холу Уолта Діснея під спекотним сонцем Лос-Анджелеса зробили життя людей у сусідніх будівлях нестерпним, весь металевий фасад довелося затонувати. А якби це було скло?
Фрагмент модульної конструкції Grid2Shell в експозиції Schüco на виставці BAU 2023. Фото надане Schüco
Але як би там не було, інтерес до криволінійних скляних будівель у світі стійко зростає. І успіх експозиції Schüco на минулій виставці BAU 2023 — чергове тому підтвердження, вважає Олексій Сверчков: «Інтерес величезний, особливо на Близькому Сході та в Європі, це здебільшого торговельні моли, які мають своєю унікальною формою привертати увагу покупців і при цьому заповнювати природним світлом усі галереї бутиків. Але не тільки. Це, як я вже сказав, і спортивні споруди, і аеропорти, і вокзали — все, що є центром уваги великої кількості людей.
Звісно, через війну в Україні практично зупинена робота над такого роду спорудами, однак система вже запроєктована на кількох українських об’єктах. Ми впевнені, що не так далеко той час, коли ми з вами зможемо провести екскурсію нашими об’єктами з Grid2Shell. Повірте мені, вони будуть не менш яскравими, ніж ті, які побудовані в Дубаї».
Щоб наблизити цей момент, у Schüco Ukraine запрошують українських архітекторів та девелоперів ознайомитися з розробкою Grid2Shell особисто
Якщо у вас є інтерес, ви можете скористатися можливістю особисто поспілкуватися з фахівцями Schüco на Архітектурному будівельному форумі, що пройде 5-6 жовтня цього року в КВЦ “Парковий” у Києві. Компанію Schüco ви знайдете на стенді №72 на першому поверсі.
