новости
анонс текущий номер архив
форум
о журнале
главный редактор представители авторы
распространение
ревю превью вью интервью
1-2011
журналы
форум издания акции
партнёры



Новый структурализм
Н.М. Надыршин

Новый структурализм: современные тенденции в архитектурном дизайне

В статье делается обзор современных современного зарубежного опыта конструирования архитектурных и дизайнерских форм, объединенных стилистикой нового структурализма.

Ключевые слова: структурализм, архитектура, дизайн, конструирование

То, что ранее было областью научных исследований специализированных лабораторий, сегодня становится стилем, и более того, модой в архитектурном авангарде. Имя этому направлению — «Новый Структурализм» [1]. Принципиальное отличие его от предыдущих направлений постмодернизма — это параметризм. Этот стиль, основанный на параметрических моделях в дизайне сменяет Модернизм в качестве следующей волны архитектурных инноваций. Параметризм привел к концу фазу неопределенности, порожденную кризисом Модернизма и отмеченную серией относительно коротких архитектурных эпизодов, включающих Постмодернизм, Деконструктивизм и Минимализм. Параметризм засвидетельствован на всех уровнях, от проектирования мебели до больших градостроительных проектов. Геометрия, анимация, численные методы, параметрическое проектирование и программирование вдохновили новое движение, с новыми амбициями и ценностями.

В настоящее время вычислительные техники, формальный репертуар и тектоническая логика кристаллизуются в новую теорию. В градостроительстве, например, это направление получило название «Параметрический урбанизм», где традиционные планировочные типологии заменяются моделью, генерирующей ситуации с использованием композиционного «генома». Результатом является необычный городской дизайн, в котором нет отдельных вертикальных (фасады) и горизонтальных (благоустройство) плоскостей, а есть неразрывная пространственная ткань. Ядром нового структурализма является информационное моделирование зданий (BIM). Эта методология подразумевает, что любое изменение в проекте приводит к автоматическому обновлению всей системы. Это снимает проблему постоянных согласований и переделок в процессе проектирования. Комплексный характер дизайна предполагает одновременное использование нескольких программ, например, это пакеты Revit от Autodesk — Architecture, Structure, и MEP [6]. Они делают возможным автоматизированное решение вопросов проектирования, от эскиза до раскроя материала, и обеспечивают интерактивное взаимодействие различных специалистов, связанных единой компьютерной сетью.

Сегодня строительные технологии все более сближаются с производством изделий промышленного дизайна. В промышленности сравнительно давно действуют технологические схемы полного цикла — от эскиза до станка с ЧПУ и автоматизированных линий сборки. Новые технологии предопределяют появление новых специализаций. «Дизайн инжениринг» возник как необходимость обеспечить процесс формообразования методами аналитической геометрии, конструирования, технологии изготовления и монтажа. Инженер-дизайнер является одной из ключевых фигур в новом структурализме. В рамках нового структурализма возникло такое понятие как «Цифровая Тектоника», которая помимо структуры (несущий остов) и кожи (ограждающие конструкции), моделирует «архитектурную плоть» зданий (Convoluted Flesh). Термин «Замысловатая плоть» объединяет алгоритмы, имитирующие развитие био организмов, на основе которых, получают необычные, «пышные» (exuberant) формы. Это еще одно изобретение нового структурализма. Иногда это ответвление в архитектурной морфологии называют «Новым Барокко».

Еще более оригинальный подход к формообразованию заключается в получении форм на основе химического взаимодействия веществ. Сегодня эти разработки больше похожи на лабораторные испытания, но возможно уже в ближайшем будущем мы получим новые технологии монолитного домостроения. Появление программ автоматической механической обработки в промышленном дизайне привело к существенному объему исследований на соответствующих математических моделях и алгоритмических решений для построения геометрических тел. Эту область исследований назвают архитектурной геометрией (АГ). Она лежит в основе автоматизированных технологических процессов производства «CNC» (computer numerical control). Процесс преобразования цифровых моделей в детальную форму для производства строительных деталей называется структуризацией. Создание эффективных алгоритмов, и объединение их в легкие в использовании программные средства — основные задачи АГ. Фрэнк Гэри был одним из первых, кто использовал поверхности свободного очертания в архитектуре, например, Музей Гугенхейма в Бильбао и концертный зал Walt Disney в Лос-Анжелесе. Гэри использует в основном развертывающиеся поверхности, известные также как поверхности одинарной кривизны, которые могут быть преобразованы в плоскость без их разрыва. Поверхности свободного очертания, с полосами одинарной кривизны, относят к сетчатым оболочкам с четырехугольными плоскими гранями. Техника разбиения оболочки на плоские ячейки обеспечивает переход к моделированию ее конструкций. Испанский Павильон для Экспо 2010 в Шанхае, разработанный архитектурной фирмой EMBT (Enric Miralles/Benedetta Tagliabue) — это попытка соединить традиционное ремесло плетения с сетчатой несущей структурой. Сетка, образованная двойным слоем труб, была создана ввиде NURBS (non-uniform rational B-splines) поверхности в Rhino. После манипуляций с формой, поверхности были пересечены системой вертикальных и горизонтальных плоскостей, в результате чего были получены кривые, задавшие сеть. Так форма двоякой кривизны была сведена к комбинации труб с одинарной кривизной, уменьшая тем самым сложности при изготовлении стальных конструкций. Далее была создана расчетная модель с применением метода конечных элементов. Размеры, прочностные параметры и геометрия элементов получены в соответствии с внутренними усилиями и деформациями. Для этих целей использовалась программа, позволившая импортировать геометрию из Rhino в ANSYS для нелинейного анализа.

В совместном проекте лаборатории пространственных исследований при Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) и инженерной фирмой Arup были исследованы возможности вариантного проектирования в контексте ежедневной архитектурной и инженерной практики. Исследование, основанное на конкретных проектах Arup, выявило пользу от двух техник, лежащих в основе вариантности — параметрическое моделирование и многомерный анализ для принятия решений (parametric modelling and multicriteria decision analysis). Для обеспечения многовариантного проектирования была разработана программа «DesignLink» [5]. Парадигма «Форма, Структура, Материал» подчеркивает иерархическую природу процесса проектирования, когда форма определяет стратегию в конструировании и в подборе материала. Материал традиционно рассматривается как свойство формы, но никак исходный формообразующий фактор. Принцип «материал вперед» является основополагающим в морфоэкологическом дизайне. Производство материалов с переменными характеристиками (variable property design — VPD) новый подход в дизайне. «Программируемая анизотропность» дает контроль за плотностью и направлением структуры материала. Моделирование материалов с переменными параметрами (Variable Property Modelling — VPM) было выполнено путем тесселяции поверхности, на основе (Voronoi) алгоритма. Жесткие материалы были расположены в области сжатия, а более гибкие в области растяжения. Variable Property Fabrication (VPF) представляет собой напыление материала на основе трехмерной печатной технологии, позволяющей контролировать градацию нескольких компонентов в одной печати. Параметрическое моделирование упрощает формообразование. Программы на базе BIM позволяют получать любой набор технических чертежей автоматически. С алгоритмом легче работать чем с набором чертежей, в особенности, если необходимо внести изменения в проект. Несмотря на то, что современное развитие параметрического моделирования снимает часть вопросов, связанных с необходимостью программирования, придется затратить больше средств на разработку алгоритма для нестандартной ситуации, чем на сам проект. Кривые и нерегулярные формы нового структурализма приводят к нелинейному увеличению сложности в системе. Все усилия по параметрическому моделированию будут безполезны без компьютерных средств производства (CNC), позволяющих производить индивидуальные компоненты по цене массового производства. Такие инструменты широко распространены, но они недешевы, и они не отвечают идеалу «файл-мастерская». Для изготовления искривленного покрытия типа Центра Помпиду в Metz, (2010) или Nine Bridges Golf Resort, Южная Корея (2009) Shigeru Ban, соответствующий CNC станок потребует свое, приличного размера производственное здание. Эксплуатация такого оборудования потребует значительных вложений и специальных знаний. Почти каждая CNC машина использует различные форматы для описания данных и каждый производитель использует различные CAM программы, что делает генерирование команд для производства конструкций далеко непростым заданием. Этот процесс зависит от формы и качества поверхности, от материала и метода изготовления, от доставки и последовательности сборки, от оборудования для механической обработки, и от многих других факторов. Простая техника разбиения поверхности была использована при разработке проекта покрытия Центра Помпиду (Metz) для исследования технологии плетения. Этот метод конструирования, разработанный в AGU (Arup), попытка создать бесшовные, типа кольчуги, системы для произвольных поверхностей. Процесс использует принцип динамической-релаксации для распределения узлов пересечений по сетчатой поверхности. Используя геодезические линии, узлы располагаются на поверхности по кратчайшим расстояниям, формируя плотно упакованную систему. В процессе моделирования BMW Welt, Munich, Coop Himmelb(l)au, была создана двухслойная решетка, разграничивающая верхнюю и нижнюю границы пространства покрытия, в соответствии с идеей плывущего облака. Путем моделирования сценариев загружения, изначально плоская сетка с прогонами была деформирована так, чтобы верхний слой принял минимальную форму. Совместная работа обоих слоев как единой пространственной структуры обеспечена благодаря диагональным связям в промежуточный пространстве.

В сотрудничестве с Fabian Scheurer, Доминик Перро руководил проектными исследованиями складчатой структуры покрытия подземной станции, Piazza Garibaldi, Неаполь. Структура покрытия может быть описана как система плоских подобных треугольников. Каждому узлу соответствует случайная z-координата. Трубы покрытия, ломаного очертания, достигают основания и работают как грибовидные опоры. Для определения наибольшего выноса консоли при минимальном перемещении узлов, поведение всей структуры было имитировано в RStab программе. Путем вычисления z-координат узлов, работа структуры была значительно улучшена после 200 генераций. Понятие Design Engineer в переводе соответствует нашему инженеру-проектировщику, но имеет иную сферу деятельности. Инженер-дизайнер превносит на ранних стадиях проектирования технологии формообразования и изготовления. За последние десять лет, «дизайн-инжениринг» развился в высоко интерактивную деятельность, став полем для сотрудничества архитекторов и инженеров-дизайнеров. Этот подход предлагает новые модели для проектирования и отличен от традиционных методов конструирования.

Морфоэкология — подход в дизайне, который комбинирует понятия «морфология» и «морфогенез» с понятием «экологии». Необычная тектоническая артикуляция консольных объемов национальной библиотеки в Праге (OCEAN and Scheffler + Partner) получена на основе определения напряжений в пределах плоскостей соответствующих объемов и распределения усилий в виде векторного поля. Конфигурация ветвящихся балок покрытия получена в соответствии с этой моделью. Работы AlgoRhythms, основанные на геометрии, имеют своими корнями реальное конструирование. Они направлены в первую очередь на определение фундаментальной связи между формой и ее изготовлением. Такой подход привел к новому типу полносборного домостроения, позволяющему собирать структуры любой конфигурации. AlgoRhythms был инсталлирован в различные сооружения и выстовочные залы. Наиболее значимой была демонстрация складных колонн из титана для постоянной коллекции дизайна в музее современного искусства (Museum of Modern Art, MoMA). На выставке художественного общества (Municipal Art Society) Нью-Йорка, была продемонстрирована система Hyperwall, балки и фермы которой, предназначены для формообразования несущих структур. Она была применена к большому числу строительных компонентов, от витражей до балок и ферм. Так был запроектирован экстерьер и лобби 12-этажного многоквартирного дома в Челси, Нью-Йорк. Подход, лежащий в основе AlgoRhythms, получил развитие в процессе работы над «Morphological Genome», универсальном коде для манипуляции всеми формами. Его основная цель — создать некоторый «алфавит» форм, встроенный в ин­­тегрированную платформу. Имея такую периодическую таблицу форм, вы больше не ограничены существующим архитектурным словарем.

Уже во времена Луиса Салливэна орнамент был вторичным по отношению к пространственной организации здания. Европейские Модернисты верили, что они уничтожили орнамент как явление. E. Douglis объясняет свой интерес к сложным узорам (patterning) в контексте современной бионики. Он показывает каким образом программируемые модули могут быть использованы в качестве параметрического орнамента. Его проекты демонстрируют топологическую пышность (exuberance), которая приводит к появлению новых видов архитектурных компонентов. Областью применения его метода может быть, например, изготовление мембран или панелей ограждающих конструкций. В философии, теории систем, науке, и искусстве, «эмергенция» (emergence) [2] — это методология построения сложных систем из множества простых паттернов в результате их взаимодействия. Прежнее представление о дизайне как о технической эстетике сужает область исследований и не охватывает, например, эстетику биоморфологических структур. Значительные достижения в этой области пренадлежат Джону Фрэйзеру, Маркосу Новаку, Грегу Линну и Ларсу Спайбруку (NOX). Эмергенция в дизайне является, прежде всего, эстетическим феноменом. Попытку связать эстетику дизайна и морфологию живых существ предпринял Тобиас Кляйн (Royal College of Arts, Architectural Association). Клеточные автоматы (cellural automata) являются ключевым инструментом для исследований в этой области. Имитационные модели применяются для воссоздания живых форм, используя морфологию органических объектов как композиционный метод. Большой потенциал для генерации форм заложен в анимационных программах, таких как Maya. Они имеют схожие с CAD инструменты и основаны на тех же принципах трехмерного моделирования. Можно интерпретировать покадровую анимацию не как набор дискретных состояний объекта во времени, а как поверхность, состоящую из элементов, с геометрическими параметрами, плавно изменяющимися от исходной до конечной точки. Многие архитекторы используют Maya и ее процедурный язык Mel script для построения пользовательских инструментов.

Концепция «Замысловатая Плоть» (Convoluted Flesh) в исследованиях marcosandmarjan (Marcos Cruz и Colletti Marjan, Bartlett School of Architecture, University College London) [7], предлагает новое пространственное видение архитектуры. Она дополняет общую метафору «кожи» (ограждения) и «скелета» (несущие конструкции). В то время, когда основное направление структурализма привязано к поверхностям она предлагает новые орнаментальные, образные и конструктивные качества в архитектуре интерьера. Феномен «Замысловатой Плоти» ассоциируется с формальной, конструктивной и пространственной сложностью, заимствованной из пышности барокко, и характеризуется превращением классической архитектурной семантики в наигранную «театральную» тектонику. Исследования marcosandmarjan дают оригинальную версию того, что понимается под эмергенцией нового «цифрового модернизма». Их работы нацелены на разработку методов конструирования, сочетающих технологичность с поэзией форм, визуализацию с историей, орнаментальность с тектоникой. Примером этого является серия Nurbster, объединяющая прототипы, созданные для выстовочных инсталляций. Был создан репертуар на основе 3D программ в дополнение к CAD/CAM технологиям быстрой разработки прототипов (rapid prototyping). Nurbster принадлежит к области проектирования интерьера и дизайна городской мебели, предполагающие модульность, массовое изготовление, эргономичность и тектоничность. Синтез 3D техник и CAD/CAM технологий присутствует в ряде работ Unit 20, например в проекте «Synthetic Syncretism» Тобиаса Кляйна, преподающего в Royal College of Arts, и основателя экспериментальной группы «horhizon».Работа основана на 3D сканировании костных образований, с разработкой цифровых «плазм». Evan Douglis использует морфологию цветка как образец для создания Бионического Орнамента. При создании Flora flex была разработана система повторяющихся модулей, создающих иллюзию искажения поверхности за счет чередования элементов, заполняющих плоскость. Спиральное движение лепестков, вращающихся вокруг центра тора, использовалось для моделирования элементов панели. В основе этой модульной системы лежит тесселяция, обеспечивающая широкий набор комбинаторных вариантов.

Цель параметрического урбанизма в полной интеграция городской среды, от распределения плотностей до пространственной морфологии. Параметризм выделяет понятие поля. Это области, заполненные объемами в виде сплошного сглаженного распределения. В качестве модели можно использовать любые аналогии, например, жидкости с волнами, течениями и спиральными завихрениями. Параметры описывающие распределение — это уклоны, градиенты, плотности и локальные отклонения от общей картины. Параметрический урбанизм оперирует элементами городской ткани, уличной сети и системы открытых пространств. Zaha Hadid Architects выйграли серию международных конкурсов по разработке генеральных планов, которые воплотили главные особенности этого стиля. Например, генплан бизнес парка «One-North» в Сингапуре, «Soho City» в Пекине, генплан Бильбао, «Kartal-Pendik», включающий разработку центра на азиатской стороне Стамбула для разгрузки исторического ядра города [4]. Использование инструментов Maya позволило параметрически связать потоки движения в систему дорог, демонстрирующую основные параметры сети Фрея Отто, минимизирующей расстояния и непрямолинейность перемещений. Zaha Hadid Architects работали с двумя типами городской ткани, башнями и периметральными блоками, каждый задуманный как генотип, который дает широкий спектр возможных вариаций. Полное ощущение непрерывности достигнуто, несмотря на то, что весь процесс начался с двух типов городской ткани.

Проект EcoRedux основан на технологических манипуляциях с «природным» окружением. Здания становятся интегральной частью био-решеток, небоскреб становится «dystopian» (антиутопичной) фермой, для производства продуктов в условиях города. Изменение среды в результате обмена веществ было описано в лекции Алана Тьюринга еще в 1952 в Университете Манчестера, посвященной химическим основам морфогенеза. Он предположил, что формообразование может быть объяснено как результат химического взаимодействия между веществами. Реакция Белоусова-Жиботинского (BZ) доказала предположения Тьюринга. Компьютерное моделирование BZ реакции было выполнено в MIT в 2010. Используя клеточный автомат в качестве метода, контролирующего локальные взаимодействия и следуя закону реакции-диффузии, закрытая система обмена была приведена в действие. Модель олицетворяет переход к более широкому пониманию формообразования в дизайне - от механической к биологической парадигме. Экологический проект «Surrogate House» стал основой для определения спектра новых средовых тектоник. Форма Surrogate House была расчитана путем трассировки в пространстве трех концентраций в заданной среде.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Architectural Design, 04, 2010. The New Structuralism. Design, Engineering and Architectural Technologies.

2. Architectural Design, Emergence. Morphogenetic Design Strategies.

3. От постмодернизма — к нелинейной архитектуре. Архитектура в контексте современной философии и науки. — М.: Прогресс-Традиция, 2004. — 416 с, ил.

4. Architectural Design, Digital Cities, 07, 2009.

5. http://arupforge.arup.com/wiki/index.php?title=DesignLink_SDK

6. http://www.autodesk.ru/adsk/servlet/pc/index?siteID=871736&id=14832291

7. http://www.bartlett.ucl.ac.uk/architecture/index.php

Яндекс.Метрика