Архітектура

Урок біології: Навіщо архітектура повторює за природою

«Тарілка» на «Либідській», будинки-«кукурудза», «мушлі» Кандели та «огірок» Фостера — це все біоніка, яка імітує природні форми. Навіщо архітектори це роблять та в кого виходить найкраще, розбираємося у матеріалі.

Люди здавна наслідують природу при будівництві. Давні поселення імітують гнізда птахів та комах. Грецькі колони, як і стовбури дерев, звужуються доверху, а канелюри — вертикальні жолобки — повторюють стебла рослин і роблять колони міцнішими. Нервюри готичних храмів — ребра на зводі — виконують таку ж саму функцію каркаса, що і прожилки листя.

Звід каплиці Ексетерського коледжу, Ексетер, Велика Британія. Фото: Fr Lawrence Lew, O.P. / Flickr

Обриси природи люди найчастіше використовували для декору. Так, капітелі — верхні частини колони — нагадують квіти, а орнаменти на поверхнях, ковані перила й огорожі повторюють завитки рослин. У архітектурі модерну, яка припала на 1893—1912 роки, часто зображували мікроструктури, зокрема орнаменти у вигляді клітинної будови. Це пов’язано з відкриттями в біології.

Із появою залізобетону створювати складні й водночас економічні форми стало легше. Тож архітектори змогли запозичувати у природи вже цілі конструкції. У 1960-х роках виник новий напрямок архітектурної біоніки, в основі якого лежить наслідування принципів живої природи при проєктуванні та будівництві. Наприклад, тканини живих організмів — плівки, гнучкі волокна — у розтягнутому вигляді можуть витримати більшу напругу, ніж жорстка конструкція. Архітектори вирішили, що вони теж можуть використовувати легкі еластичні матеріали, — так з’явилися вантові покриття.

Палац праці у Турині, Італія. Проєкт П’єра Луїджі Нерві. Кожна колона підпирає консольну плиту. Фото: kamikazekaze / Flickr

Рослинний світ в архітектурі

Архітектура часто наслідує увігнуті рослинні форми: листя, пелюстки, коробочки з насінням. Вони добре підходять для великопролітних покриттів (без додаткових опор), бо легкі та мають гарну тримальну здатність.

П’єр Луїджі Нерві у своїх проєктах використовував схему листа рослини Вікторія регія. Повторюючи за квіткою, тонкі покриття він укріпив системою серпоподібних ребер у будівлях фабрики Гатті в Римі, костелі Непорочного Серця Марії у Болоньї та головної зали Туринської виставки.

Головна зала Туринської виставки, Італія. Проєкт П’єра Луїджі Нерві. Ребриста структура виконана за принципом структури листа Вікторії регії. Фото: Eahn Turin2014 / Flickr

Конструкція покриття Центру нових індустрій і технологій у Парижі аналогічна структурі жилкування подорожника.

Центр нових індустрій і технологій у Парижі. Проєкт Роберта Камелота, Жана де Мейлі, Бернара Луї Зерфуса, при консультації П’єра Луїджі Нерві. Фото: Pierre Metivier / Flickr

Листя, прикріплене до стебла без черешка, по суті, є міцною консольною плитою. Цю форму запозичив Френк Ллойд Райт, створюючи офіс штаб-квартири Johnson Wax. Робоча зала не має внутрішніх стін, її стелю утворюють «кувшинки», круглі верхівки яких тримаються завдяки тонким білим колонам, а через їхні проміжки до приміщення потрапляє світло.

Штаб-квартира Johnson Wax у місті Расін, США. Проєкт Френка Ллойда Райта. Фото: Carol M. Highsmith / Wikimedia Commons

Іноді рослинні мотиви використовують не лише для конструкції окремого елемента, а як основу всієї будівлі. Так, будинки кварталу «Кретейська капуста» у передмісті Парижа виглядають як кукурудзяні початки. А назву квартал отримав через те, що балкони цих споруд схожі на капустяне листя. Саме «кукурудзою» прозвали будинки у Києві на Оболоні, будівлі Kukurydze у Катовіце, дім «Ромашка» у Кишиневі і знесений Будинок молоді у Єревані.

Les_Choux_de_Créteil_Paul Fleury
«Кретейська капуста» — група з 10 будинків у місті Кретей, Франція. Проєкт Жерара Гранваля. Фото: Paul Fleury / Wikimedia Commons
Kyiv_Corn_Kozlovskiy
Зведення будинків-«ромашок» на Оболоні у Києві. Проєкт Михайла Будиловського і Володимира Коломійця. Фото: Микола Козловський / архів Ельміри Еттінгер
gorbunov_Poland_corn
Житлові будинки Kukurydze у Катовіце, Польща. Проєкт Хенріка Бушка і Александра Франти. Фото: Ігор Горбунов
Romashka_Chishnau_В_Поляков
Житловий будинок на вулиці Ніколае Тестеміцану у Кишиневі, Молдова. Проєкт Олега Вронського. Фото: В. Поляков / архів Ельміри Еттінгер
Yerevan_houe_of_youth_Р_Мазелев
Будинок молоді у Єревані, Вірменія. Проєкт Артура Тарханяна. Фото: Р. Мазєлєв / архів Ельміри Еттінгер

В архітектурі застосовують і принципи саморегуляції живої природи. Хорватський архітектор Андрій Мутнякович створив віллу у вигляді квітки ламели, «пелюстки» якої підіймаються та опускаються залежно від ступеня сонячної радіації.

У США Сантьяго Калатрава спроєктував крилату будівлю павільйону Квадраччі Музею мистецтв Мілвокі. Це вже не тільки біоніка, а й кінетична архітектура: над складною, пластичною будівлею ширяють величезні крила вагою 110 тонн, які рухаються залежно від погодних умов. Музей «змахує» крилами кілька разів на день, створюючи всередині комфортний мікроклімат — затіняючи або, навпаки, відкриваючи світлу внутрішній простір.

Ще один приклад — хмарочос Al Bahar Tower в Абу-Дабі з динамічним фасадом, що складається з низки рухомих елементів. Ці елементи, машрабія, захищають внутрішню частину будівлі від палючого сонця пустелі, але водночас дають змогу проникати природному світлу і циркулювати повітрю. Машрабія управляється комп’ютеризованою системою, яка орієнтується на погодні умови та положення сонця.

Фасад хмарочосу Al Bahar Tower в Абу-Дабі. Проєкт Aedas Architects. Фото: iTimbo61 / Flickr

У рослин, котрі ростуть у воді або у кліматі з підвищеною вологістю, у стеблах і листі більше повітряних порожнин для поліпшення повітрообміну. Це наслідують «дихаючі» стіни — вони мають безліч отворів, через які повітря швидше надходить всередину приміщення.

Природними також є принципи розташування будівель. У латука листки пласкої, сплющеної форми спрямовані ребром на південь, у бік найвищого рівня сонячної радіації. Якби плаский бік листя був обернений до сонця, воно би вбило рослину. Будинки у спекотному кліматі теж зводять у вигляді пластин, вузьким торцем вони орієнтовані на південь. Прикладом є будівля фірми Pirelli в Мілані.

Дерева, що ростуть у місцях із сильними вітрами — буки, ялиці, ялини, — більш присадкуваті, вони мають конусоподібну форму. Цим надихнулися чеські архітектори, коли створювали телевізійну вежу на горі Єштед, де швидкість вітру сягає 80 метрів на секунду. У результаті споруда з масивною широкою основою дуже відрізняється від традиційних веж, зате витримує сильні вітри.

Вежа Єштед у Ліберці, Чехія. Проєкт Карела Губачека. Фото: Stanislav Dusík / Wikimedia Commons

Морський світ в архітектурі

У проєкті Музею сучасного мистецтва у бразильському Нітерої Оскар Німеєр втілив принцип зростання мушлі. Для будівлі обрали невелику ділянку на березі затоки Гуанабара. Німеєр створив гладку вигнуту споруду і припідняв її над землею. Так він хотів створити враження «безперервного росту», як у мушлі, що розширюється з кожним витком.

Музей сучасного мистецтва в Нітерої, Бразилія. Проєкт Оскара Німеєра. Фото: Rodrigo Soldon / Flickr

У живій природі дуже поширена конструкція типу оболонок — це гладкі мушлі, панцирі ракоподібних, шкаралупа яйця, неребристі пелюстки квітів, навіть черепна коробка людини. Тонкі оболонки саме завдяки своїй криволінійності здатні витримати значні навантаження і покрити більшу площу, ніж будь-яка пласка поверхня. Крихкість мушлі гребінця та «одягу» ракоподібних компенсується випуклістю їхньої форми, тож їх не ушкоджує величезна вага товщі води. Монолітні оболонки, зведені за таким принципом, є у конструкції Сіднейського оперного театру, храмі Лотоса у Нью-Делі й будівлі Українського інституту науково-технічної експертизи та інформації в Києві, відомій як «тарілка» на «Либідській».

Український інститут науково-технічної експертизи та інформації у Києві. В основі оболонки споруди — форма двостулкової мушлі. Проєкт Флоріана Юр’єва і Лева Новікова. Фото: Валентин Дєдов / архів Ельміри Еттінгер

Молюски з хвилястими мушлями можуть жити глибше, бо витримують ще більшу масу води. Тому якщо треба отримати жорсткішу конструкцію, замість гладких оболонок архітектори використовують хвилясту або складчасту структуру. Кількість матеріалу і вага конструкції при цьому не збільшуються. На думку іспанського інженера Едуардо Торрохи, найкращою спорудою є та, надійність якої забезпечується головним чином за рахунок її форми, а не за рахунок міцності матеріалу. Останнє досягається просто, тоді як перше, навпаки, з великими труднощами.

Хвилясту форму використав Фелікс Кандела у проєктах ресторанів Los Manantiales і L’Oceanografic. Конструкції цих закладів, незважаючи на зовнішню тендітність, міцні та сейсмостійкі, а бетону для них знадобилося менше, ніж зазвичай потрібно для пласких поверхонь. Ідентична конструкція у кафе «Перлина» в Баку і кафе «Бермет» у Бішкеку.

Легка бетонна поверхня ресторану Los Manantiales витримала кілька руйнівних землетрусів.

Ресторан Океанографічного парку у Валенсії, Іспанія. Проєкт Фелікса Кандели. Фото: Felipe Gabaldón / Wikimedia Commons

Природні пузирі стали прообразом біокуполів — ізольованих споруд із замкнутою екологічною системою. Хорошим прикладом біокупола є проєкт Eden, реалізований 2001 року у Великій Британії Ніколасом Грімшоу. Тут розташована найбільша у світі теплиця, в куполах якої підтримують три різних клімати: тропічний, середземноморський і типовий для країни помірний.

Проєкт Eden Ніколаса Грімшоу у графстві Корнуолл, Велика Британія. Фото: Matt Brown / Flickr

У вигляді біокуполів виконані світлові ліхтарі Національної бібліотеки Косово, яку створив Андрій Мутнякович. У цьому випадку випуклість дозволяє м’яко розсіювати сонячне світло, що потрапляє всередину.

Національна бібліотека Косово у Приштині. Проєкт Андрія Мутняковича. Фото: Arben Llapashtica / Wikimedia Commons

Тваринний світ в архітектурі

М’які тканини в організмі — еластичні плівки діафрагми, шкіра, сухожилля, м’язи, перепонки — працюють зазвичай на розтягнення. Завдяки їм організми здатні рухатися і змінювати форму. Подібні рішення природи можна порівняти з висячими покриттями — вантовими, шатровими, мембранними, — а також надувними конструкціями.

Вантові конструкції складаються з жорстких опор між якими натягнуто стальні троси, що тримають тонкий шар перекриття.

Вантові конструкції використав Кендзо Танге для Олімпійського комплексу Йойогі у Токіо і спорткомплексу Кагави. В Україні їх можна побачити у проєктах кіноконцертних залів «Україна» у Харкові та «Ювілейний» у Херсоні, Житнього ринку й Будинку меблів у Києві.

Олімпійський комплекс Йойогі у Токіо. Проєкт Кендзо Танге. Фото: Arne Müseler / Wikimedia Commons
Олімпійський комплекс Йойогі у Токіо. Проєкт Кендзо Танге. Фото: Sofía Lens / Flickr

Схожі властивості має павутиння, яке в архітектурі знайшло своє відображення в шатрових конструкціях. Наші предки будували житло за принципом шатра, а до сучасних прикладів можна віднести покриття над Олімпійським стадіоном у Мюнхені. Інженер-архітектор Фрай Отто створив його проаналізувавши структуру густого павутиння. В Україні шатрове покриття має цирк у Дніпрі, спроєктований Павлом Нірінбергом.

Олімпійський стадіон у Мюнхені. Проєкт Фрая Отто. Фото: Fred Romero / Flickr

Іноді будівлі буквально імітують тварин. В основу аеропорту Кеннеді покладено форму метелика, а покриття Палацу спорту в Мехіко нагадує панцир грифової черепахи.

Палац спорту у Мехіко. Проєкт Фелікса Кандели. Фото: Eneas De Troya / Flickr
Виставкова зала у Сілезькому парку, Хожув, Польща. Проєкт Єжи Готфріда і Влодзімежа Фейферека. Фото: Ігор Горбунов

Що може піти не так

Природні форми нам добре знайомі, тому, відтворені в будівлях, вони зазвичай викликають приємні емоції. Але вдалою біонічною архітектурою можна вважати лише ту, де окрім естетики є й логіка використання.

Загалом є два шляхи в роботі з біологічними структурами. Один — умовно творчий, коли принципи живих структур вивчають і застосовують із користю для людей. Гарними прикладами творчого підходу є роботи Нерві, Німеєра, Отто, Саарінена, Саржера, Торрохи, де форма існує не лише заради форми. Також це абстрактні «живі» структури Захи Хадід і складні біонічні конструкції Сантьяго Калатрави.

Хокейний майданчик Девіда С. Інгаллса у Нью-Гейвені, США. Проєкт Ееро Саарінена. Фото: Jussi Toivanen / Flickr
Місто мистецтв і наук у Валенсії, Іспанія. Проєкт Сантьяго Калатрави. Фото: Artur Salisz / Flickr

Інший шлях — копіювання, механічне перенесення природніх форм в архітектуру часто лише заради оригінальності та без урахування доцільності.

Іспанський архітектор Антоніо Гауді, яскравий представник модерну, використовував біологічні структури для того, щоб його будівлі виглядали більш фантазійно. Він імітував рослинні форми, мікроструктуру кісток, клітинну будову, але дійшов у цьому до чистого формалізму й містифікації. Його архітектура створює майже сюрреалістичний контраст між природними формами і призначенням архітектури. Людина не бачить перед собою логічну організацію структури, хоча у природі, яку Гауді імітує, все цілком логічно.

Фасад будинку Бальйо у Барселоні. Проєкт Антоніо Гауді. Фото: Francisco Schmidt / Flickr

Одним із найбільш невдалих прикладів копіювання є відкритий у серпні 2014 року готель Mriya Resort & SPA у кримському Оползневому, побудований Норманом Фостером для «Сбербанку Росії». Готель спроєктували у вигляді величезної металевої квітки з чотирма пелюстками. Будівля вийшла занадто ускладненою, ваговитою, неприродною та техніцистичною.

Техніцизм — надмірне захоплення технологічністю на шкоду структурі, зовнішньому вигляду і навіть функціям споруди.

Mriya Resort & SPA в Оползневому у Криму. Проєкт Нормана Фостера. Фото: Mriyaresort / Wikimapia

Ще одна біонічна споруда, зіпсована хай-теком, — хмарочос Сент-Мері Екс 30 у Лондоні, створений бюро Фостера. Форма об’єкта навіяна морською губкою корзинка Венери. Це створіння має диференційовану структуру — гратчастий екзоскелет, який розсіює потоки води. У будівлі ж гратчаста структура забезпечує пасивне охолодження, обігрів, вентиляцію та освітлення. Але надмірність металів і скла, пузата форма, спіралеподібні полоси роблять конструкцію доволі незграбною. Через це її прозвали «огірком».

Хмарочос Сент-Мері Екс 30 у Лондоні. Проєкт Foster + Partners. Фото: d0gwalker / Flickr

Загалом техніцизм характерний для сучасної біонічної архітектури, адже у природи можна запозичити не тільки форми й конструкції, але і здатність до саморегуляції та трансформації. Пасивне охолодження, різноманітні рухомі елементи, що захищають від сонця, — усі ці природні ідеї допомагають втілювати у будівництві сучасні технології. Наскільки вдало це вийде, залежить від матеріалів, відчуття міри архітектора, уявлення про пропорції та гармонію, яку сама природа й підказує.


Фото на обкладинці: Paul Fleury / Wikimedia

Нове та Найкраще

781

664

657
1 043

Більше матеріалів