Урок біології: Навіщо архітектура повторює за природою

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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».

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.

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.

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.

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 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.

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.

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

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.

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.

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.

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».

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