сотрудник с 01.01.2020 по настоящее время
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Статья посвящена актуальной проблеме формирования быстровозводимых архитектурных объектов для территорий, подвергшихся воздействию антропогенных и природных факторов в контексте выявления подходов при организации пространственной среды обитания с использованием быстровозводимых объектов: технических и социальных. Определено, что рост воздействий, которые наносят значительный ущерб и способствуют перемещению населения приводит архитекторов к необходимости быстро реагировать в ответ с целью создания благоприятной искусственной среды. Методологический подход к исследованию основан на системном анализе реализованных и спроектированных быстровозводимых объектов в условиях многофакторных рисков, а также изучении открытых научных исследований. Материалы статьи могут применятся для теории и практики формирования быстровозводимых объектов в экстремальных условиях.
быстровозводимая архитектура, экстремальные условия среды, сборные строительные системы, модульная архитектура, 3D-печатные строительные системы
В связи с тем, что природные, техногенные и антропогенные воздействия разрушают среду обитания людей по всему миру, восстановление жилья и инфраструктуры стало критически важной темой.
Негативные социальные и финансовые последствия бедствий усиливаются по мере роста населенных пунктов. Архитектура экстремальных сред[1] играет важную роль не только в восстановлении инфраструктуры, но и в удовлетворении социальных потребностей населения, обеспечении комфорта и безопасности пострадавших, предоставляя им необходимое укрытие, а в долгосрочной перспективе – осуществляя реконструкцию и способствуя стабильности.
В природном слое негативные факторы связаны c физико-климатическими условиями: экстремальные природные зоны – Юг, Север, высокогорные районы; экстремальные природные среды – земля, вода, воздух, космос; экстремальные природные стихии – водные, земные, воздушные [1].
В антропогенном слое помимо физических параметров, таких как ограничения по застройке, охраняемому природному и историческому ландшафту и труднодоступности, можно выделить экстремальные социальные параметры: общественные — социальные конфликты, проектные ограничения, экстремальный отдых; политические — внешняя политика (состояние войны, территории с последствиями военных действий, другие внешнеполитические конфликты) и внутренняя политика (политическая нестабильность); экономические — недостаток ресурсов, социальное жилье, ресурсосбережение; экологические — переуплотнение, отклонения в нормативных показателях среды — влажность, загрязненность и т. д., близость техногенных источников опасности — магистрали, линии метро, железные дороги, заводы, городские свалки [11, 12].
На сегодняшний день практика восстановления во многих случаях основана на переводе пострадавших из временных убежищ в объекты постоянного размещения, что занимает длительный переходный период. Быстровозводимые[2] жилые здания могут быть предоставлены в течение нескольких дней в качестве немедленной помощи в условиях влияния негативных факторов. Временное жилье на этапе восстановления имеет решающее значение для обеспечения комфорта и постепенного возвращения к нормальной жизнедеятельности.
Необходимость архитекторов реагировать на последствия указанных факторов приводит к поиску систем, основанных на комплексных решениях и отвечающих требованиям безопасности, устойчивости, функциональности и доступности. Вопрос обеспечения быстровозводимым временным жильем после катастроф актуален начиная с ХХ века. Созданию и совершенствованию такого рода жилья способствовало технологическое развитие строительных материалов с разнообразными структурными и функциональными возможностями, которое привело к повышению эффективности и снижению затрат, и проектирование, производство и строительство с использованием современных технологических методов [8]. Наиболее важным было достижение максимальной эффективности быстровозводимого строительства при минимальных затратах на материалы, рабочую силу и время, что достигается при изготовлении и доставке на предполагаемое место или строительстве на месте с использованием доступных материалов.
Исследование направлено на изучение подходов с применением быстровозводимых сборных строительных систем, модульных систем, систем на основе локальных (местных) материалов и 3D-печатных систем.
Сборные строительные системы основаны на изготовлении деталей с возведением на месте или доставкой на объект в виде интегрированного жилищного блока и делятся на закрытые и открытые.
Закрытые сборные строительные системы относятся к объектам нерегулируемой конфигурации и формы [4]. Производство блоков происходит на удаленных заводах с транспортировкой в районы антропогенных и природных бедствий, объекты в короткие сроки возводятся на месте [15]. Закрытые сборные системы представляют собой портативные интегрированные блоки, в которых возможно совмещение конвейерных колес с корпусным блоком. Примером быстровозводимых закрытых сборных систем служит проект контейнерных домов Ex-Container для переселения после широкомасштабных землетрясений и цунами в Японии [5].
Открытые сборные строительные системы, предназначенные для изготовления жилых объектов, состоят из сборных элементов и частей, а не готовых блоков. Отдельные части и компоненты производятся на заводах, а затем отправляются в районы стихийных бедствий или зоны антропогенного воздействия, где их модифицируют и устанавливают в краткие сроки [4]. Компоненты укладывают на поддоны, после чего их можно компактно упаковать и переместить в транспортные контейнеры, а затем установить на месте. Примером открытой системы служит сборный дом после катастрофы, разработанный финскими студентами в рамках программы Alto Wood из местного материала — дерева [10]. Фанерные панели собираются на заводе и отправляются на место, где крепятся с помощью деревянных дюбелей и нейлоновых ремней, что устраняет потребность в металлических крепежах и электрических инструментах. После пяти лет использования материалы дома могут быть утилизированы, переработаны или повторно использованы.
Модульные системы представляют собой жилые единицы, собранные на заводе и готовые на 90%. Их доставляют на площадку, где они собираются в различных конфигурациях, что позволяет создавать пространственное разнообразие, так как можно заменить или добавить новый модуль, не затрагивая остальную часть системы. Вариативность конфигураций в модульных системах отличает их от закрытых сборных систем с нерегулируемой конфигурацией и формой, а также от открытых сборных систем, в основе которых производство отдельных частей и компонентов здания [3]. Примером быстровозводимой модульной структуры служит проект городского жилья после бедствий [14]. Компания Garrison Architects, по заказу Управления по чрезвычайным ситуациям города Нью-Йорка, разработала прототип модульного жилья для жителей Бруклина в случае катастрофического природного или техногенного воздействия. Многоэтажные многоквартирные дома могут быть развернуты менее чем за 15 часов в различных вариантах, адаптированных к сложным городским условиям. Архитекторы использовали новейшие строительные технологии в сочетании со строгими требованиями к безопасности, устойчивости, долговечности и универсальному архитектурному образу. Модули можно размещать на пустырях, в частных дворах или в общественных местах — они доставляются на площадку, поднимаются на место краном и подключаются к инженерным сетям. Модули можно складывать друг на друга или размещать между существующими домами и постройками.
Модульная система для спасения разрушенных сооружений состоит в восстановлении жилых объектов, которые были частично или полностью разрушены во время бедствий. Система направлена на интеграцию модульных строительных технологий в многоквартирные здания и основана на изготовлении ISP-панелей за пределами площадки, которые собираются на месте. Многие из компонентов, которые при сборном строительстве устанавливаются после возведения конструкции (механические, электрические и т. д.), встроены в модули как часть панели ISP.
Системы на основе локальных (местных) материалов состоят в использовании строительных технологий, учитывающих скорость сборки, простоту конструкций и доступные материалы. Система SuperAdobe, где в качестве основного строительного материала используют земляные мешки, была разработана архитектором и основателем CalEarth Н. Халили [13]. Используя мешки с песком (SuperAdobe Bags), колючую проволоку, землю и инструменты, архитектор разработал революционную строительную систему, которая интегрирует традиционную архитектуру с современными глобальными требованиями безопасности и проходит серьезные испытания на землетрясения в Калифорнии. Принцип действия состоит в использовании мешков с песком, заполненных увлажненной землей и расположенных слоями или длинными катушками. Нити колючей проволоки помещаются между каждым слоем мешка с песком, чтобы действовать как раствор и армирование. Система SuperAdobe может использоваться для структурных арок, куполов и сводов или обычных прямолинейных форм. Метод позволяет возводить жилые ячейки и инфраструктуру — плотины, дороги, мосты, а также применяться для стабилизации береговых линий.
Строительные системы на основе 3D-печати для быстровозводимых зданий в условиях воздействия неблагоприятных факторов отличаются пространственной вариативностью, позволяя создавать настраиваемые строительные компоненты, которые могут быть адаптированы к потребностям каждого проекта и выдерживают суровые условия среды [6]. На сегодняшний день технология вышла за рамки первоначальных 3D-принтеров, позволяя создавать корпус слоями из различных материалов, в зависимости от климата и требований места — песок и цемент, различные бетонные смеси, глина, ил, рисовая солома, растительное волокно и природные отходы (включая любой биоразлагаемый материал из растений или животных) [2]. Быстровозводимые объекты на основе 3D-печати могут иметь биоклиматический характер, обеспечивая мягкий воздух жарким летом и теплую среду холодной зимой. Архитектор Х. Ксавье по инициативе ICON 99 Competition представил проект доступных домов на основе 3D-печати для решения жилищного кризиса [7]. Конструкция основана на квадратном плане этажа с наклонной крышей, а объем делится по центру, чтобы генерировать движение в фасаде, одновременно снижая проникновение солнца и обеспечивая два защищенных открытых пространства. На передний двор можно попасть по дорожке, которая имитирует силуэт бетонных стен, напечатанных в большем масштабе, в то время как задняя терраса вдохновлена разнообразной местной растительностью в садах. Внешний вид блоков имитирует поверхность кактусов, а естественная вентиляция оптимизирована с помощью расположенных отверстий.
Таким образом, в результате исследования определен ряд подходов при формировании быстровозводимых объектов в условиях воздействия антропогенных, природных и техногенных факторов, которые отталкиваются от технических разработок по организации среды — от их возможностей и конкретных особенностей каждого способа: 1) сборных строительных систем (открытых и закрытых); 2) модульных систем; 3) систем на основе локальных (местных) материалов; 4) 3D-печатных систем. Восстановление жилых объектов на территориях, подвергшихся негативным воздействиям среды, где основным является анализ исходной ситуации (социально-культурный, производственно-экономический, структурно-типологический) возможно при использовании общих подходов, которые сосредоточены не только на технических аспектах, но и культурных и социальных потребностях, в зависимости от которых происходит выбор необходимых технических средств, а также с учетом преимуществ современных и традиционных материалов и технологий, которые необходимо использовать в контексте устойчивости и экологичности, обеспечивая комфортную среду.
[1] Экстремальная среда — это часть окружающей среды, которая по своим психофизиологическим, климатическим, природным, экономико-географическим характеристикам неблагоприятна для жизнедеятельности. С течением времени и развитием технологий человек научился создавать необходимую среду для искусственных мест обитания, однако на сегодняшний день антропогенная и природная составляющие тесно переплелись между собой, что приводит к необходимости поиска структурированных принципов организации устойчивого баланса [11].
[2] Быстровозводимые сооружения — это здания, которые собирают за пределами строительной площадки с использованием заводских элементов / модулей или основаны на сборке на месте (при использовании технологий 3D-печати). В отличие от традиционного строительства, для сборки быстровозводимых зданий не нужна квалифицированная рабочая сила и специальное оборудование, требования к фундаменту минимальны [9].
1. Тиманцева, Н. Л. Принципы моделирования жилой среды в экстремальных условиях обитания: автореф. дис. … канд. архитектуры: 05.23.21 / Тиманцева Наталия Львовна; Московский архитектурный институт. – Москва, 2010
2. Brennecke, T. Exploring 3D printed housing as a solution for post-disaster temporary shelters / Tom Brennecke // PA / Parametric Architecture: website. – URL: https://parametric-architecture.com/exploring-3d-printed-housing-as-a-solution-for-post-disaster-temporary-shelters / (дата обращения: 29.04.2024).
3. Ginigaddara, T. Resilience and Performance of Prefabricated Modular Buildings Against Natural Disasters / T. Ginigaddara, T. Gunawardenaa, P. Mendisa // Electronic Journal of Structural Engineering. – 2023. – 9 p.
4. Hany Abulnour, A. The post-disaster temporary dwelling: Fundamentals of provision, design and construction / Adham Hany Abulnour // HBRC Journal. – 2010. – Vol. 10(1). – P. 10–24.
5. Help in a Hurry: Disaster-Relief Container Homes for Japan // DORNOB.COM. Design ideas daily: website. – URL: https://dornob.com/help-in-a-hurry-disaster-relief-container-homes-for-japan/ (дата обращения: 27.04.2024).
6. Hurricane-proof houses with 3D concrete printing // CyBe website. – URL: https://cybe.eu/affordable-housing/hurricane-proof-houses/ (дата обращения: 08.05.2024).
7. Jose Xavier’s proposal offers affordable 3d-printed homes to address the housing crisis / PA Editorial Team // PA: website. – URL: https://parametric-architecture.com/jose-xaviers-proposal-offers-affordable-3d-printed-homes-to-address-the-housing-crisis/ (дата обращения: 15.04.2024)
8. Kreimer, A. Emergency, temporary and permanent housing after disasters in developing countries // Ekistics. – 1979. – Vol. 46 (279). – P. 361–365.
9. Kronenburg, R. Portable Architecture / Robert Kronenburg. – 3rd Edition. – London : Routledge, 2003.
10. Post-Disaster Prefab 5-Person Home // DORNOB.COM : website. – URL: https://dornob.com/6-hours-2-adults-1-post-disaster-prefab-5-person-home/ (дата обращения: 18.04.2024).
11. Pshenichnikova, K. Principles of Formation of Sustainable Architectural Objects in Extreme Conditions of the Habitat Determined by Physical and Climatic Parameters // Proceedings of the 1st International Conference on Methods, Models, Technologies for Sustainable Development. – 2023. – Vol. 1: MMTGE. – P. 342-349. – DOI:https://doi.org/10.5220/0011571600003524
12. Saprykina, N. A. 2019. Formation of architectural objects for extreme habitat conditions in the context of innovative paradigms / N. A. Saprykina // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2019. – 675(1):012017. – DOIhttps://doi.org/10.1088/1757-899X/675/1/012017
13. SuperAdobe: Powerful Simplicity // CalEarth: website. – URL: https://calearth.org/pages/what-is-superadobe (дата обращения: 01.05.2024).
14. Urban post disaster housing prototype Brooklyn, NY, United States, 2014 // ARCHI TONIC : website. – URL: https://www.architonic.com/en/project/garrison-architects-urban-post-disaster-housing-prototype/5102498 (дата обращения: 01.05.2024).
15. Waheed, A. The Role of Local Building Systems in Enhancing the Sustainability of Post-Disaster / A. Waheed, K. Wahhab // IISTE: International Knowledge Sharing Platform. – 2022. – Vol. 14, No. 2.
