Нелинейная архитектура: Способ решения проблем или модель нестабильного равновесия

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Нелинейная архитектура: Способ решения проблем ИЛИ Модель нестабильного равновесия

ВВЕДЕНИЕ

Архитектура - развивающаяся система сооружений, формирующая предметно-пространственную среду жизнедеятельности общества, а также искусство создавать эти сооружения в соответствии с потребностями общества и по законам красоты.

Главный признак произведения архитектуры - пространство, целесообразно организованное для определенной социально значимой цели, вмещающее человека и воспринимаемое им зрительно. При этом речь идет не только о пространстве, со всех сторон ограниченном, как в интерьере здания, но и о пространстве внешнем, организованном объемами зданий и сооружений, благоустройством земной поверхности и зелеными насаждениями. Таким образом, в понятие «архитектура» вместе со зданиями входят комплексы застройки и населенные места в целом. Входят в него и сооружения, не имеющие внутреннего пространства, но служащие для организации внешних пространств (ограды, террасы, набережные, мосты, эстакады, развязки автомагистралей, монументы и т. п.).

Как и вся культура в целом, архитектура, развиваясь вместе с обществом, опирается на многовековые результаты труда человечества, материального и духовного производства прошлых эпох. Обладая на каждом этапе исторической конкретностью, будучи связана с системой общественных отношений, архитектура несет и общечеловеческое содержание, опирающееся на народную основу культуры, ее преемственность. Единство достижений общества в материальном и духовном развитии, характеризующее его культуру, получает в архитектуре прямое и целостное выражение.

В архитектуре опредмечиваются основы мировоззрения общества, его этические принципы и эстетические идеалы. Архитектура всегда относилась к числу важнейших средств утверждения определенной идеологии. Среда, организованная архитектурой, ненавязчиво, но постоянно воздействует на сознание, поведение и эмоции человека.

Механизм эмоций обеспечивает сложной системе поведения человека адаптацию к непредсказуемым событиям.

И именно эмоции, по видимому, выводят систему поведения человека в критическую область на границу хаоса и порядка. Таким образом, именно эмоции помогают нам жить в нашем несовершенном, непредсказуемом мире.

Фундаментальное свойство биологических, психических и социальных систем есть их неустойчивость. Известный физик Я. И. Френкель основное различие неживой и живой природы сформулировал следующим образом:

«Нормальное состояние всякой мертвой системы есть состояние устойчивого равновесия, в то время как нормальное состояние всякой живой системы, с какой бы точки зрения она не рассматривалась (механической или химической), есть состояние неустойчивого равновесия, в поддержании которого и заключается жизнь».

Творческая деятельность человека, т. е, его способность создавать новое, также происходит только тогда, когда его мозг находится в неустойчивом, критическом состоянии.

Как было сказано выше, - архитектура формирует среду. Архитектор в свою очередь формирует архитектуру, следовательно - на его плечи ложится огромная ответственность, а также возможности моделирования благоприятной эмоциональной среды! Немаловажно также предназначение будущего пространства, воздействие на психическое развитие индивидуума.

Художественная информации намного доступнее, чем научная информация, поскольку художественная информация адресована к психическим структурам, возникшим в эволюции значительно раньше тех структур, которые осуществляют логическую деятельность.

ВОСПРИЯТИЕ

Человек за один взгляд не может полностью составить представление обо всем пространстве общения и он часто изменяет направление взгляда. При изменении направления взгляда происходит смена зрительных картин и, следовательно, смена возникающих в мозгу ощущений и переживаний. И из этого всего множества отдельных зрительных картин в сознании человека и будет складываться представление от визуального общения с окружающим миром в целом.

Каждому из нас хорошо знакомо чувство, когда трудно «оторваться» от чтения захватывающего приключения или таинственной детективной истории. Другие виды и жанры искусства тоже нередко вызывают у нас интерес, держат нас в напряжении, привлекают наше внимание. Чтобы разобраться в причинах этого интереса, обратимся к психологии внимания.

Понятие внимания - одно из важнейших в психологии. Различают три вида внимания. Первое из них, непроизвольное, и есть то внимание, которое чаще всего задействовано в художественном восприятии. Это наиболее древний вид внимания, оно есть даже у многих животных. Фокусировка восприятия в этом случае происходит непреднамеренно, неосознанно, без заранее поставленной цели. Следующий вид восприятия - произвольное или активное внимание, является актом воли, оно присуще только человеку и возникло в процессе трудовой деятельность. Фиксация произвольного внимания происходит преднамеренно и осознанно. Наконец, последний вид - послепроизвольное внимание - возникает в процессе целенаправленной деятельности, и для его поддержания не требуются специальные волевые усилия.

Возникновение вопроса о линейности / нелинейности

В процессе обучения проектированию (также и самостоятельно) постоянно сталкиваешься с проблемой создания гармоничного союза

ФОРМА + ФУНКЦИЯ + ПРОСТРАНСТВО.

Как и вся культура в целом, архитектура, развиваясь вместе с обществом, опирается на многовековые результаты труда человечества, материального и духовного производства прошлых эпох. Обладая на каждом этапе исторической конкретностью, будучи связана с системой общественных отношений, архитектура несет и общечеловеческое содержание, опирающееся на народную основу культуры, ее преемственность. Единство достижений общества в материальном и духовном развитии, характеризующее его культуру, получает в архитектуре прямое и целостное выражение

Отсюда и огромный набор шаблонов, канонов, всевозможных решений… компоновка, заимствование, - и перед нами готовый, эклектичный продукт. Неисчисляемое количество комбинаций разностилевых элементов, - залог (в неполной мере) индивидуальности.

Проанализировав историю Мировой архитектуры, с целью узнать подход зодчих прошлого к решению возникшего вопроса, по новому открылись очевидные факты: (этому учат в водном курсе живописи и рисунка): любой предмет, любой сложности можно представить в виде простейших геометрических фигур (говоря о геометрии их формы подразумевается Евклидова геометрия, т.е. - линейная) - вся архитектура начиная с античной и заканчивая «современной» (не учитывая экспрессионизм, деконструктивизм и схожие с ними течения) - основана на линейном построении, в основе лежат простейшие геометрические объемы.

ИЗ ИСТОРИИ…

Остановимся подробнее на закономерностях эволюции архитектуры.

Для этого анализа нам необходимо прежде всего выделить параметр порядка в конструкции любого сооружения.

Строительство любого здания происходит в поле тяготения земли, и потому степень его устойчивости подчиняется принципу минимума потенциальной энергии: наиболее устойчивому состоянию всякого сооружения отвечает наименьшее возможное значение потенциальной энергии (или наинизшее положение центра тяжести). Строительство зданий - это своеобразный вызов этому принципу. Это борьба с неустойчивостями, возникающими вследствие вертикальной протяженности любого, сооружения. Таким образом, первым параметром порядка естественно считать вертикальный размер сооружения. Любая вертикальная конструкция подвергается внешним возмущениям: внешним воздействиям, температурным перепадам и т. д.. и потому должна быть хорошо стабилизирована.

Другой параметр порядка возникает вследствие того, что сооружение имеет горизонтальную протяженность. У здания должна быть крыша. И чем просторнее помещение, тем больше должны быть размеры свода. Понятно, что состояние любого свода по своей природе неустойчиво: основная его масса всегда находится над пустым пространством здания, и необходима хорошо продуманная система стабилизации, чтобы свод был устойчивым. Подчеркнем, что именно со свода стала развиваться архитектура: основой всякой первобытной постройки была не стена, а крыша. Характер покрытия определяет толщину стен и опор, - очертания плана. Таким образом, вторым параметром порядка необходимо считать длину пролета свода, т. е. расстояние между опорами, поддерживающими свод.

Наибольшую часть своей истории человек-разумный (homo-sapiens) в качестве основного строительного материала использовал природный камень. Главные строительные свойства камня заключаются в том, что он способен выдерживать значительные сжимающие нагрузки и очень хрупок под действием растягивающих сил. Эти свойства камня диктовали определенные ограничения на форму строительных сооружений. Так, форма каменного свода не может быть плоской или вогнутой, поскольку в этом случае в камне создались бы значительные растягивающие усилия. В выпуклом же своде создаются сжимающие нагрузки, которые камень хорошо выдерживает.

Между вертикальным и горизонтальным параметрами порядка наблюдается сильное взаимодействие. Выпуклый свод вызывает боковой распор поддерживающих его вертикальных элементов, т. е. оказывает на вертикальный параметр порядка дестабилизирующее действие, и чем выше здание, тем сильнее это действие. (прим. Иллюстрации романской архитектуры)

Для очень высоких и больших по площади готических сооружений, чтобы погасить сильные боковые распоры, возникающие от давления свода на вертикальные несущие элементы, а также действия ветровых нагрузок, применялись висячие аркбутаны, переводившие давление стен на пилоны, стоявшие снаружи здания (контрфорсы). Таким образом, система стабилизации неустойчивого отношения свода и стен оказалась вынесенной наружу здания, что создавало ощущение легкости внутреннего пространства и открывало большие возможности для оформления интерьера. Видно, что закономерности перехода от романской архитектуры к готической подтверждают общий принцип самоорганизующегося развития: переход системы в неустойчивое, но опять-таки стабилизированное состояние. На готических каркасных конструкциях были исчерпаны прочностные свойства камня, а других, более прочных материалов строительная техника того времени не знала. Поэтому дальнейшее развитие архитектурных форм пошло не по пути роста размеров сооружений (камень не выдержал бы новых дополнительных нагрузок), а по пути естественного изменения интерьера и экстерьера зданий, т. е. наступил этап перехода от простоты к сложности, свойственный и онтогенетическому развитию в живой природе.

Переход от ренессанса к барокко в архитектуре можно охарактеризовать как качественный скачок от неизобразительных, архитектурных приемов к изобразительным, живописным. В отделке зданий стали применяться изысканные лепные украшения, скульптурные и живописные произведения. Архитектура как бы изменяет своей природе - она приближается к скульптуре. Исчезают линии и грани, появляется игра света и тени. На этом основано впечатление непрерывной, изменчивости, которое удается произвести этому стилю.

Архитектуре барокко (конец XIV - середина XVIII веков) свойственно увеличение пропорций зданий; сила впечатления достигается внушительностью, широкой, тяжелой массивностью. Появляются признаки подчинения законам мертвой материи - принципу минимума потенциальной энергии. Лестницы делаются столь широкими и пологими, что они не располагают к подъему, по их ступенькам как бы соскальзываешь вниз. Верхние этажи зданий тяжело надавливают на поставленные снизу колонны.

Мы видим, что развитие архитектурных стилей, их переход друг в друга можно сравнить с развитием некоторого растения: сначала интенсивный количественный рост вверх, затем - пышное цветение и, наконец, плодоношение. В этом смысле последовательность в чередовании архитектурных стилей в европейском искусстве можно считать устойчивой, т. е. если бы можно было повторить развитие европейской культуры, эта последовательность сохранилась бы.

Классицизм, пришедший на смену барокко, стал самым значительным стилем ХIХ века. Важным архитектурным элементом классицизма становится портик, а стены снаружи и изнутри членятся мелкими пилястрами и карнизами. В цветовом решении сооружений доминируют светлые, пастельные тона, а в композиции как целых знаний, так и отдельных деталей преобладает симметрия.

С появлением более прочных, чем камень, строительных материалов (железобетон, сталь, алюминий и т.д.) появилась возможность продолжать общие закономерности развития: стали резко расти как горизонтальные пролеты сооружений, так и вертикальные размеры (небоскребы, телебашни). В то же время железобетон и другие строительные, материалы позволяют создавать практически любые формы, и потому стали возводиться сооружения самых непривычных, иногда нарочито оригинальных, экзотических форм.

НЕЛИНЕЙНАЯ АРХИТЕКТУРА

восприятие конструкция нелинейность архитектура

Новое качество научные теории приобрели в эпоху сверхмощных компьютеров конца столетия, когда успехи физики и математики вкупе с вышедшей в лидеры микробиологией получили мощный импульс развития.

Новая наука построена на парадигме нелинейности, в рамках которой развивается представление о мире как о множестве систем, каждая из которых живет по законам самоорганизации и переживает периоды стабильности и скачкообразных переходов! в иное состояние. Сама Вселенная - это сверхсложная система. Она может внезапно «сдвинуть привод» и совершить скачок.

Человеческий разум отшатывается от такого представления, наше сознание обходит острые углы, оно не готово принять сложные математические обоснования этой ошеломляющей версии реальности. Но, обретя опору в сверхмощном современном компьютере, человек все же дал волю всему тому, о чем прежде не имел возможности помыслить. Современная физика, математика вводят человека в странный монадический мир, реальность теряет прежнюю определенность, становится загадочной, непредсказуемой.

Парадигма Ньютона делала акцент на внешние силы, воздействующие на ту или иную систему, - силы притяжения, естественного отбора и т.п. Пришедшее ей на смену понимание того, что во Вселенной преобладают нелинейные системы, развивающиеся непредсказуемо и скачкообразно, означает, помимо всего прочего, что внимание должно быть сконцентрировано на самой системе, на внутренних импульсах ее поведения. Нелинейная парадигма в науке 80-90-х годов XX века вводит абсолютно новые научные принципы, которые полностью меняют ход осмысления и исследования систем, в том числе и таких, как система развивающегося организма, экономики (общества и людей, его составляющих) или система самой играющей и творящей Вселенной. Пришедшее с новой наукой понятие о Хаосе как особом виде Порядка, о поведении саморегулирующихся систем, спонтанно внутри себя вырабатывающих новый Порядок, - все это дало человечеству понимание непредсказуемости будущего. Нелинейность, таким образом, актуализируя экологическую проблематику, потребовала громадной ответственности каждого индивидуума.

Открытием для архитектуры стала возможность работать с саморегулирующимися системами, появился доступ к так называемой «обратной связи», к имитации «целевого поведения» рождающейся формы. Использование эффектов, аналогичных «обратной связи», - неожиданных и как бы целенаправленных логических переходов на «другую траекторию» - выводит архитектуру из привычного состояния статики, придавая динамизм ее внутренней структуре. Это кажется немыслимым, но хаотичность становится отправной позицией для ряда проектов. Как и в новой науке, хаос трактуется как шанс, обеспечивающий вероятность согласованности более высокого порядка.

Квантовая теория произвела концептуальную революцию, которая, однако, до сих пор еще не коснулась большинства областей науки. В математике стали доступными для вычисления прежде неразрешимые задачи, связанные с нелинейной динамикой, фрактальной геометрией, понятием хаоса.

Фрактал как математический объект - модель бесконечного становления. Графические модели фракталов чрезвычайно разнообразны. Понятие фрактала, по Мандельброту, - это некое образование, главным свойством которого является самоподобие (инвариантность, неизменность при любых преобразованиях).

В статье Питера Т. Сондерса «Нелинейность. Что это такое и почему это так важно»*. Он отмечает, что «научная система Ньютона сегодня поставлена под сомнение... Проблема состоит в том, что Вселенная нелинейна, что мы это знаем давно и только сейчас начинаем понимать всю важность подобного заключения... Новые математические инструменты и, помимо прочего, мощные вычислительные машины позволяют теперь так исследовать нелинейность, как раньше было невозможно».

Что же это значит - Вселенная нелинейна? Во-первых, что нельзя предсказать ее будущее, исходя из состояния на данный момент. Во-вторых, что именно качество нелинейности придает ей как системе множество особых свойств, тогда как раньше считалось, что эти свойства появляются как следствие внешних воздействий. Но главное - феномен нелинейности лежит в основе устройства самой Вселенной.

Понять сущность этого феномена непросто, поскольку до сих пор мы изучали только линейную логику. Однако Сондерс делает очень важное для архитектурного творчества заявление: «...наша интуиция основана на личном и чужом опыте понимания тех систем, которые наиболее интенсивно изучались, но дело в том, что все хорошо изученные системы линейны. По мере продвижения в понимании нелинейной динамики постепенно станет привычной идея о том, что столь необычные черты нелинейных систем вполне возможны и реальны. Со временем они станут частью нашей интуиции»'. В обычной жизни потребность обращения к нелинейной логике возникает нечасто, но в особых случаях она необходима. На примерах жизненных ситуаций Сондерс показывает ту критическую черту, за которой линейная логика бессильна. «Техника линейных решений очень надежна. И она уже способствовала возникновению множества добротных научных направлений. Но все же она не всегда работает. И кроме того, она не подходит для работы с феноменами, которые возникают непосредственно из нелинейных явлений. Все знают, что земля круглая, но никто не озабочен этим обстоятельством, если разбивает сад или даже планирует целый город. С весьма обширными регионами, такими, например, как канадская провинция Саскачеван, уже следует быть осторожнее. А вот если бы Христофор Колумб считал, что Земля плоская, то никакая, даже самая тщательная, корректировка в его карте не смогла бы ему подсказать, как правильно взять курс на запад. Тот факт, что мы можем теперь путешествовать по сферической поверхности, - это достояние специфически нелинейного мышления, и мы никогда не решили бы эту задачу математически с помощью процесса последовательных приближений, если бы начали с линейной модели. И для самого математического моделирования серьезной проблемой остается то, что всегда сложно определить, обладает ли рассматриваемая система необходимыми нелинейными свойствами».

Отличить линейную систему от нелинейной затруднительно даже для математика. Поэтому архитектор, желающий работать с нелинейными системами, берет на себя большую ответственность, строя начальный этап своей проектной программы, выбирая опорные системы значений, «точки роста» системы, ее геометрические основания, оценивая уместность и совместимость тех или иных геометрических фигур. От начального этапа во многом зависит возможность описания выбранной им опорной системы как системы нелинейной, способной к непредсказуемому поведению, возможность работать с ней в русле новейших технологий и методов.

Человеку в его практической деятельности всегда приходится сталкиваться как с линейными, так и с нелинейными системами.

Криволинейные оболочки конца 1990-х

Первым блестящим и непревзойденным пока опытом создания нелинейных поверхностей была, конечно же, постройка Френка Гери в Бильбао. А одним из первых теоретиков криволинейной архитектуры, рожденной за пределами евклидовой геометрии, следует считать Грега Линна. Благодаря Линну Калифорния стала местом сосредоточения творческих экспериментов и концептуального развития новой парадигмы в архитектуре. Сегодня уже довольно хорошо известен его концепт «Эмбриологического дома», представляющего, по сути, криволинейную оболочку. Продолжая этот свой опыт, Линн писал в 2000 году: «Эмбриологический дом - это программа создания домашнего пространства, в соответствии с которой любой человек может заранее заказать себе бренд, в котором учтена его потребность в идентичности и разнообразии, с помощью которой обеспечивается также непрерывность производства и сборки дома. Но что особенно важно - капиталы вкладываются в сверхсовременную красоту и чувственную эстетику криволинейной оболочки, исполненной в переливчатых опаловых тонах. Эмбриологический дом использует четкую систему геометрических ограничений, позволяющих, однако, формировать бесконечное число вариаций внутреннего устройства дома. Определенные ограничения в геометрическом построении таких домов обеспечивают их внешнюю родственность, хотя среди них невозможно найти два одинаковых.

Линн считает, что разработка структуры Эмбриологического дома отражает сдвиг от модернистских механических приемов формообразования к биологической модели сотворения формы, гораздо более живой и способной к развитию. Эмбриологический дом спроектирован как гибкая, способная к изменениям оболочка, а не как фиксированный набор ригидных предметов. Каждый дом состоит из шести системных компонентов. Среди них особо следует выделить структурную матрицу для перенастройки дома и собственно гибкую оболочку, принимающую различные формы в результате различных воздействий.

К новой целостности?

Поскольку мы понимаем высокую степень риска, может быть, нам лучше остаться на прежних позициях? Полагаю, однако, что в архитектуре гораздо важнее то, что «чувствует тело», чем то, что «видит глаз».

Смысл нелинейных космогенных опытов архитектуры - приблизиться к природным явлениям, к «поведению» природных систем, порой парадоксальному и непредсказуемому. А для этого необходимо уйти от геометрии, хорошо описываемой линейными уравнениями, овладеть той геометрией, которая является случаем нелинейных систем и требует нелинейного математического описания. Отсюда - обращение к заведомо «парадоксальным» с точки зрения евклидовой геометрии формам (разного рода фракталам, гиперкубам, квазикристаллам, математическим «орнаментам» декагона и Пентагона и др.). Взятые в основу, условно говоря, композиционной темы, эти формы в определенном смысле ведут архитектора к результату во многом непредсказуемому. Приведение замысла к реальности требует его тщательной проработки с помощью компьютерной технологии, позволяющей производить расчеты за порогом возможностей докомпьютерной эры. В каждом нелинейном проекте переход через этот порог, скачок в неведомое составляет эвристический момент проектного процесса, захватывает дух творца. Свободная игра случая, но в пределах четко заданной программы, - метод, на котором построена нелинейная архитектура. Способность к самоорганизации, стремление выйти через хаос к более высокому порядку - особое свойство нелинейных систем, оно дает основание считать, что такого рода системы обладают специфическим качеством становящейся целостности.

Размещено на Allbest.ru