Связь архитектуры с природой

Очевидно, что сущности человека и природы существуют неразрывно, как бы человек не стремился к прогрессу, в конечном итоге он возвращается к природным истокам. Природа является первым началом, из которого на протяжении всего существования человечество продолжает черпать вдохновение при архитектурном проектировании. Однако научно-технический прогресс и духовные убеждения накладывают определенный отпечаток на сооружения разных исторических эпох.

Большое количество новых решений, появившихся в результате развития области строительных материалов и конструкций, позволяет человеку создавать жизнь вокруг себя. Особенности местности строительства, климатические условия и культурно-исторические особенности народов влияют на образования форм архитектурных композиций. Несомненно, природный облик накладывает отпечаток на эстетическое воспитание и формирует живые ценности, ведь появляется возможность сохранить природу для будущих поколений.

Природа проявляется в мире в многообразии форм, поэтому окруженный со всех сторон продуктами научно-технического прогресса человек продолжает брать вдохновение у природы и психологически поддается своему стремлению к духовному отдыху. Однако, это не всегда могут позволить нам архитектурные концепции рекреационных зон.

Замечание 1

Со временем трактовка термина архитектура изменилась. Изначально он означал искусство строить здания, на сегодняшний день архитектурой можно назвать отображения возможностей человечества в области технологий строительства.

Рисунок 1. Стеклянный куб Леонардо. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

На сегодняшний день самыми известными специалистами в области «природного» проектирования можно назвать таких архитекторов, как:

• Грег Линн;
• Майкл Соркин;
• Сантьяго Калатрава;
• Норман Фостер.

Сегодня разрабатывается множество новых конструктивных схем здания, всё чаще фасады украшают стекло и металл, примечательно использование грубых форм в архитектуре не только деловых и общественных точек города, но и в архитектуре рекреационных зон.

Для удовлетворения психологической потребности человека в энергетическом отдыхе важно доминирование природы, поэтому важно быть у нее «в гостях», а не являться её хозяином.

Известные сооружения, иллюстрирующие связь природы и человека

Современные технологии позволяют строить здания-сады, здания с «зелеными стенами». Такие концепции, связывающие строительную архитектуру и природу, сегодня очень популярны. Рассмотрим некоторые из самых ярких примеров таких сочетаний:

• Концертный зал Аудиторио-де-Тенерифе, Испания. По форме это здание напоминает причудливую рыбу. Крыша отличается характерным изгибом, высота которого изменяется по всей длине здания. Боковые окна Концертного зала напоминают полузакрытые веками глаза. Основной зал имеет 1616 посадочных мест и сцену шириной 16,5 метров. Войти в холл этой оперы можно с двух сторон здания, сооружение снабжено двумя террасами с видом на море;
• Комплекс сетчатых оранжерей «Эдем», Великобритания. Купола этих сооружений состоят из множества пластиковых шестиугольников, объединяющихся в одну конструкцию. Каркас состоит из металлических труб, образующих многоугольные рамы. По форме этот комплекс сооружений напоминает сетчатые пчелиные соты;
• Стеклянный куб Леонардо, Германия. Это здание служит местом проведения неофициальных встреч. Здесь можно увидеть взаимодействие внутреннего интерьера и дизайна окружающего ландшафта. Внутренний интерьер сооружения выполнен в белом цвете и коррелирует с архитектурой фасада в плавности форм;
• Планетарий Эмисферик, Испания. Это сооружение успешно выполняет функции как планетария, так и кинотеатра Imax. Переводится название этого сооружения как «полусфера», именно такую форму имеет здание. Часть полусфера подвижна: при движении открывает находящийся внутри шар. По задумке архитектора это сооружение должно напоминать человеческий глаз, символизирующий наблюдение за огромным окружающим миром;
• Музей искусств Милуоки, США. При первом же взгляде на это сооружения появляются ассоциации с белой птицей. В галереях музея насчитывается более 30000 произведений искусства;
• Комплекс подземных домов Питера Ветча, Швейцария. Здесь за основу взята концепция земли, как теплоизоляционного материала, эффективно защищающего от дождя и потери тепла. Эти сооружения представляют собой классические дерновые дома с зеленой крышей, имеющие округлую «природную» форму и характеризующиеся отсутствием повторяющихся элементов. Архитекторы таких проектов стремятся максимально использовать природный ландшафт местности, превратив фундаментальные строительные решения в сказочные.

Наряду с конкретными сооружениями можно выделить и целые направления в архитектуре, стремящиеся усилить взаимодействие человека с природой. Например, в скандинавских странах большое распространения получили травяные крыши. Норвежскими учеными было доказано, что такое покрытие обладает не только хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, но и является экологичным и экономически выгодным. В Германии также становится популярным украшение крыш композициями из цветов, это позволяет человеку почувствовать гармонию с природой, а также подчеркнуть особую индивидуальность здания.

Рисунок 2. Подземные дома Питера Ветча. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Основные аспекты «природной» архитектуры

Архитектура является одним из основных элементов, присутствующих в жизни человека, а также несет функцию защиты. Поэтому важно организовать пространство и внешний облик здания во взаимосвязи с экологически благоприятной рекреационной средой. Архитектура объединяет в единый организм созданное человеком и существующую природу. Это можно объяснить тем, что гармония является равновесием противоположных сил, что определяет главным принцип существования природы, ведь равноценность сил – это основа гармонии бытия. Сегодняшняя архитектура воплощает природу руками человека и является наивысшей степенью гармоничного воздействия.

Бионические формы отличаются сложностью конструкций и нелинейными формами.

Возникновение термина.
Понятие «бионика» (от греч. «биос» -- жизнь), появилось в начале ХХ в. В глобальном смысле оно обозначает область научного знания, основанную на открытии и использовании закономерностей построения естественных природных форм для решения технических, технологических и художественных задач на основе анализа структуры, морфологии и жизнедеятельности биологических организмов. Название было предложено американским исследователем Дж. Стилом на симпозиуме 1960 года в г. Дайтоне - «Живые прототипы искусственных систем -- ключ к новой технике», - в ходе которого было закреплено возникновение новой, неизведанной области знания. С этого момента перед архитекторами, дизайнерами, конструкторами и инженерами возникает ряд задач, направленных на поиск новых средств формообразования.
В СССР к началу 1980 гг., благодаря многолетним усилиям коллектива специалистов лаборатории ЦНИЭЛАБ, просуществовавшей до начала 1990 гг., архитектурная бионика окончательно сложилась как новое направление в архитектуре. В это время выходит итоговая монография большого международного коллектива авторов и сотрудников этой лаборатории под общей редакцией Ю. С. Лебедева «Архитектурная бионика» (1990 г.)
Таким образом, период с середины ХХ в. по начало ХХI в. в архитектуре ознаменовался повышением интереса к сложным криволинейным формам, возрождением, уже на новом уровне, понятия «органическая архитектура», своими корнями уходящего в конец XIX - начало XX века, к творчеству Л. Салливана и Ф. Л. Райта. Они считали, что архитектурная форма, как и в живой природе, должна быть функциональной и развиваться как бы «изнутри наружу».

Проблема гармоничного симбиоза архитектурной и природной среды.
Технократическое развитие последних десятилетий давно подчинило себе образ жизни человека. Шаг за шагом человечество вышло из своей экологической ниши обитания на планете. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, совместимость которой с жизнью природной экосистемы неуклонно стремится к нулю. И чем сильнее искусственная природа захватывает живую, тем более явственной становится потребность человека в естественной, природной гармонии. Наиболее вероятным способом возврата человечества «в лоно природы», восстановления равновесия между двумя мирами является развитие современной бионики.

Небоскреб-кипарис в Шанхае. Архитекторы: Maria Rosa Cervera & Javier Pioz.

Сиднейская опера. Архитектор: Jørn Utzon.

Учебный центр Rolex. Архитекторы: японское архитектурное бюро SANAA.

Архитектурная бионика - это инновационный стиль, берущий все самое лучшее от природы: рельефы, контуры, принципы формообразования и взаимодействия с окружающим миром. Во всем мире идеи бионической архитектуры успешно воплощены известными архитекторами: небоскреб-кипарис в Шанхае, Сиднейская опера в Австралии, здание правления NMB Bank - Нидерланды, учебный центр Rolex и музей плодов - в Японии.

Музей фруктов. Архитектор: Itsuko Hasegawa.


Интерьер музея фруктов.

Во все времена существовала преемственность природных форм в архитектуре, созданной человеком. Но, в отличие от формалистского подхода прошлых лет, когда архитектор просто копировал природные формы, современная бионика опирается на функциональные и принципиальные особенности живых организмов - способность к саморегуляции, фотосинтез, принцип гармоничного сосуществования и т. д. Бионическая архитектура предполагает создание домов являющихся естественным продолжением природы, не вступающих с ней в конфликт. Дальнейшее развитие бионики предполагает разработку и создание экодомов - энергоэффективных и комфортных зданий с независимыми системами жизнеобеспечения. Конструкция такого здания предусматривает комплекс инженерного оборудования. При строительстве используются экологичные материалы и строительные конструкции. В идеале, дом будущего - это автономная самообеспечивающаяся система, органично вписывающаяся в природный ландшафт и существующая в гармонии с природой. Современная архитектурная бионика практически слилась с понятием «экоархитектура» и напрямую связана с экологией.

Формообразование, переходящее из живой природы в архитектуру.
Каждое живое существо на планете является совершенной работающей системой, приспособленной к окружающей среде. Жизнеспособность таких систем - результат эволюции многих миллионов лет. Раскрывая секреты устройства живых организмов, можно получить новые возможности в архитектуре сооружений.
Формообразование в живой природе характеризуется пластичностью и комбинаторностью, разнообразием как правильных геометрических форм и фигур -- окружностей, овалов, ромбов, кубов, треугольников, квадратов, различного рода многоугольников, так и бесконечным множеством чрезвычайно сложных и удивительно красивых, легких, прочных и экономичных конструкций, созданных в результате комбинирования этих элементов. Подобные структуры отражают сложность и многоэтапность эволюции развития живых организмов.
Основными позициями для изучения природы в ракурсе архитектурной бионики являются биоматериаловедение и биотектоника.
Объектом изучения в биоматериаловедении являются различные удивительные свойства природных структур и их "производных" — тканей животных организмов, стеблей и листьев растений, нитей паутины, усиков тыкв, крыльев бабочки и т.п.
С биотектоникой все сложнее. В этой области знания исследователей интересуют не столько свойства природных материалов, сколько сами принципы существования живых организмов. Главные проблемы биотектоники заключаются в создании новых конструкций на основе принципов и способов действия биоконструкций в живой природе, в осуществлении адаптации и роста гибких тектонических систем на основе адаптации и роста живых организмов.
В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Так в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше.

Технологии архитектурной бионики.
Приведем в пример несколько наиболее распространенных современных направлений разработки бионических зданий.
1. Энергоэффективный Дом - сооружение с низким потреблением энергии или с нулевым потреблением энергии из стандартных источников (Energy Efficient Building).
2. Пассивный Дом (Passive Building) - сооружение с пассивной терморегуляцией (охлаждение и отопление за счет использования энергии окружающей среды). В таких домах предусмотрено применение энергосберегающих строительных материалов и конструкций и практически отсутствует традиционная отопительная система.
3. Биоклиматическая архитектура (Bioclimatic Architecture). Одно из направлений в стиле hi-tech. Главный принцип биоклиматической архитектуры - гармония с природой: "… чтобы птица, залетев в офис, не заметила, что она внутри него". В основном, известны многочисленные биоклиматические небоскребы, в которых наравне с заградительными системами, активно применяется многослойное остекление (double skin technology) обеспечивающее шумоизоляцию и поддержку микроклимата вкупе с вентилляцией.
4. Умный Дом (Intellectual Building) - здание, в котором при помощи компьютерных технологий и автоматизации оптимизированы потоки света и тепла в помещениях и ограждающих конструкциях.
5. Здоровый Дом (Healthy Building) - здание, в котором, наряду с применением энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии, приоритетными являются природные строительные материалы (смеси из земли и глины, дерево, камень, песок, и т. д.) Технологии «здорового» дома включают системы очистки воздуха от вредных испарений, газов, радиоактивных веществ и т. д.

История использования архитектурных форм в архитектурной практике.
Архитектурная бионика возникла не случайно. Она явилась результатом предшествующего опыта использования в том или ином виде (чаще всего - ассоциативном и подражательном) определенных свойств или характеристик форм живой природы в архитектуре - к примеру, в гипостильных залах египетских храмов в Луксоре и Карнаке, капителях и колоннах античных ордеров, интерьерах готических соборов и т. д.

Колонны гипостильного зала храма в Эдфу.

К бионической архитектуре зачастую относят здания и архитектурные комплексы, которые органично вписываются в природный ландшафт, являясь как бы его продолжением. К примеру, такими можно назвать сооружения современного швейцарского архитектора Петера Цумтора. Наравне с натуральными строительными материалами, он работает с уже существующими природными элементами - горами, холмами, газонами, деревьями, практически не видоизменяя их. Его сооружения словно растут из земли, а, порой, настолько сливаются с окружающей природой, что их не сразу можно обнаружить. Так, например, термы в Швейцарии со стороны кажутся просто зеленой площадкой.

Термы в Вальсе. Архитектор: Peter Zumthor.

С точки зрения одной из концепций бионики - образа эко-дома, - к бионической архитектуре можно отнести даже привычные нам деревенские дома. Они созданы из натуральных материалов, а структуры деревенских поселков всегда были гармонично вписаны в окружающий ландшафт (верхняя точка поселка - церковь, низина - жилые дома и т. д.)

Купол Флорентийского собора. Архитектор: Filippo Brunelleschi.

Возникновение данной области в истории архитектуры всегда связано с какой-либо технической новацией: так, зодчий итальянского Возрождения Ф. Брунеллески в качестве прототипа для конструирования купола Флорентийского собора взял скорлупу яйца, а Леонардо да Винчи копировал формы живой природы при изображении и конструировании строительных, военных и даже летательных аппаратов. Принято считать, что первым, кто начал изучать механику полета живых моделей «с бионических позиций», был именно Леонардо да Винчи, который пытался разработать летательный аппарат с машущим крылом (орнитоптер).

Галерея в парке Гюэль. Архитектор: Antonio Gaudi.

Портал Страстей Христовых Собора Святого Семейства (Sagrada Familia).

Успехи строительной техники в ХIХ-ХХ вв. породили новые технические возможности для интерпретации архитектуры живой природы. Это нашло свое отражение в произведениях многих архитекторов, среди которых, безусловно, выделяется Антонио Гауди -- зачинатель широкого использования биоформ в архитектуре ХХ в. Спроектированные и построенные А. Гауди жилые здания, монастырь Гюэль, знаменитый «Sagrada Familia» (Собор Святого Семейства, выс. 170 м.) в Барселоне и ныне остаются и непревзойденными архитектурными шедеврами и, одновременно, наиболее талантливым и характерным примером ассимиляции архитектурных природных форм -- их применения и развития.

Чердачное перекрытие Casa Mila. Архитектор: Antonio Gaudi.

Арочный свод галереи в Casa Batlló. Архитектор: Antonio Gaudi.

А. Гауди считал, что в архитектуре, как и в природе, нет места копированию. В результате его сооружения поражают своей сложностью - вы не найдете в его постройках двух одинаковых деталей. Его колонны изображают стволы пальм с корой и листьями, лестничные поручни имитируют завивающиеся стебли растений, сводчатые перекрытия воспроизводят кроны деревьев. В своих творениях Гауди использовал параболические арки, гипер-спирали, наклонные колонны и т.д., создавая архитектуру, геометрия которой превосходила архитектурные фантазии и зодчих, и инженеров. Одним из первых А. Гауди использовал также и био-морфологические конструктивные свойства пространственно-изогнутой формы, которая была воплощена им в виде гиперболического параболоида небольшого лестничного пролета из кирпича. При этом Гауди не просто копировал объекты природы, но творчески интерпретировал природные формы, видоизменяя пропорции и масштабные ритмические характеристики.
Не смотря на то, что смысловой ряд протобионических построек выглядит достаточно внушительно и оправданно, некоторые специалисты считают архитектурной бионикой только те здания, которые не просто повторяют природные формы или созданы из естественных природных материалов, а содержат в своих конструкциях структуры и принципы живой природы.

Сооружение Эйфелевой башни. Инженер: Gustave Eiffel.

Проект моста. Архитектор: Paolo Soleri.

Эти ученые скорее назвали бы протобионикой такие постройки как 300-метровая Эйфелева башня инженера-мостовика А. Г. Эйфеля, которая в точности повторяет строение большой берцовой кости человека, проект моста архитектора П. Солери, напоминающий свернутый лист злака и разработанный по принципу перераспределения нагрузок в стеблях растений и т. д.

Велотрек в Крылатском. Архитекторы: Н. И. Воронина и А. Г. Оспенников.

В России законы живой природы также были заимствованы для создания некоторых архитектурных объектов “доперестроечного” периода. Примерами можно назвать Останкинскую радиотелевизионную башню в Москве, Олимпийские объекты — велотрек в Крылатском, мембранные покрытия крытого стадиона на проспекте Мира и универсального спортивно-зрелищного зала в Ленинграде, ресторан в Приморском парке Баку и его привязка в г. Фрунзе — ресторан «Бермет» и др.
Среди имен современных зодчих, работающих в направлении архитектурной бионики, выделяются Норман Фостер (http://www.fosterandpartners.com/Projects/ByType/Default.aspx), Сантьяго Калатрава (http://www.calatrava.com/#/Selected%20works/Architecture?mode=english), Николас Гримшоу (http://grimshaw-architects.com/sectors/), Кен Янг (http://www.trhamzahyeang.com/project/main.html), Винсент Калебо (http://vincent.callebaut.org/projets-groupe-tout.htm l) и т. д.

Если какой-либо аспект бионики заинтересовал Вас, пишите нам, и мы расскажем о нем более подробно!
Архитектурное бюро «Inttera».

В конце XIX века архитектор-новатор Антони Гауди нашел вдохновение для грандиозного Барселонского собора Саграда Фамилия, гуляя по лесу. Через сто лет после удивительных проектов Гауди в архитектуре появилось новое течение, называемое биометрикой — имитированием природы в сооружениях, созданных человеком.

Природа - лучший источник вдохновения для архитекторов

За несколько десятилетий своего существования в архитектуре биометрика изменила свое содержание и общее направление. В самом начале архитекторы руководствовались природными формами в чертежах своих проектов, сегодня их интересует не только внешняя красота; направление стремится «понять» природу, ее возможности и то множество путей, с помощью которых природа максимально использует минимальное количество ресурсов.

Сегодня человечество все чаще сталкивается с потребностью экономии ресурсов, от электроэнергии до территории, и биометрика предлагает имитировать не только природные формы, но и процессы и конструкции, с помощью которых здание становится активной частью природного мира, не отнимая ресурсов, а наоборот, прибавляя их. Понимая необходимость быть ближе к природе, архитекторы изучают термитники и муравейники, чтобы понять схему естественной вентиляции. Крыши, фасады и даже стены домов используются для выращивания растений, а иногда и живых организмов. Предлагаем вам познакомиться с наиболее яркими проектами биометрической архитектуры.

Саграда Фамилия, Барселона, Испания

Гауди всегда считал природу лучшим архитектором, и каждый его проект становился своеобразной одой естественным силам. Самым величественным произведением Антони Гауди является собор Саграда Фамилия, который планируется окончить в 2026 году, ровно через сто лет после смерти архитектора.

Внутреннее убранство собора, и особенно колоннада, воодушевлены образом тихого леса. Колонны, словно стволы гигантских деревьев, стремятся вверх, где их освещает солнечный свет, проникающий в собор через зеленые и золотые витражные окна.

Художественный музей, Милуоки, Висконсин, США

Самая замечательная черта элегантного здания Художественного музея Милуоки - солнцезащитная крыша, которая напоминает крылья птицы и регулируется подъемным механизмом, способным опускать и поднимать 90-тонную защитную конструкцию.

Архитектор, по проекту которого строили музей - Сантьяго Калатрава, черпал вдохновение, наблюдая за озером Мичиган, именно на его берегу стоит музей. Озеро навеяло архитектору образ крыльев и парусов, который нашел отражение в конструкции здания.

Кунстхаус, Грац, Австрия

Кунстхаус обладает биоморфной структурой и очень контрастирует с исторической частью города, в которой построен. Главные архитекторы искали вдохновение у природы, но не пытались что-либо сымитировать. Результатом их трудов явилось здание, которое местные жители и любители современной архитектуры окрестили «дружественный инопланетянин». Кунстхаус оснащен медиафасадом, что делает его больше похожим на живое существо, чем на конструкцию из железобетонных панелей.

Национальный театр, Тайчжун, Тайвань

Архитектор Тойо Ито был вдохновлен естественными пещерами, каменными насыпями и линиями водных течений. Все это ему удалось объединить в одну конструкцию, которая стала словно естественным островком плавных линий и округлых форм в шумном и «прямоугольном» городе Тайчжун.

Мэри-Экс, 30, или Корнишон, Лондон, Великобритания

Башня, по форме напоминающая огурец и расположенная в центре Лондона, является одним из первых зданий, переосмыслившим понятие имитации природы в архитектуре. В этом проекте экологичными являются не только форма и потребление дневного света и площадки для насаждений. Корнишон построен с помощью «экзоскелета», конструкции, по которой через все здание проходит вентиляция. На такое решение архитекторов вдохновил питательный процесс морской губки, которая пропускает через себя воду. Абсолютное отсутствие углов у здания не позволяет потокам воздуха уходить вниз, тем самым обеспечивая естественную вентиляцию.

Проект «Эдем», Корнуолл, Великобритания

Огромный ботанический сад площадью в 22 тысячи квадратных метров расположен на территории заброшенного и окультивированного карьера. На территории Эдема растут виды деревьев, трав и кустарников тропических широт и средиземноморского климата, а также флора джунглей. Сад состоит из нескольких куполов, по форме и внешнему виду напоминающих мыльные пузыри.

Внутри сферы разделены на биомы - территории, объединенные общими климатическими условиями и растительностью. В центе "Эдема" находится образовательный центр, имитирующий спираль Фибоначчи - форму, которую повторяют сосновые шишки, ананасы, подсолнухи и панцири улиток.

Дом из водорослей, или Зеленый дом, Гамбург, Германия

Уникальный дом в Гамбурге включает в свою конструкцию живые организмы - микроводоросли, которые живут в аквариумах, расположенных в стенах здания. Эти водоросли растут в десятки раз быстрее любых других организмов на поверхности Земли, их регулярно собирают и используют в качестве биомассы для производства топлива. Жильцы такого дома используют стопроцентно экологичную энергию. Кроме энергетической функции водоросли регулируют освещение здания. В солнечную погоду они быстро размножаются и покрывают стенки аквариума зеленой полупрозрачной пеленой, выполняя функцию естественного фильтра. В непогоду стекло остается прозрачным и пропускает максимум дневного света.

Офисный центр "Истгейт", Хараре, Зимбабве

Главному архитектору этого офисно-торгового центра удалось спроектировать дом, используя ту самую естественную вентиляцию термитников. Идея пришла ему в голову во время просмотра документального фильма о термитах. Внешняя конструкция здания, его фасад покрыты отверстиями, словно кожа порами.

Архитекторы называют "Истгейт" лучшим на сегодняшний день примером биомимикрии, причем не только в строительстве и проектировании. Результатом идеи Мика Пирса стало понятие пассивной вентиляции, концепции, при которой здание не нуждается в системе обогрева или кондиционирования, что позволяет сэкономить на энергии.

Даунлэнд Гридшелл (DownlandGridshellBuilding), Чичестер, Великобритания

Это легкое и воздушное здание является частью одноименного музея под открытым небом. Его строительство завершилось в 2002 году, основным материалом стали тонкие дубовые планки, изогнутые таким образом, чтобы создать двойной изгиб, имитирующий форму ракушки.

Кроме природной формы, конструкция здания напоминает процесс строительства гнезда, путем переплетения тонких веточек. Таким образом, создается очень легкая, но крепкая конструкция. Использование возобновляемых природных ресурсов и расположение здания в самом центре леса делают его еще ближе к природе.

Единство функции и формы - объективная основа гармонии

Понятие гармонии сложилось в античное время как характеристика определенного, упорядоченного состояния мироздания, окружающей человека живой природы.

Смена времен года, дня и ночи, определенные периоды цветения растений, цикличность роста и развития живых организмов, их умирание и возрождение привели к таким понятиям, как ритмы, симметрия -- асимметрия, пропорции, тектоника и др., ставшие в процессе развития искусств, архитектуры основными средствами гармонизации форм как выражения единства объективно-субъективных законов художественного творчества. В сфере интересов архитектурной бионики находится и этот аспект изучения живой природы с архитектурными целями.

Объективной основой гармонии в живой природе и архитектуре является взаимодействие функции и формы. Проблема функции и формы в утилитарном плане в архитектуре заключается в том, чтобы найти такое соответствие формы (технических средств формообразования), которое бы наиболее полно обеспечивало функционирование архитектурного объекта, т.е. удовлетворение определенных социальных потребностей человека.

Здесь могут быть различные качественные уровни обеспечения функционирования.

В диапазоне качества функционирования архитектурного объекта возможны различные варианты взаимодействия функции и формы, возникающие в связи с адаптацией архитектуры к разнообразным условиям формирования ее объектов.

В известные архитектурно-исторические эпохи на проблему соотношения функции и формы складывались свои взгляды, выразившиеся в концепциях "функционализма" и "формализма".

Мы не задаемся целью решить все научные вопросы, касающиеся взаимосвязи функции и формы в архитектуре, однако изучение аналогичных отношений в живой природе, думается, поможет пополнить наши познания об этой сложной системе.

Живая природа открывает нам законы гармонии взаимосвязи функции и формы. Их конкретные образы могут и не совпадать с архитектурными, хотя есть прецеденты и обратного (например, постройки человека и животных). Вместе с тем известно, что любой принцип или закон может проявляться в разнообразных конкретных видах, что дает основание пользоваться законами, общими для архитектуры и живой природы.

Проблема гармоничного взаимодействия функции и формы приводит нас к широко сейчас изучаемому понятию системности и целостности.

Обратимся к существу понятия функции и формы и к их трактованию в архитектуре и живой природе.

Как известно, в жизни не может быть функции без формы, а формы без функции. Однако существуют и относительно самостоятельные закономерности развития и функции, и формы, на стыке которых возникают противоречия, заставляющие искать пути их разрешения и на уровне творческого процесса архитектора, и на уровне строительной технологии.

В философии и архитектуре рассматривается взаимосвязь "содержания" и "формы". Мы затронем этот вопрос лишь в той мере, в какой это необходимо, чтобы перейти к понятию функции, родственной, но не тождественной содержанию.

Так, понятие функции приближает нас к пониманию объективных законов движения, развития, функционирования, без чего невозможно говорить о целостности и гармонии, в то время как понятие содержания более статично и необязательно включает в себя формулировку развития, движения и цели. Функция же подразумевает также и цель -- целесообразность действия. Соотношение же ее с формой вскрывает и процесс ее матереализации, т. е. фактически технологию создания материальной формы -- создания продукта, который, по выражению К. Маркса: "... есть потребительная стоимость, вещество природы, приспособление к человеческим потребностям посредством изменения формы " .

Исследование взаимосвязи функции и формы -- это в итоге рассмотрение деятельности и ее физического результата. Однако в этой связи понятие формы может быть представлено в трех видах: собственно форма, структура и пространство. Такое подразделение понятия формы важно и с точки зрения строительной технологии, поскольку характеризует различные уровни использования ее средств.

Форма, структура, пространство являются однопорядковыми категориями, выражающими (в совокупности со временем) способ существования материи, включающей также зависимость геометрических характеристик материальной формы, структуры и пространства от физических свойств материи. Однако между ними есть и различия. Если понятие пространства как бы поглощает понятие формы и структуры в отношении придания ему смысла -- способа существования материи, то форма, индивидуализируя понятие пространства, трактуется как внешний вид содержания, очертание предмета, а структура -- как внутренняя форма. В архитектуре (как в живой природе) эти понятия конкретизируются и связываются с материальным воплощением их в жизнь. И здесь разделение понятия формы, структуры, пространства начинает приобретать не только понятийный, но и реальный смысл, который дает возможность применить в определенных пределах различные трактовки формы, структуры, пространства. Вместе с тем в жизни все это сливается в одно нераздельное целое.

Рассматривая материальные выражения функционирования, мы оперируем взаимосвязью функции с формой, которая представляет здесь и структуру, и пространство. Вместе с тем, по мере надобности, осуществляется переход от функции непосредственно к структуре и пространству. Понятие формы в архитектуре остается все же обобщающим символом выражения законченности того или иного процесса, или его этапа, средством приведения множества (элементов архитектуры) к целому. В этом контексте структура выступает как процесс на пути становления формы, а пространство -- как множество связанных между собой форм. Форма оказывается как бы средним звеном между структурой и пространством. Однако весь процесс синтезирования отдельных элементов архитектуры принято называть в теории архитектуры формообразованием. С целью сокращения мы будем пользоваться для обозначения этих связей обобщенным символом МФСП (материальная форма -- структура -- пространство).

Чтобы придти к реальному процессу гармонизации, интересно проследить различие в эффекте результативности функции и формы.

Функция изменяется по иерархическому закону, отчасти к целому, к постепенному формированию присущего им (архитектуре, живой природе и т. д.) основного назначения, поведения и т. д.

Поэтому функция, по словам советского философа и биолога М.И. Сетрова, может быть охарактеризована как "отношение части к целому, при котором само существование или какой-либо вид проявления части обеспечивает существование или какую-либо определенную форму проявления целого", и, добавим, без целого элементарные функции не могут проявляться как функции объема.

Если говорится о функции жилой комнаты, то имеется в виду и функция квартиры. Функция последней понимается лишь в связи с жилым домом, дом -- с микрорайоном, последний - с жилым районом, а жилой район -- с городом. Без функции жилой ячейки не может иметь место существование никакой другой выше ее стоящей по иерархической лестнице функционирующей системы (так же, как без функции живой клетки теперь уж, на современном уровне эволюции, нельзя говорить о функции организма. Одноклеточные же организмы тоже не существуют самостоятельно, а входят в популяции и т. д.). Функция архитектуры как общественного явления наиболее ярко проявляется на уровне жилого района, города, расселения.

Форма (МФСП) же, наоборот, если ее абстрагировать от функции, в своем развитии подчиняется закону сложения (вычитания), поскольку МФСП может существовать по частям, может делиться, дробиться и каждая часть осуществлять свою функцию независимо от другой: рост здания в процессе строительства, рост организма, образование пород земли.

Культура

Вестник ДВО РАН. 2006. № 5

В.В.ИСАЕВА, Н.В.КАСЬЯНОВ

Фрактальность природных и архитектурных форм

С целью выявления общности и специфических отличий морфогенеза в природе и архитектуре рассмотрены некоторые здания и сооружения в сопоставлении с природными формами и фрактальными моделями. Архитектурные формы более регулярны, чем природные, и вовлекают малое число повторов с их вариациями.

Fractal morphogenesis in nature and architecture. V.V.ISAEVA (A.V.Zhirmunsky Institute of Marine Biology, FEB RAS, Vladivostok), N.V.KASYANOV (Institute of the Theory of Architecture and Town Planning, Moscow).

Some buildings and constructions are considered in comparison with natural forms and fractal models in order to reveal common and specific features in architectural and natural morphogenesis. Architectural forms are more regular than forms of nature, and involve few iterations with variations.

В течение последних десятилетий стремительно развивается новая обширная область междисциплинарных исследований, включающая нелинейную динамику, фрактальную геометрию, теорию самоорганизации. Междисциплинарный подход существенно раздвигает рамки научных исследований, помогая выявить общие черты морфогенеза в живой и неживой природе. Фрактальные алгоритмы (правила построения) в природе и творчестве человека открыл Бенуа Мандельброт (B. Mandelbrot). Одна из важнейших характеристик фрактала - масштабная инвариантность (самоподобие в широком диапазоне масштабов). Дробное значение фрактальной размерности характеризует степень заполнения пространства фрактальной структурой, тогда как значение лакунарности представляет собой меру неоднородности структуры фрактала .

Множество процессов, происходящих в природе и обществе - от космических до социальных и физиологических, - характеризуется хаотической фрактальной динамикой . Фрактальность природных объектов подтверждается возможностью построения весьма правдоподобных компьютерных ландшафтов виртуального мира на основе простых фрактальных программ, в которых приближение к реальности достигается некоторой степенью нерегулярности путем введения случайных чисел. Морфогенез растений также успешно имитируется подобными программами. Моделирование морфогенеза животных на всех уровнях их организации - динамично развивающаяся область биологии. Биологические структуры сложной пространственной организации могут быть количественно охарактеризованы путем определения фрактальной размерности, служащей показателем морфологической сложности этих структур . Вовлечением фрактальных алгоритмов в биологический морфогенез обеспечивается сжатое генетическое кодирование. Фракталоподобные структуры живой природы характеризуются ограниченной шкалой повторов и менее хаотизированы по сравнению с фракталами неживой природы; как правило, это мультифракталы, т.е. неоднородные фракталы.

ИСАЕВА Валерия Васильевна - доктор биологических наук (Институт биологии моря ДВО РАН им. А.В.Жир-мунского, Владивосток), КАСЬЯНОВ Николай Владимирович - кандидат архитектуры (Институт теории архитектуры и градостроительства РААСН, Москва).

Использование подходов фрактальной геометрии позволяет выявить сходство ряда живых и неживых объектов - как природных, так и созданных человеком. Один из примеров такого параллелизма формообразования дает сопоставление конструкций геодезических куполов с организацией молекул фуллеренов, макромолекулярных комплексов клеток многоклеточных животных и скелетных структур радиолярий (рис. 1). Строительные конструкции геодезических куполов были запатентованы в 1954 г. Р.Б.Фуллером (1895-1983), американским изобретателем, архитектором и философом ; в нашей стране такими разработками занимался М.С.Туполев. Геодезические купола могут быть образованы сложной сетью треугольников, которые формируют поверхность, близкую к сферической (рис. 1а). Повторные подразделения на треугольники, характерные для геодезических куполов, образуют фрактальный алгоритм. Конструкции с таким триангуляционным разбиением оказались не только перспективными в архитектуре, но и очень сходными с природными формами. В 90-е годы прошлого века было получено новое вещество - фуллерит, состоящее из молекул углерода, фуллеренов (этимология названий фуллеренов и фуллерита весьма прозрачно связана с именем Фуллера). Фуллерит - аллотропная модификация углерода , третья кристаллическая форма углерода (две ранее известные формы - графит и алмаз). Молекулы фуллеренов представляют собой замкнутую поверхность в форме сферы или сфероида, на которой располагаются атомы углерода (рис. 1б). Конструкции геодезических куполов подобны и некоторым биологическим структурам, например макромолекулярным комплексам клатрина (рис. 1в), сети пучков актиновых филаментов клеток многоклеточных животных (рис. 1г) и скелетам некоторых радиолярий, одноклеточных организмов (рис. 1д).

Изобразительному искусству и музыке также свойственны фракталоподобные характеристики . Некоторые примеры использования художниками повторяющихся в разном масштабе элементов, т.е. фрактальных множеств, приведены Б.Мандельбротом . Исследования традиционной музыки Японии, Индии, народных песен России, американских блюзов, музыки Баха, Бетховена, Дебюсси, Штрауса привели к выводу о том, что музыка имеет общие черты с динамикой природных процессов, имитируя природные изменения нашего мира во времени . Произведение искусства приятно и интересно при условии, что оно не слишком однообразно и в то же время не таит в себе слишком много сюрпризов; музыка приятна, если в ней присутствуют изменения тональности во многих масштабах частот и изменения ритма хотя бы в нескольких масштабах времени . Компьютерное изображение множества Мандельброта можно перевести в звуки и получить музыку с повторяющимися и сменяющимися «темами». Переложение электрокардиограммы человека в звуки дает «песни сердца», музыку, синтезированную по алгоритму хаотических фракталов кардиограммы (см. ).

Применение повторяющихся в разном масштабе самоподобных форм, т.е., в сущности, фрактальных правил построения, широко распространено и в архитектуре. Известное уподобление архитектуры застывшей музыке (И.В.Гете) глубоко обоснованно: и музыка, и архитектура фрактальны. Произведения архитектуры включают в себя многие масштабы длины и элементы самоподобия: подобие частей и целого, подчиненность отдельных элементов целому (рис. 2). Архитектурные фрактальные структуры более упорядочены, чем природные. Фрактальность многих архитектурных форм весьма очевидна и лежит буквально на поверхности (как правило, на фасаде). Мандельброт первым написал о фрактальности архитектуры и привел архитектуру здания Парижской оперы, произведения «изящного» искусства (архитектор Ш.Гарнье), как пример фрактального творения . М.Шредер в качестве примера самоподобия в архитектуре называет замок Кастель дель Монте, построенный по собственному проекту императором Священной Римской империи Фридрихом II. Этот замок представляет в плане правильный восьмиугольник, к вершинам которого пристроены восемь мощных башен, каждая из которых также имеет в плане форму правильного восьмиугольника .

Рис. 1. Фрактальное разбиение: а - макет геодезического купола; б - строение молекул фуллеренов; в - клатриновая сфера ; г - система пучков актино-вых филаментов цитоскелета; д - скелет одной из радиолярий

Рис. 2. Самоподобие форм в архитектуре: а - здание Исторического музея в Москве; б - здание почтамта во Владивостоке; в - индийская храмовая архитектура, комплекс в Кхаджурахо Рис. 3. Фрактальные прообразы и архитектура пирамидальных фасадов, колоколен: а - «салфетка» Серпинского, построенная из квадратов ; б - фрагменты фасадов готических зданий Германии ; в - колокольня (г. Кашира) Рис. 4. Сходство очертаний графика функции Вейерштрасса (а) и силуэта Миланского собора (б)

Принципы фракталоподобного формообразования в архитектуре применяются с давних времен, но лишь к концу XX в., после появления книг Мандельброта, использование фрактальных алгоритмов в архитектурном морфогенезе становится осознанным. Ч.Дженкс описал переход к новой парадигме в архитектуре под влиянием наук о сложных системах, включающих фрактальную геометрию и нелинейную динамику. Несколько ключевых зданий, построенных Ф.Гери (Frank Gehry), П.Эйзенманом (Peter Eisen-man) и Д.Либескиндом (Daniel Libeskind), выглядят как первые проявления этой новой архитектурной парадигмы. Современные архитектурные течения, оперирующие образами сложных поверхностей, математически описываемых нелинейными уравнениями, можно условно называть нелинейной архитектурой. Ч.Дженкс и И.А.Добрицина писали о нелинейности и фрактальности архитектуры в общей декларативной форме. Фрактальная геометрия Б.Мандельброта в определенной мере использована для анализа архитектурных форм в книге К.Бовилла , единственной к настоящему времени монографии о фракталах в архитектуре, в которой собственно архитектуре посвящена меньшая часть книги. В ряде статей и сайтов Интернета отмечены повторяющиеся в разных масштабах элементы архитектуры готических соборов, стиля барокко, индийских храмов, проведен анализ повторов в классических ордерных формах.

Фрактальная формализация применена Бовиллом к рядам строений вдоль улиц и для определения фрактальной размерности некоторых архитектурных сооружений (в том числе Ф.Л.Райта и Ле Корбюзье) методом подсчета квадратов; такой анализ устанавливает эстетическое обоснование оценки архитектурного дизайна, позволяющее дать рекомендации для ухода от мертвящей монотонности стандартной архитектуры. Однако попытки количественным образом связать высокое значение фрактальной размерности (отражающее дробность деталировки) с архитектурной выразительностью не слишком много дают для понимания фрактальных правил построения архитектурных форм. Значение фрактальной размерности может служить лишь формальной характеристикой пространственной сложности объекта, не учитывающей более важные качественные характеристики. Хотя обычно с фракталами ассоциируется богатство форм, фракталы могут быть и эстетически неинтересны, даже скучны. Напротив, в архитектуре есть сооружения, практически лишенные фрактальных характеристик и при этом весьма выразительные - например, массивные нелинейные формы. Фрактальные прообразы архитектурных форм фактически еще не были показаны.

Целью нашей работы был поиск простейших графических фрактальных образов, визуализирующих некоторые архетипы фасадов, планов и трехмерных архитектурных форм, и привлечение имитационного компьютерного моделирования для качественного, а не количественного анализа фрактальных по существу алгоритмов архитектурных сооружений - как правило, не осознававшихся их архитекторами и строителями в терминах фрактальной геометрии. В более широком аспекте эта задача составляет часть проблемы выявления параллелизма формообразования в столь различных мирах, как неживая и живая природа, с одной стороны, и созданные человеком формы - и реальные архитектурные, и виртуальные (компьютерные) - с другой. Современный научный подход с применением фрактальной геометрии, а также топологии и нелинейной динамики способен выявить здесь множество сходных направлений и решений морфогенеза, включая не раскрытые ранее аспекты формообразования и создание потенциально новых архитектурных форм. Ссылаясь на Мандельброта: «графическое представление - чудесное средство для сопоставления моделей с реальностью» , рассмотрим некоторые графические фракталы в качестве прототипов архитектурных фасадов и планов.

Алгоритм Серпинского (так называемая салфетка Серпинского, построенная в данном случае из квадратов) на первых этапах построения дает прообраз таких культовых сооружений, как ступенчатые пирамиды; вытянутые по вертикали здания подобного архетипа -

храмовые и крепостные башни, колокольни (рис. 3 а-в). Разумеется, бесконечные повторы какой-либо структуры в архитектуре невозможны, реальная архитектура обычно содержит немногие повторы, поэтому фрактальные модели, имитирующие архитектурные сооружения (или раскрывающие «генетический код» архитектурных объектов), - это протофракталы (термин Мандельброта для фрактальных структур с немногими повторами). Кроме того, в архитектуре, как и в музыке, редко встречаются точные повторы, обычны же вариации темы, образа.

Для силуэта храмов с множеством вертикальных повторяющихся элементов неким метафорическим прообразом может послужить график функции Вейерштрасса (рис. 4 а, б) -классической фрактальной функции, не имеющей производных ни в одной точке (соответственно на графике нельзя провести касательную ни к одной точке), открытой в конце XIX в. Несомненно, архитекторы и строители Миланского и подобных соборов не ведали о функции Вейерштрасса, и мы не утверждаем, что силуэтные линии собора точно следуют графику функции - этот график дает лишь визуальную метафору подобных архитектурных форм.

Множество Кантора - еще один фрактальный алгоритм, пригодный для описания архитектурных форм с симметрично расположенными частями разной высоты, что весьма обычно в архитектуре (простейший архитектурный прием - в средней части здания возвышается уменьшенное подобие всего здания). Фрактальная структура классического множества Кантора дискретна, тогда как в качестве архитектурных прообразов более пригодны связные фракталы, например «салфетка» Серпинского. Соединение дискретных участков множества Кантора дает связный фрактал (гребень Кантора, рис. 5б) - прообраз «сталинской высотки» и подобных зданий. Множество Кантора с вариациями лакунарности (рис. 5в ) можно модифицировать простейшим образом, получив, например, графический морфотип (рис. 5 в, г), сходный с архитектурными формами индийских храмов. Фрактальный алгоритм построения дискретного множества Кантора сходен с алгоритмом формообразования дихотомически ветвящегося дерева - связного фрактала. Перевернутое дихотомическое дерево - обобщенный «архитектурный код» морфогенеза устремленных ввысь культовых сооружений, иерархичность построения которых выражает идею присутствия высших сил.

Морфогенез нелинейных фракталов порождает динамику образов, претерпевающих бесконечные метаморфозы в виртуальном пространстве, с возникновением сложных форм, сходных с биологическими и архитектурными. Архитектурный декор, узоры орнаментов решеток и оград нередко напоминают нелинейные фракталы (рис. 6).

Фрактальные черты церковного многоглавия могут быть рассмотрены на примере шедевра русского деревянного храмового зодчества - знаменитой Преображенской церкви Кижского погоста в Карелии (рис. 7а). Построенная одним из авторов компьютерная модель визуализирует расположение глав Преображенской церкви (рис. 7 б, в). Многоглавые деревянные церкви русского севера составляют морфологически родственный ряд: прототипом Преображенской церкви Кижского погоста (1714 г.) послужила Покровская церковь Вытегорского погоста в селе Анхимово Вологодской области, построенная в 1708 г. и погибшая от пожара в 1963 г. Расположение и размеры куполов многоглавых церквей, условно показанные в одной плоскости плана с осевой симметрией, в самом общем виде сводятся к простому фрактальному алгоритму варианта «салфетки» Серпинского (рис. 7г).

Один из универсальных фрактальных алгоритмов, спиральный, широко распространенный в неживой (от траекторий элементарных частиц до циклонов и галактик) и живой природе (раковины моллюсков, рога копытных, завитки побегов растений), а также в архитектуре и дизайне (рис. 8), дает множество сходных решений морфогенеза. Трехмерная реализация спирального декора в виде параллельных либо раскручивающихся во

встречных направлениях и пересекающихся спиралей воплощена главами храма Василия Блаженного (рис. 8а). «Храм Василия Блаженного являет собой причудливый фрактал золотого сечения, определяемый по меньшей мере восемью членами ряда золотого сечения» . Аккорды золотых пропорций и других фрактальных соотношений создают архитектурную симфонию этого храма.

Архитекторам известны такие реализации трехмерного спирального алгоритма, как башня Татлина (модель памятника III Интернационалу) и подобная конструкция спирального завершения здания на Патриарших прудах (рис. 8е).

Визуальная интерпретация «угла золотого сечения» дает фрактальный алгоритм, проявляющийся в живой природе, орнаментах и архитектуре. Построенное с помощью компьютера изображение «подсолнечника» (рис. 8б), где в качестве углового приращения используется шаг, равный «золотому углу», весьма близко к реальной картине расположения семян подсолнечника (рис. 8г), менее упорядоченной по сравнению с идеальной компьютерной моделью. Подобное расположение, называемое филлотаксисом (филло - лист, таксис - движение), характерно для листьев на стебле (или их производных), для чешуек шишек хвойных растений; при этом число рядов, закрученных в одном направлении, и число рядов, закрученных в другом направлении, составляют два соседних числа Фибоначчи . На субклеточном уровне подобная особенность проявляется в расположении димеров тубулина в микротрубочках - структурах цитоскелета .

Простейшей и наиболее общей трехмерной фрактальной моделью далеко не красивых типовых зданий-коробок может служить «губка» Менгера (рис. 9а), структура внутреннего пространства которой показана на рис. 9б. В самой общей форме можно сказать, что прямоугольники окон подобны целому прямоугольному зданию, а параллелепипеды внутренних помещений - всей «коробке» здания. Несомненно, даже самый примитивный панельный дом построен не в точности по алгоритму «губки» Менгера, однако фрактальная геометрия включает объекты, повторяемый в разном масштабе элемент которых может быть дополнительно деформирован, изменен в соответствии с мультифрактальной программой построения. Фрактальное здание может быть построено из брусков-параллелепипедов (и включать пустоты-параллелепипеды), которые можно сдвигать, поворачивать, сжимать: фрактальные алгоритмы допускают сжатие, поворот, нелинейные преобразования исходной формы. При хаотизации таких алгоритмов, некотором нагромождении преобразований возникают формы, сходные с архитектурой постмодернизма и деконструктивизма.

Итак, для разных типов архитектурных сооружений можно найти фрактальный аналог, двумерный или трехмерный, и тем самым выявить их фрактальный алгоритм. Такие модельные фракталы, как множество Кантора, губка Менгера, могут послужить вполне адекватными моделями архитектурного морфогенеза. Разумеется, в отличие от относительно простых и регулярных геометрических и компьютерных фракталов с бесконечным

Рис. 5. Множество Кантора как прообраз архитектурных форм: а - множество Кантора; б - гребень Кантора ; в - множество Кантора с различной лакунарностью ; г - его простейшее преобразование Рис. 6. Нелинейные фракталы и сходные с ними формы декора металлических оград: а, б - множества Жюлиа ; в - фрагмент множества Мандельброта ; г - узор решетки балкона Владивостокского ГУМа; д - решетчатая створка ворот в стиле рококо в Вюрцбурге, Германия

Рис. 7. Церковное многоглавие и фрактальная модель: а - Преображенская церковь Кижского погоста; б, в - компьютерная модель этой церкви: фрагмент фасада (б), фрагмент плана кровли (в); г - вариант «салфетки» Сер-пинского

Рис. 8. Спиральный алгоритм и формы природы, архитектуры и дизайна: а - собор Василия Блаженного; б - компьютерная модель филлотаксиса ; в - логарифмическая спираль; г - филлотаксис подсолнечника (для наглядности часть семян удалена); д - спиральный узор ограды (особняк Рябушинского в Москве); е - спиральное завершение здания на Патриарших прудах

Рис. 9. Трехмерная модель «губки» Менгера: а - внешний вид; б - структура внутреннего пространства

повторением одной и той же формы, в архитектуре применяются правила построения с использованием ограниченного числа повторов, сменой правил их построения, нарушением строгого подобия введением множества вариаций, т.е. используются протофракталы, мультифрактальные и нерегулярные алгоритмы.

Как правило, поиск формул гармонии и красоты архитектурных форм проводится в ходе анализа уже созданных выдающимися мастерами творений. Известно, что представление о знаменитом золотом сечении, примененном Фидием при возведении Парфенона, появилось два века спустя в «Началах» Евклида, а сам термин «золотое сечение» был введен Леонардо да Винчи более чем через тысячу лет. Как использование фрактальных правил построения в архитектуре с древнейших времен, так и применение золотого сечения, разумеется, не было осознанным в терминах более поздних концепций и далеко не всегда оказывалось математически выверенным; в поиске и создании художественно выразительных пропорций архитекторов вели их интуиция и чувство гармонии. И в наше время архитекторы далеко не всегда осознают повсеместность фрактального построения архитектурных форм подобно тому, как персонаж Мольера не знал, что говорит прозой.

Фрактальный подход - не панацея, как писал сам Мандельброт, и вовсе не новая эра в истории человечества, а лишь новый, но достаточно эффективный способ анализа, а потенциально - и проектирования архитектурных форм, который может существенно обогатить язык архитектурной теории и практики.

Знаменитый испанский архитектор А.Гауди дал новую интерпретацию готических форм в своем соборе Святого Семейства (Sagrada Familia) - форм, подобных природным; Гауди ушел от евклидовой геометрии, от симметрии и регулярности. Фракталоподобные формы собора, подобного песчаному замку, представлены хаотическими, нерегулярными фракталами, свойственными природе. Современные представления нелинейной науки порождают новую концепцию соотношения упорядоченности и хаоса как состояния, включающего элементы непредсказуемости, нерегулярности, таинственности, подобные богатству и неповторимости природных форм. Использование концепций нелинейной динамики открывает перспективу корректного анализа соотношения регулярности и нерегулярности, случайности, асимметрии. Эстетика нелинейных форм с элементами случайности формулируется Г.Айленбергом: «Почему все же силуэт изогнутого бурями дерева без листьев на фоне вечернего неба воспринимается как нечто прекрасное, а любой силуэт высокофункционального университетского здания таким не кажется, несмотря на усилия архитектора? ...Наше ощущение прекрасного возникает под влиянием гармонии порядка и беспорядка в объектах природы - тучах, деревьях, горных грядах или кристалликах снега. Их очертания - это динамические процессы, застывшие в физических формах, и определенное чередование порядка и беспорядка характерно для них. В то же время наши промышленные изделия выглядят какими-то окостеневшими из-за полного упорядочения их форм и функций, причем сами изделия тем совершеннее, чем сильнее это упорядочение. Такая полная регулярность не противоречит законам природы, но сейчас мы знаем, что она нетипична даже для весьма «простых» естественных процессов. Наука и эстетика согласны в том, что именно теряется в технических объектах по сравнению с природными: роскошь некоторой нерегулярности, беспорядка и непредсказуемости» .

Тенденция органического встраивания сооружений в природное окружение, интеграция природного и антропогенного ландшафта проявляются в подобии линий, поверхностей и форм в архитектуре и дизайне природным формам. Эта тенденция ярко выражена в стиле модерн и «органической» архитектуре. Широко применявшиеся в начале XX в. в архитектуре модерна пластичные, «текучие», асимметричные, биоморфные линии, поверхности, «струящийся» растительный декор, рельефные изображения голов придают зданиям сходство с живым развивающимся организмом, имитируют нерегулярность природных форм.

Архитектуре конца XX в. также свойственно использование биоморфных метафор - антропоморфных, зооморфных, фитоморфных, а также пластичных геоморфных форм, как бы вырастающих естественным образом из земли, с органичной интеграцией архитектуры и природного ландшафта. В наше время приходит более глубокое осознание единства природной и антропогенной среды и единства принципов формообразования в «живой» и «неживой» природе, подкрепляемое концепциями нелинейной науки. Современный научный подход может быть успешно применен для поиска архитектуры, адекватной гармонии порядка и хаоса природной среды, архитектуры, которая может стать смысловой доминантой в природном и историческом контексте, духом места (genius loci).

ЛИТЕРАТУРА

1. Волошинов А.В. Об эстетике фракталов и фрактальности искусства // Синергетическая парадигма. Нелинейное мышление в науке и искусстве. М.: Прогресс-Традиция, 2002. С. 213-246.

2. Газале М. Гномон: от фараонов до фракталов. М.; Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2002. 271 с.

3. Грубе Г.-Ф., Кучмар А. Путеводитель по архитектурным формам. М.: Стройиздат, 1995. 216 с.

4. Дженкс Ч. Новая парадигма в архитектуре // Проект International. 2003. № 5. C. 98-112.

5. Добрицина И.А. От постмодернизма к нелинейной архитектуре. М.: Прогресс-традиция. 2004. 416 с.

6. Заславский Г.М. Физика хаоса в гамильтоновых системах. М.; Ижевск: Ин-т компьютерных исслед., 2004. 286 с.

7. Золотухин И.В. Фуллерит - новая форма углерода // Соросов. образоват. журн. 1996. № 2. С. 51-55.

8. Исаева В.В. Синергетика для биологов: вводный курс. М.: Наука, 2005. 158 с.

9. Кроновер Р.М. Фракталы и хаос в динамических системах. М.: Постмаркет, 2000. 350 с.

10. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. М.: Ин-т компьютерных исслед., 2002. 856 с.

11. Орфинский В.П. К вопросу о национальном своеобразии культового зодчества России // Христианское зодчество. Новые материалы и исследования / ред. И.А.Бондаренко. М.: Едиториал УРРС, 2004. С. 125-180.

12. Пайтген Х.-О., Рихтер П.Х. Красота фракталов. Образы комплексных динамических систем. М.: Мир, 1993. 176 с.

13. Пенроуз Р. Тени разума. М.; Ижевск: Ин-т компьютерных исслед., 2005. 688 с.

14. Петрушевская М.Г. Радиолярии мирового океана. Л.: Наука, 1981. 405 с.

15. Смолина Н.И. Традиции симметрии в архитектуре. М.: Стройиздат, 1990. 344 с.

16. Шредер М. Фракталы, хаос, степенные законы. М.; Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2001. 527 с.

17. Baldwin J. Bucky works. N. Y.: Wiley, 1996. 243 p.

18. Blumenfeld R., Mandelbrot B.B. Levy dusts, Mittag-Leffler statistics, mass fractal lacunarity, and perceived dimension // Phys. Rev. 1997. Vol. 56, N 1. P. 112-118.

19. Bovill C. Fractal geometry in architecture and design. Boston; Basel; Berlin: Birkhäuser, 1996. 195 p.

20. Jencks Ch. New science = new architecture // Architect. Design. 1997. Vol. 67, N 9/10. P. 7-11.