Недавно все говорили о параметрических зданиях Захи Хадид. Что же такое в принципе эта параметрическая архитектура?. Параметры — это что-то, что имеет отношение к уравнениям, которые описывают линии современных зданий - “стильные, модные, молодёжные”? Нет, всё намного интереснее. На самом деле параметрическое проектирование — это не столько живописно изогнутые трёхмерные объекты, сколько анализ комплексных систем,мобильность, полиморфизм, генетические алгоритмы и прочий матан. Ниже вы прочитаете, что в настоящий момент происходит на стыке информационных технологий и архитектуры. Это архитектура будущего.

Сами архитекторы называют массу самых разных вещей“параметрическими”. Как обычно, только прошлое можно легко разложить по полочкам можно, а в настоящем происходит путаница и сплошное кипение.

0. Параметризм — это визуальный стиль

О стилистике изогнутых поверхностей и и плавных линий и о соответствующих инструментах проектирования можно говорить или много, или ничего. Они просто существуют и дают тот узнаваемый результат, который все вы видели не раз.

Кстати, то, что вы сейчас прочитали— это  просто стереотип. На самом деле параметрическое здание может выглядеть как угодно, хотя бы строгим параллелепипедом без окон. Так что картинок в этом разделе не будет. То, что скрыто за красивыми рендерами, намного интереснее их самих.

1. Параметризм — это когда форма создаётся при помощи анализа процессов, которые внутри неё будут происходить

Информационное моделирование выводит функционализм на новый уровень, когда процессы, которые происходят в здании, рассматриваются в качестве отдельной сущности, наподобие “четырёхмерной морковки” Хокинга, а здание её как бы оборачивает собой, не привнося ничего лишнего.

В списке строений Захи Хадид имеется передвижной выставочный павильон, несущие конструкции которого одновременно являются и кровлей, и оформлением интерьера, и стенами, и мебелью, и направляютпо нужной траектории движение посетителей между экспонатами. Максимально соответствует функции, да ещё и разбирается, когда не нужен — зачёт! Крупные здания отличаются конструкцией и материалами, но заложен принцип в основу тот же.

Среди традиционных зданий подобные образцы тоже имеются, к примеру, античный амфитеатр, находящийся в естественной впадине рельефа, где дно — это сцена, а склоны — это и сиденья, и ступени, и несущая конструкция, и акустическая поверхность, которая управляет распределением звука. Ни прибавить, ни убавить.

Но стремясь к оптимизации пространства архитекторы часто умеют забывать о психологическом комфорте тех, кто будет пользоваться их творениями, поэтому совершенно не все “параметрические” творения горожане любят.

2. Параметризм — это когда объект изменяется, реагируя на новые функциональные требования или на свойства среды

Способность взаимодействовать с окружением, мобильность, трансформируемость —для всех современных архитекторов это очень важный ориентир, но особенное значение это имеет для авангардистов.

Вы знаете, что у обычной шишки в дождливую погоду чешуйки плотно прижаты друг к другу и в сухую растопыриваются – это происходит благодаря циклу  высыхания  и набухания древесных волокон? Это — то, к чему в настоящий момент стремятся передовые архитекторы, то, что они считают архитектурой будущего: чтобы сооружение могло реагировать на перемены своими основными элементами, а не дорогостоящими и сложными техническими устройствами.

“Умное” здание, которое нашпиговано датчиками и управляется программой уже стало мейнстримом, сейчас исследователи ищут нестандартные материалы и неэлектронные методы. К примеру, использование термопар для того, чтобы нагреваясь на солнце, элемент нужным образом деформировался.

Современные здания шевелятся, дышат, закрывают и открывают “глаза” при помощи диафрагм, генерируют внутри облака из азота, динамически меняют теплоизоляционные и оптические свойства самого стекла и так далее — в общем, живут интересной и насыщенной жизнью.

Взглянем на нескольких известных параметрических зданий.

Офисное здание Media-ICT, Enric Ruiz Geli Cloud 9 Architecture

Это экспериментальное офисное здание с надувным фасадом выиграло в 2011 году престижный конкурс World Building of the Year на Всемирном фестивале архитектуры WAF. Основная концепция—  это синтез современных технологий и экологичности. Внешние конструкции здания покрыты специальной оболочкой ETFE  — инновационным прозрачным термопластиком, который используется в качестве альтернативы стеклу. В воздушные камеры вмонтированы датчики освещённости, расширяющие либо сжимающие камеры в зависимости от интенсивности солнечного излучения, регулируя тем самым внутри помещения микроклимат и свет.
  
При этом Media-ICT имеет автономный «интеллект». К примеру, когда какой-либо фрагмент здания нуждается в тени, Media-ICT заполняет при помощи специального приспособления этот фрагмент облаком азота, препятствующим попаданию внутрь солнечных лучей. Облако формируется примерно тридцать минут и держится около трех часов.  Также здание не даст возможность зажечь лампы в пустом помещении — свет станет загораться только в том месте, где находится человек.

Необычность заключается в том,комплекс смонтирован из лёгких металлических конструкций, которые практически висят в воздухе, причём вес каждой рейки тщательно высчитывался и сокращался создателями до минимума, но, конечно, без угрозы надёжности. В итоге вся конструкция оказалась на 70% легче, что позволило сэкономить 1,5 млн долларов.

Павильон Великобритании, Heatherwick

 UK Pavilion был разработан архитектором Томасом Хезервиком. В 2010 году его дизайн-команда выиграла заказ Министерства иностранных дел и по делам Содружества (FCO) на создание павильона на Экспо в Шанхае. Хезервик представил свою страну через необычное сооружение, которое получило название «Семенной собор», так как Лондон самый зелёный городом такого масштаба в мире. Павильон представлял собой коробку 15 х 10 метров, где от каждой грани выступали серебристые стержни длиной 7,5 метра из прозрачного акрила.
  
На кончиках этих прозрачных стекловидных «волосков» были представлены образцы более двухсот пятидесяти тысяч семян из Китайского института ботаники Куньмин. Общая поверхность павильона содержала шестьдесят тысяч подобных стержней. Днём интерьер павильона освещался солнечным светом, проходившем сквозь каждый стержень. Можно было даже следить за движением солнца и за тенями, которые отбрасывали пролетающие над павильоном птицы. Кроме того, инженер-строитель расположил стержни так, что можно было с любого ракурса увидеть очертания флага UnionJack.

 
Культурный центр имени Гейдара Алиева, Zaha Hadid Architects
 
Структура центра Гейдара Алиева в Баку — очень экспрессивная и гибкая. Изогнутая поверхность здания достигает земли и обратновзлетает вверх, образуя волны, плавно ложащиеся на землю и постепенно распрямляющиеся. Архитектор Заха Хадид хотела в этом строении воплотить идею возвращения Азербайджана от советского прошлого к национальной независимости и идентичности.
 
Гибкая, словно струящаяся форма позволяет разделить пространство культурного центра на три программных элемента.

Передвижной павильон Chanel Mobile Art, ZahaHadid Architects
 
Захой Хадид создала передвижной павильон для Chanel, за основу она взята форму кожаной стёганой сумочки Карла Лагерфельда. Небольшая галерея искусств - технически сложная конструкция, которая состоит из арок, что дает возможность довольно легкоеё разбирать и собирать. На сборку павильона требуется4 недели, зато разобрать егобыстрее в два раза. В центре павильона находится внутренний двор, который предназначен для различных приёмов, а галерея продолжается снаружи террасой, которая приподнята над землёй на один метр. «Основная диаграмма очень простая — она образует петлю. Так что вы входите и выходите из одной из той же точки», — говорит Заха Хадид.
 
Поверхность мобильного павильона Chanel похож на кожу, из которой сделаны легендарные сумочки - данный эффект создаётся за счёт покрытия поверхности светопроницаемым материалом FRP — пластиком, усиленным стекловолокном.  С 2007 года павильон побывал в Нью-Йорке, Токио, Гонконге, Москве и многих других городах мира.

Павильон искусств Temporary Art Pavilion, soma
 
Павильон искусств в 2011 году создало австрийское  архитектурное бюро Soma специально для биеннале в Зальцбурге. Павильон искусств снаружи весь покрыт блестящими алюминиевыми стержнями, которые расположены в хаотичном порядке. Отсутствие чёткой формы дает возможность сфокусироваться на своих собственных ощущениях, а не на визуальных образах.
 
Некоторым неровная структура кажется похожей на индикатор эквалайзера — в зависимости от точки просмотра и освещения, форма павильона, как и музыка, все время изменяется. Свет играет на павильоне будто на музыкальном инструменте.  Внутри павильона пространство окружено мембраной из лёгкого материала. Тени, которые проецируются на этой мембране в зависимости от положения солнца, изменяются также в течение дня.

Павильон PS1 SUR, Hernan Diaz Alonso
 
Футуристический и одновременно органический павильон SUR архитектора Эрнана Алонсо Диаса стал победителем в Программе молодых архитекторов MoMA/PS1 в 2005 году.
 
Проект построен на принципе кинематографической игры: в нём нет «повествования», вместо него —гротескная эстетика, активные эффекты и постоянная актуализация пространства. Конструкция SUR состоит из красного и белого литого стекловолокна, резины и алюминиевой арматуры, покрытой сверху белым латексом. Выступающие волнистые поверхности выполняют функцию скамеек, а закрученные в воздухе дуги, скреплённые между собой латексным полотном, заменяют навес. Взвешенная и многоуровневая структура павильона, будто состоящая из зависших в воздухе осколков, в летний день создаёт необычную игру света и тени. Кстати, название SUR было взято Эрнаном Алонсо Диасом из аргентинского танго.

Заглянем в компьютеры проектировщиков.Для проектов, где объект существует в динамике, привычных CAD-ов недостаточно, и необходимо применять BIM (информационное моделирование зданий). Мир постепенно переходит к технологии “виртуального здания”, но на нашем участке суши пока отстают от этой тенденции.

3. Параметризм — это когда объект создаётся по заранее разработанному алгоритму на основе большого объёма входящих данных

С помощью BIM-программ можно параметризировать проектирование в буквальном смысле, превратить его в “3D-уравнение”. То есть, создать модель, которая благодаря заданным зависимостям будет сама подстраиваться под обстоятельства. Или сформировать набор правил, которые на основе имеющейся информации будут генерировать что-то новое. Алгоритмический морфогенез применим как в минимальных объектах, типа автобусных остановок, так и в крупномасштабных, на уровне градостроительства. Кстати, бюро ЗахиХадид и Патрика Шумахера “широко известно в узких кругах” параметрическими генпланами городов, формируемыми при помощи скриптов (КДПВ демонстрирует один из них, это Сингапур).

Вот любопытный ролик, который иллюстрирует параметрический полиморфизм. Текст там не на русском, так что немного поясню происходящее в кадре.

Основной объект — квартал из нескольких зданий. Количество его сторон, их длины и углы между ними можно менять. Здания сами подгоняют свою этажность, количество квартир и комнат в зависимости от этих параметров. Сцепляясь между собой, кварталы образуют сеть, которая в зависимости от числа жителей и активности транспортного потока меняет ширину улиц, выделяет главные и может заменить там часть жилья общественными учреждениями, например, магазинами в первых этажах. Это исследовательская работа, а не реальный инструмент проектирования, но по нему вполне можно понять тенденцию.

Для здания можно написать алгоритм морфогенеза, который применительно к разному исходному материалу выдаст разные результаты, но они будут членами одной “популяции”. Получается архитектурный полиморфизм, современная замена типовому строительству: типизировать можно и так, чтобы одинаковых зданий не было, но были одинаковые технологические и конструктивные приёмы.

С помощью задания зависимостей можно генерировать и объекты, органично вписывающиеся в уже существующую городскую среду. Именно в этом контексте архитекторы используют понятие “генотип”, подразумевая набор основных параметров, свойств, связей, характеризующих здание или место. Для определения этих “генов” и матрицы взаимодействий между ними всё чаще используют анализ bigdata и численные аналитические методы. Например, в 1970-х структуру города можно было одновременно анализировать по 2-3 признакам, и это было круто, а самый современный мне попадавшийся пример анализа выяснял закономерности развития около 400 регионов по 25 параметрам.

А чем архитекторов вообще не устраивают «нормальные человеческие» методы проектирования?

Ещё не так давно любое сооружение и создавалось, и воспринималось как цельный статичный объект: дом жилой — одна штука. Сейчас происходит смена парадигмы, каждое строение начинает рассматриваться как динамичная система, элементами которой являются не только материальные объекты, но и незримые: связи, ассоциации, точки и оси восприятия и так далее. Эмерджентность архитектурных систем задаёт обширное поле для исследований, и параметрическая архитектура — это кое-что из того, что получается в итоге.

За рубежом в области внедрения системного анализа, автоматизации и алгоритмизации в проектирование работают как частные фирмы, так и специализированные лаборатории крупных университетов. В России пока только первые ростки, например, образовательная инициатива “Точка ветвления” занимается популяризацией вычислительных методов в архитектуре.

Так может ли компьютер думать за архитектора? Пока нет. Но будущее уже где-то рядом.