Статья посвящена феномену топологического подхода в архитектуре с целью обозначить его значимость в современную эпоху. Определяется его междисциплинарный характер и предлагается обзор всех интерпретаций понятия «топология», в частности, имеющих место в проектировании.

Биомимикрия рассматривается как одно из ведущих направлений архитектурной топологии, позволяющее создать устойчивую архитектурно-пространственную среду. Авторская таблица отражает исторический процесс формирования биоморфизма под влиянием господствующей идеологии, а также открытий в области науки и техники, позволяющих использовать изобретенные инновационные элементы.

Авторский проект «Гидрологический кластер» наглядно демонстрирует практическое применение топологического подхода в архитектуре, при этом, во внимание принимаются все его интерпретации. Здесь понятие «топология» трактуется как многообразие нелинейных элементов, тем самым реализуя один из способов архитектурного решения экологических проблем в Нью-Эйджевскую эпоху. Автор делает вывод, что объединение всех его интерпертаций-аспектов позволяет создать устойчивую архитектурно-пространственную среду, отвечающую принципам экологичности, эстетичности, разнообразия и, соответственно, социальной ориентированности.

Интерпретации понятия «топология». Экология, нелинейность и многообразие

Понятие «топология» зародилось в XVIII—XIX веке — в это время ее называли геометрией размещения или анализом размещения. Однако, сейчас эта трактовка употребляется для «топографии», а «топология» в свою очередь получила другие интерпретации, связанные с естественно-научными направлениями. В начале XX века она оформилась в самостоятельную математическую дисциплину, и приблизительно с 1925 по 1975 годы стала развивающейся отраслью в математике.

Сам термин «топология» впервые появился в 1847 году в работе Листинга, однако, различные источники указывают на первые топологические по духу результаты в работах Лейбница и Эйлера. Основополагающие работы также принадлежат Хаусдорфу, Пуанкаре, Александрову, Урысону, Брауэру. Листинг определяет топологию так: «Под топологией будем понимать учение о модальных отношениях пространственных образов — или о законах связности, взаимного положения и следования точек, линий, поверхностей, тел и их частей или их совокупности в пространстве, независимо от отношений мер и величин» [9].

Феномен топологического подхода в архитектуре определяется его междисциплинарным характером, подразумевающим влияние на архитектуру различных естественнонаучных, социальных, политических и экономических дисциплин, а также ее взаимодействие с современным искусством. Топология, изначально трактуемая как раздел математики и геометрии, изучающий свойства фигур или пространств, сохраняющихся при непрерывных деформациях, в других сферах исследований трактуется более широко. Это социальная топология (П. Бурдье), топологическая психология (К. Левин), в архитектуре — топология экологических поселений, топология экзистенциального пространства (М. Мерло-Понти, К. Линч) [2]. Так, формируется раздел в теории архитектуры — архитектурная топология, предметом которой является пространство как феномен бытия, отражающий неразрывную связь архитектурной среды с человеком. К этому вопросу обращался В.И. Иовлев, рассматривая научное направление «архитектурно-экологическая топология», типологию пространства на основе экологических принципов. Он же вводит понятие «экотипы пространства», устойчивых видов архитектурного пространства, позволяя внести вклад в создание целостной теории архитектурно-экологического формообразования [2].

Норберг-Шульц, обращая внимание на морфологию, типологию и топологию архитектурного пространства, утверждает: «Термин “топология” предназначен показать, что происхождение архитектурного пространства в большей степени связано с местом, а не с абстрактным математическим пространством» [2].

Так, сегодня понятия «топология» имеет несколько интерпретаций, имеющих место в архитектуре — раздел математики как способ нелинейного формообразования элементов; «экологическая топология» как средство создания различных экотипов пространства и экологичной среды; топография как геометрия размещения с учетом особенностей места, контекстуализм (рис. 1).

Биомимикрия как направление архитектурной топологии

С развитием компьютерных технологий стали возникать идеи о новой организации пространства, архитекторы и ученые вели постоянные поиск новой геометрии, структуры объектов. Внедрения паттернов растительного и животного в архитектурные объекты началось еще с Леонардо да Винчи, затем возродилось в архитектуре Гауди и расцвела через столетие в нелинейных формах постмодернизма. Тогда и возникла эргономика как наука, затем появился термин «биомимикрия». Налицо различие между модернистским подходом, основанном на ортогональной декартовской геометрии, и топологическим, опирающимся на нелинейные геометрии.

Некоторые топологические методы проектирования, используемые ведущими архитекторами, позволяют создавать архитектурные объекты, объединяющие нелинейную био-, зоо-, киберморфную эстетику, высокие технологии и материалы, способствуя тем самым повышению качества городской среды (рис. 2).

Как писал Чарльз Дженкс в «Новая парадигма в архитектуре»: «Почему человек ощущает себя комфортно во фрактальных структурах, когда действующие на него раздражители варьируются с небольшими отклонениями? По той же причине, по которой попробовать несколько вин в течение ужина приятней, чем весь вечер пить одно и то же. Бесконечное повторение приводит к потере чувствительности, что наглядно демонстрируют проектировщики органитек, когда они тиражируют хорошую идею до истощения» [5].

Природные механизмы являют образец для создания инновационных решений, объединяющих современные технологии и лаконичность природных линий. Это вызвано стремлением к обеспечению энергоэффективности, эргономичности объектов, повышению уровня комфорта.

Архитектура и городская среда напрямую зависят от господствующей идеологии, а также открытий в области науки и техники, позволяющих использовать изобретенные инновационные элементы. В таблице отмечено, какие научные и технические открытия, философские идеи, трактаты или литературные произведения оказывали влияние на развитие биомимикрии. Учитывая экологический аспект биомимикрии как средства формирования экологичного архитектурного пространства, были зафиксированы точки развития самой экологии как науки (рис. 3).

«Историческая архитектура — устойчивая и зеленая» (Сергей Чобан).

История возникновения топологического подхода берет свое начало еще в древнейшие времена, с началом освоения человеком природной среды. В широком смысле история экологии оказала непосредственное влияние на развитие топологии (рис. 4).

Так, за точки ее развития в древнейшие времена принимаются экологические кризисы и переломные моменты — освоение человеком орудий труда и т.п. Центральным понятием в этот период становится «ойкумена» как «ранний антропоцен» (термин введен в XX веке) — геологическая эпоха с уровнем человеческой активности, играющей существенную роль в экосистеме Земли.

Важным аспектом в топологической архитектуре также является учет особенностей места — топография, контекстуализм. С древнейших времен топология рассматривается преимущественно в этом контексте. Древнегреческие полисы, отличающиеся нерегулярной, свободной планировкой, были подчинены расположению акрополя и естественному рельефу местности, в то же время сохраняя рационализм в планировании. Солнечный свет и фактура природных материалов — основные элементы Парфенона: главный фасад обращен на восток, чтобы фигура Афины освещалась лучами восходящего солнца во время процессии панафинейских торжеств (рис. 4).

Период XV-XVII веков в основном известен как Эпоха Великих географических открытий — интенсивным внедрением новых видов животных и растений, развитием земледелия и животноводства, что, с одной стороны, стало переломным моментом во всех сферах общества, одним из важнейших этапов глобализации в экологии, сельском хозяйстве и культуре в истории, с другой, привело к новому наступлению на дикую природу (рис. 4).

Тем не менее, за этот период было совершено значительное количество научных и теоретических открытий, оказавших влияние на развитие топологии. Летательный аппарат Леонардо да Винчи выступил прародителем бионики — идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач — чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы.

Второй аспект данного периода — новая культурная парадигма ЭВ, светский характер культуры, ее гуманизм и антропоцентризм. Гуманистический принцип — важный аспект устойчивого направления в архитектуре. «Человек в основе всех вещей» — также своего рода начало биологического подхода в архитектуре. Многочисленные ренессансные утопии об идеальном обществе, городах (Декамерон Бокаччо, Пальманова В. Скамоцци) продолжают возникать в новой интерпретации мироустройства Нью-Эйджевской эпохи.

Третий аспект (в Эпоху Просвещения) — получение знаний об изменчивости мира, о постоянных изменениях человека и среды вокруг него. Зародившись еще в Метаморфозах Овидия, эта мысль развивалась у Гегеля и Маркса, воплотившись в концепции динамической архитектуры в XX веке, развивающейся и в настоящее время (рис. 4).

НТР — переломный момент во все сферах общественной жизни — с появлением новых технологий факторы влияния на развитие топологического подхода расширяются — техническое оснащение, с одной стороны, позволяет внедрять инновационные элементы во все сферы, в том числе и в архитектуру (XIX век), с другой, становится причиной новых экологических кризисов. Природа стала рассматриваться человеком уже не как самостоятельная реальность, а как сырьевой источник для удовлетворения потребностей человека. Появляются эффективные двигатели внутреннего сгорания, исследуются способы выработки электричества — истощению невозобновимых ресурсов, что привело к изменению химического состава почв, воздуха, рек, озер и даже морей разрушают озонный слой атмосферы (рис. 5).

Характерные понятия периода — наука и техника, на фоне которых начинает развиваться городское сельское хозяйство как ответ на экологический вызов в условиях урбанизации, а затем и органическая архитектура. В условиях быстрого истощения ресурсов стало появляться биодинамическое сельское хозяйство (органическое производство как единица расселения. Рудольф Штейнер) — комплексная философия и система методов, объединяющая архитектуру, ландшафтный дизайн, сельское хозяйство, экологию, экономику и стратегическое планирование в организации бизнес-систем и поселений. Экология питания и ведение хозяйства здесь были основаны на ресурсосберегающих принципах.

Появляются технократические утопии в условиях массовой урбанизации и НТР (Линейный город Сориа-и-Мата, Город-сад Говарда, Плавучий остров Жюль Верна) (рис. 5).

Теория относительности положила начало новому осмыслению пространства — его нелинейному аспекту (рис. 6). С развитием компьютерных технологий, вступления человечества в Эру Водолея с ее технологической сингулярностью, появился новый подход к топологическому проектированию — нелинейное формообразование. Идейные всплески такого подхода пришлись на конец XIX — первую половину XX века. Постепенное погружение человечества в цифровое пространство дает основание для возникновения топологии как раздела математики, изучающем нелинейные компьютерные формы окружающего медиа-мира. Эфемерная архитектура при этом развивается и в экологическом плане в ответ на вызовы и прогнозы о приближающемся пике Хуберта, когда мировые объемы добычи и производства топлива начнут сокращаться из–за истощения ресурсов (рис. 7).

Осмысление множества математических, физических, биологических и философских идей, описывающих процессы жизни и окружающее пространство — фракталы, аттракторы, гены, паттерны и т.д., также оказали влияние на развитие топологического формообразования.

Было введено множество терминов и понятий, связанных с новым уровнем технологического развития общества. Было сформулировано понятие ноосферы — сферы разума, взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития («антропосфера», «биосфера», «биотехносфера»), которое легло в основу концепции устойчивого развития.

Возникла эргономика (Войцех Ястшембовский), затем — кибернетика (Ноберт Винер), рассматривающая принципы управления и связи в живых организмах и машинах, выявляющая общности живых систем с техническими. Был введен термин биомимикрия — подражание природе — зарождение этого термина произошло еще в XVI веке после летательного аппарата Леонардо да Винчи (рис. 6).

Ведется постоянный поиск новых форм и пространств, технологий создания интеллектуальной архитектурной среды. Появилась кибернетическая концепция интеллектуального сооружения.

В конце 80-х Комиссия ООН утвердила триединую концепцию устойчивого развития, основанную на согласовании экономического, социального и экологического факторов, ставящую во главе угла оптимальное использование ограниченных ресурсов, сохранение стабильности социальных и культурных систем, обеспечение целостности биологических и физических природных систем (рис. 7).

Постепенно переплетаются направления науки и техники, архитектуры, искусства и компьютерных технологий. Набирают оборот кибернетические утопии, стирающие границы реальности. Все чаще поднимается проблему века анропоцена — века технологий, техно-наук и турбо-капитализма, характеризующегося господством коллективного сознания, потерей среды обитания, когнитивным диссонансом. Уже 2030 год прогнозируется появлением искусственного интеллекта, интеграции человека с машинами за счет биотехнологий (технологическая сингулярность). Представляется возможность разработки новых органов, организмов и видов, которые могут процветать в техногенных экстремальных условиях (Новые органы Пинар Йолдаш, Молекулярные дубликаты и Квантумный генератор Артура Кларка). Концепции классической архитектуры постепенно вытесняют идеи плавучих или летающих городов новой биологии, создаваемые в ответ на угрозу глобального потепления (рис. 8).

Биомимикрия — от теории к практике. Проект гидрологического кластера. Картотека топологических элементов

Проект научно-образовательного гидрологического комплекса, посвященный истощению водных ресурсов, наглядно демонстрирует применение топологического подхода в архитектуре. Проект, прежде всего, направлен на решение одной из приоритетных задач — повышения роли воды в жизни общества через ее исследование, изучение и эффективное использование (рис. 9).

Экологическая направленность комплекса дает основание к обращению к «экологической топологии», и биомимикрия как одно из ее направлений рассматривается здесь как один из современных способов ответа на глобальные экологические проблемы. При этом, кластер ориентирован и на потребности жителей в новых типологиях функций и пространств и комфортной для работы среды, решая также проблему недостатка рабочих мест за пределами центра города. Комплекс будет иметь новую пространственную организацию, включающую пространства, повторяющие формы живой природы; и элементы, «перенимающие» их технологию по очищению, сохранению, переработке и др. водных ресурсов; что отвечает принципам устойчивого развития (рис. 10).

Элементы ландшафта уподобляются различным природным системам и объектам — «поющие фонтаны» играют музыку при изменениях погоды, «музейные кратеры» содержат экспонаты геологических объектов, местной флоры и фауны; «водосборные стебли» выступают катализаторами качества подземных вод и могут менять цвет и подсветку, выступая из холмов как арт-объекты и фонари. Это и ряд павильонов, лабораторий и мастерских, встроенных в прибрежный ландшафт для проведения экологических исследований и напоминающих холмы, кратеры и вулканы. Другие же элементы позволяют регулировать уровень воды во время засухи или наводнений. «Заливные луга» и «губки» решают не только экологические проблемы очистки и фильтрации воды, но и вопросы воссоздания истории — они выступают символом исторического ландшафта Казани до строительства ГЭС.

Фасады состоят из «умных» панелей и конструкций, которые работают на создание экологичной среды, решая в частности задачи эффективного использования воды. Двойной фасад с внешним остеклением из стеклянных выпуклых панелей-«жабр» рассеивает прямые солнечные лучи и обеспечивает естественную вентиляцию; перфорированные панели-«веливичии» уподобляются пустынному растению, собирая осадки и влагу из прибрежного воздуха. Затем они ее фильтруют, очищают и «спускают» по отдельному водостоку в водный коллектор, расположенный в цоколе. Некоторые лаборатории имеют более закрытый фасад-«хамелеон», минимизирующий количество света в помещении при проведении опытов. Снаружи же он способен менять цвет в зависимости от вечерней программы здания или в ответ на климатические изменения.

В конструкцию универсального «зала-акведука» встроена водосборная система, функционирование которой осуществляется по принципу древнеримской сооружения. Центральную водосборную колонну окружает фонтан из тонких трубок — они напоминают сталактиты, свисающие с потолка пещеры. В вечернее время мигающая подсветка сопровождает движение воды, а музыкальное сопровождение опер Рихарда Вагнера или Грига создает атмосферу «Пещеры горного короля». Стена зала представлена как «научная губка» — за счет сужения или расширения пор внутренняя поверхность способна менять время реверберации в зале, внешняя — нормализовать влажность воздуха в помещении. Подвесная система «коконов-лабораторий» под перекрытием аудитории образует интересное рабочее коворкинг-пространство, позволяет исследовать и проводить эксперименты со «стеной-губкой». Элемент «экспериментальное болото» — макетная мастерская — представлен как прототип бассейна русловой лаборатории Института гидрологии Петербурга.

Проект научно-образовательного центра новой типологии, с одной стороны, решает градостроительные и социальные проблемы современной Казани; с другой, несет утопическую идею о коэволюции города и биосферы эпохи биомеханического урбанизма. Рисунок символически иллюстрирует решение экологических задач — подобно алхимикам, микроорганизмы, бактерии, пресмыкающиеся и даже виды растений, добывают влагу из воздуха, очищают, хранят ее и перерабатывают в полезную энергию. Аллегории природных форм — губок, медуз, каньонов и кратеров — наполняют центр гидрологии Волги (рис. 11).

Проект гидрологического кластера представляет практическое применение топологического подхода в архитектуре. Здесь понятие «топология» трактуется как многообразие нелинейных элементов, тем самым проект решает не только экологические проблемы, но и несет идею гуманизма, тем самым отвечая созданию устойчивой архитектурно-пространственной среды. Интерьер здания и его элементы отличаются топологическими формами, повторяющими формы живой природы. Природные механизмы являются образцом для создания инновационных решений, объединяющих современные технологии и природные формы; а новые методы проектирования и техники строительства дают основание для реализации подобных решений.

Таким образом, топологический подход, предполагающий объединение трех его интерпертаций-аспектов (экология, нелинейность и многообразие) позволяет создать устойчивую архитектурно-пространственную среду, отвечающую принципам экологичности, эстетичности, разнообразия и, соответственно, социальной ориентированности.

Литература

1. Бурлаков Константин Витальевич. Автореферат диссертации. Особенности топологического формообразования в архитектуре рубежа XX-XXI веков. Нижний Новгород — 2011. [Электронный ресурс]. URL: http://tekhnosfera.com/osobennosti-topologicheskogo-formoobrazovaniya-v-arhitekture-rubezha-xx-xxi-vekov

2. Иовлев Валерий Иванович. РАЗВИТИЕ АРХИТЕКТУРНОЙ ТОПОЛОГИИ. «Архитектон: известия вузов» № 33 Март 2011. [Электронный ресурс]. URL: http://archvuz.ru/2011_1/6

3. Иовлев Валерий Иванович. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТОПОЛОГИЯ В АРХИТЕКТУРЕ. «Архитектон: известия вузов» № 15 Июнь 2006. [Электронный ресурс]. URL: http://archvuz.ru/2006_3/2

4. Добрицына И.А. От постмодернизма — к нелинейной архитектуре: Архитектура в контексте современной философии и науки. — М.: Прогресс-Традиция, 2004. — 416 с.

5. Чарльз Дженкс. Новая парадигма в архитектуре. Журнал «Проект International 5». Перевод с английского — Александр Ложкин, Сергей Ситар. [Электронный ресурс]. URL: http://cih.ru/ae/ad37.html http://www.ecoteco.ru/id645/

6. Рем Колхас. Гигантизм, или Проблема Большого. Город-генерик. Мусорное пространство. — М.: ООО «Арт Гид», 2015. — 84 с.

7. Антропогенное влияние на природу. Проблема экологии. [Электронный ресурс]. © 2005-2015. Студенческий портал NURU.RU. URL: http://www.nuru.ru/philos/025_05.htm

8. Биосфера и человек. Секреты биологии. Статьи, публикации на биологическую тематику. [Электронный ресурс]. URL: http://www.bioxplorer.ru/bilers-771-1.html

9. Топология. Википедия-свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki