На правах рукописи

Бурлаков Константин Витальевич

ОСОБЕННОСТИ ТОПОЛОГИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

В АРХИТЕКТУРЕ РУБЕЖА XX-XXI ВЕКОВ

05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция

историко-архитектурного наследия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Нижний Новгород – 2011

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ФГБОУ ВПО «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Научный руководитель доктор архитектуры, профессор Ахмедова Елена Александровна

Официальные оппоненты:

доктор философских наук

, профессор Норенков Сергей Владимирович, кандидат архитектуры, доцент Малахов Сергей Алексеевич

Ведущая организация ГУП институт «ТеррНИИгражданпроект», г. Самара

Защита состоится 26 октября 2011 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.162.07 при ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительном университет» по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус 5, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан « » сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат архитектуры, доцент Н.А. Гоголева

Общая характеристика работы

Актуальность исследования.

Практика архитектурного проектирования на рубеже тысячелетий характеризуется использованием компьютерных технологий, при этом изменился не только инструмент, под его влиянием также стали развиваться новые тенденции и направления архитектуры. Появившиеся еще в течении XX века, они обрели благодатную почву и стали развиваться ускоренными темпами, используя последние технологии и техники проектирования и производства.

Современная городская среда многообразна и полна противоречий.

Попытка совместить эти противоречия, разнородности внутри городов приводит к необходимости использования топологических методов.

Топологические методы проектирования, используемые ведущими западными и отечественными архитекторами, позволяют создавать яркие архитектурные объекты, объединяющие нелинейную био-, зоо-, киберморфную эстетику, высокие технологии, новейшие строительные материалы, способствуя тем самым повышению качества городской среды. Изучение этих методов и подходов является важным для комплексного исследования и дальнейшего использования в отечественной архитектурной практике.

Архитектурные объекты, основанные на топологическом принципе формообразования, используют гибкие нелинейный конструкции, связанные с применением неортогональной системы координат. Подобные объекты имеют разнообразную форму, часто внешне сходную с объектами природного формообразования, но имеющую иную структурную основу.

Использование топологического подхода, обеспечивающего качественно новое восприятие среды, на рубеже тысячелетий носит междисциплинарный характер, объединяя на новом эволюционном витке архитектуру с различными точными, естественнонаучными дисциплинами, социальными, политическими и экономическими дисциплинарными полями, с современным искусством.

неустойчивостью и трудностью прогнозирования будущего, что вызывает появление новых способов взаимодействий человечества с природой, стремление творить по законам природы, изменяя окружающую архитектурнопространственную среду.

Таким образом, актуальность исследования, посвященного анализу эволюционного развития топологического подхода в архитектуре, проектных методологий, основанных на этом подходе, а также новых образов, привносимых сегодня в архитектурный контекст нашего существования, является неоспоримой и крайне важной для отечественной науки.

Теоретическая база исследования. В качестве «предшественников»

топологического подхода в архитектурном формообразовании автором рассматривались труды и объекты таких отечественных ученых архитекторов, как Ю.С. Лебедев, К.С. Мельников, Я.Г. Чернихов, а также зарубежных – В.

Джорджини, Ф. Кислер, Б. Фуллер, Й. Уотцон и др.

экспериментальным методам современного архитектурного формообразования Ф.Гери, Д.Рейзера и Н.Умемото, Г. Линна, Ч. Дженкса, А. Бетски, архитектурных групп дЕКОи, БИГ, Диллер Скофидио+Рен-фро, Франсуа Рошэ, ОНЛ | Кас Остерхьюз, Грег Линн Форм, Михаэль Янтцен, Асимптота, ЮН Студио, Серво, Минифи Никсон Архитектс, Урбан Эффейерз, НОКС | Ларс Спойбрук, Макото Сеи Ватанабе, OMA и AMO, Гримшоу Архитектс, Студио Заха Хадид, ОРАМБРА, СПАН, ЭМЕРДЖЕНТ | Том Вискомбе, Эван Дуглис, Архитекткс, Матсис, Минимаформз, Коллизион, 3делюкс и др.

В работе рассматриваются труды, посвященные проблемам современной архитектуры таких ученых как С.О. Хан-Магомедова, А.В. Иконникова, Г.Н. Айдаровой, В.Л. Глазычева, А.Л. Гельфонд, И.А. Добрицыной, В.А. Нефедова, О.В. Орельской, Г.И. Ревзина, А.А. Яковлева, А.Г. Раппапорта, И. Середюка, Б. Чуми, Б. Беркеля, Р. Коолхаса, С. Переллы и др.

Автор также опирался на труды философов, ученых, искусствоведов, культурологов, архитекторов, анализирующих закономерности развития Н.А. Рочеговой, В.Л. Хайта, М.В. Шубенкова, А.Ю. Заславской, М.В. Дуцева, Ю.С. Янковской; так и зарубежных: Р. Арнхейма, У. Гибсона, Ж. Делёза, Д. Джузеппе, Б. Коларевича, М. де Ланда, Ю-З. Ли, В-Ю. Лю, Ю-Т. Лю, Н. Оксман, Р. Оксман, Дж. Фрейзера, К. Фремптона, М. Хайдеггера, Д. Хофштадтера и др.

Градостроительная составляющая диссертации требовала обращения к трудам ученых-планировщиков и специалистов в области проектирования городской среды А.Э. Гутнова, В.И. Иовлева, А.В. Крашенинникова, Т.В. Караковой, Л.Б. Когана, С.М. Михайлова, С.А. Малахова, Р. Вентури, Д. Скотт-Брауна, З. Хадид, К. Янга, С. Холла.

С точки зрения междисциплинарного подхода рассмотрена работа Томпсона Вентворфа, направленная на изучение морфологии животного и растительного мира.

И.Р. Пригожина, Е.Н. Князевой, С.П. Курдюмова, М.И. Монастырского, А.К. Соловьева, Ж–М. Кантора, Б. Мандельброта, М. Эммера и др.

посвященных проблемам топологического, нелинейного формообразования в дигитальном контексте. Также в исследование вошли обучающие материалы по программному обеспечению, позволяющему применять топологические идеи, развитые в таких ведущих архитектурных школах, как Колумбийский Массачусетского технологического университета, школа «Архитектурной Ассоциации» в г.Лондоне, технического университета г.Дельфта, МАрхИ и др.

Цель исследования – выявить особенности топологического и параметрического формообразования в архитектуре, частично и в градостроительстве и дизайне начала XXI века на основе изучения современного зарубежного и отечественного опыта проектирования, анализа формообразования и пространственной организации архитектурных объектов.

Задачи исследования:

– дать определение понятию «топологическая архитектура»;

– исследовать методы формообразования и пространственной организации объектов, стадии проектирования архитектурного объекта в нелинейной парадигме на основе компьютерных морфогенетических нелинейных алгоритмов (алгоритмический морфинг, generative algorithms);

– выявить формообразующие техники, при помощи которых создается нелинейная (топологическая) архитектура на примере последних разработок архитекторов, работающих в данном направлении;

– разработать методологию, архитектурный язык и последовательность выполнения проектных операций создания топологического архитектурного объекта;

– определить направление для последующих перспективных исследований в области топологического формообразования.

Объект исследования: экспериментальная нелинейная (топологическая) архитектура середины XX – начала XXI веков, использующая в пространственной и формообразующей организации «внутреннего/внешнего» топологический и параметрический подход. (рис.1) Предмет исследования: топологические основы формообразования в архитектуре середины XX – начала XXI века.

Границы исследования. Временные границы работы ограничены идейными всплесками XX века до первого десятилетия ХХI века, временем, когда экспериментальные концепции объединены технической возможностью и желанием их реализации. Пространственные границы исследования определены географическим расположением объектов архитектуры, построенных на основе топологического подхода. Кроме этого в работе приводятся и анализируются некоторые неосуществленные экспериментальные проекты, опубликованные в архитектурной прессе и сети «Интернет»

последних лет. В сравнительном анализе, также рассматриваются исторические предпосылки (идейные всплески), приведшие к изменению методов архитектурного проектирования, а также объекты, имеющие топологические особенности пространственного строения.

Гипотеза исследования заключается в том, что современное архитектурное формообразование с развитием компьютерных технологий получило инструментарий, который позволяет осуществлять самые сложные природоподобные, процессуальные, формообразующие подходы, зародившиеся исторически в недрах модернизма как его альтернативы, которые в свою очередь требуют и совершенствуют инструментарий архитектурного проектирования.

Методика исследования. Основана на комплексном изучении текстового, графического и иллюстративного материала в отечественных и зарубежных архитектурно-строительных изданиях, включая периодическую печать, сайтов и порталов сети «Интернет», на интернет-видеолекциях ведущих архитекторов и теоретиков, работающих в данном направлении, а также концептуальных формотворческих продуктах кинематографии. Кроме того, в исследовании применяется графоаналитический метод и метод сравнительного анализа.

Сравнительный анализ конструктивных принципов и внутренних структур объектов проводится на основе фотоизображений, чертежей и 3-Д проекций архитектурных объектов и живой природы.

Научная новизна исследования заключается:

- в выявлении эволюционных формообразующих основ топологической архитектуры, - в определении приемов, технологий и техник формообразования топологических архитектурных объектов;

- в составлении словаря основных понятий, описывающих топологическую и параметрическую архитектуру;

- в междисциплинарном характере топологического подхода к проектированию, пронизывающему многие сферы научного и гуманитарного знания, определяющего дальнейший способ мировосприятия;

- в создании методик, подходов и упражнений, направленных на использование при обучении архитектурной композиции в современной архитектурной школе.

На защиту выносятся следующие положения:

определение топологической архитектуры;

этапы развития топологического подхода в архитектуре;

особенности топологического формообразования в архитектуре с середины ХХ по начало XXI века;

классификация архитектурных объектов на основе принципов и методов топологического подхода;

словарь топологической и параметрической архитектуры;

основы и ряд методических упражнений для обучения созданию топологических пространственных структур и объектов в виртуальном пространстве в контексте дигитального подхода.

Научное и практическое значение работы:

- исследование рассматривает и расширяет новое для отечественной науки знание с точки зрения архитектурного проектирования о топологическом формообразовании; предвестниках (предпосылок, предшественников) его появления, принципах формирования, методах и приемах, используемых в топологическом подходе в проектировании. Вводится словарь топологической архитектуры, имеющей междисциплинарный характер. Результаты, полученные в процессе исследования, позволяют создать начальную версию методики воплощения сложных топологических объектов, соответствующих архитектуре XXI века. Также практическое применение результатов может быть найдено в учебных курсах по истории современной архитектуры середины XX - начала XXI веков, курсам компьютерного топологического и параметрического формообразования для студентов архитектурных вузов.

положения исследования были представлены в докладах на областных и региональных научно-технических конференциях СГАСУ в 2008, 2009 и 2010 гг., в Вестниках СГАСУ за 2009, 2010 г.г., в публикациях в научной печати – всего публикаций (из них 1 в издании, рекомендованном ВАК). Внедрение результатов исследования выполнено в ходе проведения курсового проектирования в группе 234 архитектурного факультета СГАСУ, посвященного формообразованию здания музея современного искусства. Акт внедрения представлен в приложении.

Объем и структура исследования. Диссертация состоит из двух томов:

первый том включает текстовую часть (155 стр.) – введение, три главы, общие выводы, библиографический список (169 наименований, в том числе – графоаналитических таблиц и приложения.

Краткое содержание работы Настоящая работа использует в качестве проводника исследования отечественных теоретиков архитектуры Добрицыной И.А. «От постмодернизма – к нелинейной архитектуре. Архитектура в контексте современной философии и науки» и Заславской А.Ю. «Особенности органического подхода в архитектуре конца XX – начала XXI века», существенно дополняя и расширяя междисциплинарную методологическую базу с точки зрения проблематики, в частности, изначального появления проблемы топологического в ткани городской среды; исследования и использования новейших философских исследований, посвященных проблемам топологического исследования пространства и ее связи с китайской философией (М.И. Монастырский «Риманн, топология и физика», сборник «Метафизика», 2009 г.); а также труд Дарси Томпсона Венворфа «О росте и форме», 1917 г., исследующий морфинг топологических форм с точки зрения конструкции и новейших технологий методологический пробел между теоретическими исследованиями, посвященными топологическому формообразованию, проблемами в области архитектурного преподавания и приближением к реальному воплощению проектов, использующих нелинейный топологический подход для создания пространственно сложных архитектурных объектов.

Также автором исследуются принципы и топологические возможности инструментария архитектурного проектирования – программных комплексов нелинейного параметрического формообразования 3D Max, RhinoCeros 3d и его плагина Grasshopper3D, способного принимать вводимые данные, согласовывать их, устанавливать сложные алгоритмические взаимосвязи между объектами, наследовать свойства и передавать их на исполнение, выстраивая в итоге трехмерные топологические формы, построенные методом NURBSмоделирования с возможностью изменения и исследования.

В первой главе «Анализ отечественного и зарубежного опыта в области дигитальной (топологической) архитектуры» определяются основные направления развития архитектурной мысли, предшествующие становлению топологического подхода, в частности рассматривается дигитальная модель неопластицизма, лэндформная архитектура; обозначаются философские и научные основы, повлиявшие на становление и развитие топологического способа мышления, в частности указано появление номадологии, как философской основы топологического восприятия пространства. Также указаны отдельные направления, имеющие в своей основе топологические принципы формообразования; определяются этапы становления топологической органической архитектуры; отдельные концептуальные всплески, расшатывающие модернистские тенденции; также указываются идеи, приведшие к возможности появления технологических инноваций. (рис.2) Топологический подход в архитектурном формообразовании – это мутация формы, структуры, контекста и программы внутри моделей и сложных проектирования раскрывалась посредством архитектурных поверхностей и топологизации формы, которая систематически исследовалась и раскрывалась в различных архитектурных программах. Под влиянием врожденных временных характеристик анимационного программного обеспечения, расширенной действительности, автоматизированного изготовления и информатики вообще, топологическое пространство отличается от Декартовского пространства, в котором оно несет временные события внахлест - в пределах формы.

Пространство в этом случае больше не вакуум, внутри которого содержатся предметы и объекты-цели, пространство вместо этого преобразовано в связанную, плотную сеть деталей и своеобразий, лучше понимаемых как субстанция или заполненное пространство. Эта связь также влечет за собой более определенно распространяющееся развертывание телетехнологии в пределах практики, приводя к узурпированию реального и неумышленной зависимости от моделирования.

неопластицизма, используемые в архитектуре модернизма; архитектуру лэндформинга, связанную со стремлением вписать архитектурные объекты в поверхность земли, сделав ее продолжением объекта и втянув в некое поле влияния объекта проектирования.

Дигитальная модель неопластицизма представлена с целью произведения в дальнейшем сравнительного анализа с теоретической моделью топологической архитектуры как антагониста в проектной деятельности. Несмотря на это показано, что модернистские тенденции в архитектуре не исчезают, но перерастают в неомодернисткие течения топологической архитектуры.

предвестников появления топологического мышления. Изучение живой и растительной природы архитектурной бионикой неразрывно связано с попытками оценить и измерить материю сложных нелинейных структур с как топологическую архитектуру, становится фрактальная геометрия, рассматривающая природу с точки зрения самоподобных геометрий – фракталов, описывающими застывший мир природы. Дальнейшее продвижение от неживой природы к живой и ее деформациям, изменениям – различного морфинга, требует инструментов динамического описания – аттракторов, пришедших из термодинамики для определения сложных нелинейных процессов поведения динамических сред.

подвергающийся существенным изменениям. Экология и устойчивое развитие являются одними из самых главных направляющих в процессе архитектурных исследований, поэтому понятны устремления найти способы максимального использования материальной составляющей архитектуры с точки зрения геометрии объекта, структуры, конструкции, функции, формы и программы.

Это стремление к описанию, определению и попыткам внедрения паттернов растительного и животного мира (сначала в изо/статическом, а позднее и в динамическом состоянии) в архитектурные объекты, заложило основу для топологического восприятия и создания окружающих пространств, с учетом эстетики объединения технической и природной составляющих.

Таким образом, топологическая архитектура, по версии автора, - это комплекс знаний, принципов и приемов построения внешней и внутренней формы сооружения с использованием топологического морфинга – преобразований геометрической формы путем динамических воздействий: выдавливаний, скручиваний, деформаций, изгибаний и других объемных трансформаций без разрывов в виртуальной среде компьютерного моделирования; а также внедрения математических и физических закономерностей природы, использования философских и социальных идей конца XX – начала XXI веков и их внедрение в дигитальную модель проектируемого объекта с учетом множественности достигаемых целей.

Во второй главе «Современный анализ методов топологической архитектуры в мире и в России» исследуются различные аспекты и принципы природного формообразования, выявленные в отдельных сооружениях русского авангарда (собственный дом К.С. Мельникова, 1927г.), в отечественной архитектурной бионикой и перенос этих принципов в архитектуру, опираясь на основы топологической геометрии, рассматриваются идеи обучения Колумбийского университета и других архитектурных школ;

а также таких архитекторов, теоретизирующих на тему формообразования, как Грег Линн, Д. Рейзер и Н. Умемото и др. (рис.3) В исследовании рассматривается русская школа архитектурной бионики.

констатировать, что отечественная архитектурная бионика в своих многочисленных поисках далеко продвинулась в плане изучения природных паттернов, взаимодействий между природными компонентами, построения своих моделей, работающих как органические аналоги, но еще не привлекла при своем изучении теорию динамических систем. Ей еще не присущи компьютерные технологии моделирования, можно сказать, она все еще слишком монолитна и неповоротлива, чтобы создать свой паттерн, который включит концепцию перфоманса, необходимую черту с точки зрения зрелищности. Другими словами, бионика учитывает больше функциональность и экономическую эффективность, нежели приятное для глаза эстетическое впечатление. И главное, что является следствием данного утверждения, это то, что бионика на момент советского периода развития опирается в целях экономии и рациональности на тождественные элементы, а не на самоподобные, что приводит к изостатическим конструктивным схемам, не способным к более экономичной работе и расходу материала. Это касается как крупных объектов строительства, так и небольших предметов дизайна.

Принцип самоподобия уже осознан в это время, но еще не внесен в проект, ввиду сложности вычисления получающихся элементов и относительной двуполярности мира, конституирующей устойчивость и нерушимость мирового порядка. Не пройдена еще та фаза точки бифуркации, которая бы преобразила мир до неузнаваемости.

В диссертации также описываются методы проектирования дигитальной архитектуры, применяемые в Колумбийском университете Грегом Линном, его словарь и идеи, которыми он вдохновляется, как например, наука о изменении форм под воздействием генных нарушений, преобразований. Рассказывается о изменениях в расчете конструкций (начиная с Гауди и до современных конструктивных решений архитектурных групп НОКС, ОМА, ОРАМБРА и др.).

Среди ключевых объектов топологической архитектуры необходимо выделить проект Джесси Рейзера и Нанако Умемото «Дом Сагапоньяк».

Выполненный на двухакровом лесистом участке Лонг Айленда в Нью-Йорке, проект дома обращается к синтезу двух потенциально антагонистических условий: модернистской модели дома как отдельного павильона и формальной, организационной стратегии, которая не создает никакой ясной границы между зданием и ландшафтом, внутри и снаружи. Используются топологические модели, которые работают в двух масштабах: объемной организации, которая допускает непрерывность между ландшафтом и зданием и превосходным масштабом бороздчатой поверхности, которая объединяет и артикулирует геометрию и материал, поскольку они изменяются от напряженного пространства внутреннего к экстенсивному внешнему. Как объясняют обозревания заново американских домов Миса ван дер Роэ, особенно типологии свободно стоящего павильона». «Дом Сагапоньяк», таким образом, стал продвинутой разработкой метода, в котором отношения между внутренней и внешней частями могут быть реализованы с помощью действия новых архитектурных парадигм на модернистской модели, выстраивая единство архитектуры и ландшафта путем сжатия, скручивания, деформации и т.д.

Метод двунаправленной эволюционной топологической оптимизации непрерывных структур Арата Исодзаки, в результате которого форма под влиянием разнообразных нагрузок, происходящих вследствие данного размещения форм, работает согласно программе проекта, где архитектура принимает определенную форму, также основанную на деформациях, сжатиях, вытягиваниях и других динамических воздействиях.

Архитектурная группа ФОА, развивая лэндморфный метод, построила порт в Йокогаме в виде искусственного ландшафта.

Рассматриваются свойства топологической геометрии, инструменты, которыми пользуется дигитальный архитектор для построения сплайновой модели.

взаимопроникновении различных областей науки, техники, прикладных исследованиях, позволяет придать архитектуре общезначимый статус, основанный на космической аксиологии.

Предлагаемая авторская классификация, матрица, приемы, методы составлена на основе анализа объектов, которые можно причислить к топологическим формам, используемым в архитектуре. Также взяты некоторые природные формы, которые могут оказаться полезны при использовании в экспериментальной и проектной деятельности. Выявлены следующие подходы:

поиск формы, математическая геометрия, скульптурное потокоплетение, гибридный, лэндморфный, кибернетический и др. (рис.4) В третьей главе «Методы нелинейных подходов в проектировании»

описывается, как в архитектурных школах и студиях, экспериментальных бюро мира начинает появляться новый дигитальный подход для создания концептуальных архитектурных моделей. Следуя за новейшими философскими концептами ведущих мыслителей XX века, архитекторы обращаются к идее искривленного пространства, имеющего в своей основе множество измерений.

Создание нелинейных неметафорических пространств, представляющие из себя единую целостную оболочку, вкупе с быстрым и относительно малозатратным воплощением в натуре – давняя мечта архитекторов всего мира. В результате появления нелинейных анимационных пакетов, применения судостроительных, авиастроительных пакетов проектирования и программируемых автоматических станков появилась такая возможность. Автор сделал попытку создать теоретическую модель топологической архитектуры (рис.5).

В основе подобных методов на этапе проектирования происходит создание концептуального макета-идеи, который переводится в компьютер, с использованием программных средств, позволяющих работу с формой – такие подходы реализуются в компьютерных программах (3D max, Rhinoceros, Grasshopper). В процессе формирования внешних и внутренних оболочек поверхностей также происходит процесс определения конструктивной системы.

Одним из подходов к поиску форм, является использование генетических алгоритмов, которые имеются в программных пакетах Rhinoceros (дополнение Grasshopper), Microstation Bentley (дополнение Generative Components).

Используя встроенные в них инструменты программирования и установления зависимостей, ограничений, наследований свойств, поведения распределения объектов и силы их действия на окружающую область, архитекторы режиссируют пространство с помощью «скриптов» - сценариев выполнения последовательности действий. В этом их действия носят характер, подобный процессу выращивания искусственных растений, однако в отличие от методов классической архитектуры, включающих природу в виде орнамента, либо в виде отдельных частей, дигитальный подход реализует процесс выращивания масс объектов, не только отдельного сооружения, но и при желании целых городских районов. Именно таким образом дигитальные архитекторы (Линн, Либескинд, Хадид, Янг, Холл) определяли концепцию конфигурации застройки района, входящих в него кварталов, сетки улиц и расстояний, необходимых для всех компонентов среды. Также в этот процесс вовлекаются программы архитектурной физики (Autodesk Ecotect); программы, содержащие статистические исходные данные (Excel), для задания возможных алгоритмов, которые помогут воплотить это в форму. Такой подход используется в качестве экспериментального проектирования в архитектурной школе Колумбийского университета в преподавании курса продвинутого архитектурного проектирования.

трансформации, исходная модель разбивается на отдельные части, в которых в зависимости от размера определяются материал, конструкции, далее происходит разделение на отдельные маркируемые фрагменты, которые уже затем отправляются на станки, где лазерной резкой формируются детали.

В целом, процессы, происходящие в мире, в том числе и в обучении, достигают и России, поэтому изучение подобных техник является интересным и перспективным делом, имеющим общие точки соприкосновения с общемировыми тенденциями в области преподавания архитектуры. Эти процессы соотносятся с инновационной политикой государства в области обучения и повышения качества преподавания, что придает работе повышенное значение и положительно влияет на процесс вовлечения студентов АФ в мировой контекст. Также подобные методы работы применяются в промышленном, мебельном и предметном дизайне, что расширяет возможности студентов в будущей практической деятельности.

В рамках проведения курсового проектирования в группе № 234 Градо СГАСУ в 2009 г. на 3 курсе был осуществлен подобный эксперимент, в котором студентам было предложено выступить в роли архитектора-скульптора с использованием дигитально-топологических возможностей программы 3D max, путем использования инструментов построения сплайновой модели. Затем она использовалась как основа для дальнейшего морфинга и поиска конечной концептуальной модели.

Цель эксперимента – формообразование здания музея, используя технику макетирования и её дальнейший перевод в 3D сплайновую модель с возможностью дальнейшего морфинга с помощью различных инструментов 3Dmax и получение конечной презентации проекта в виде объемных визуализаций.

В процессе создания проекта студенты решают ряд задач, получая необходимые навыки. Студентам предлагается создание макета, используя формообразующие техники нелинейной архитектуры, применяющиеся в продвинутых университетах, включающие следующий набор пунктов:

- написание концепции о видении музея;

- создание вдохновляющего концептуального наброска;

- построение бумажного объемного макета, из одного листа А4;

- создание фотоматериала плана, фасадов;

- использование фотоматериала для построения цифрового макета;

- морфинг с помощью модификаторов и инструментов анимации (3Dmax);

- изучение процесса взаимодействия различных программ (3Dmax и Archicad/Autocad);

- экспорт выбранной 3D модели, и ее отдельных сечений;

- использование отдельных частей для образмеривания и описания;

- получение на основе подготовленного материала презентации.

Получающаяся модель является масштабируемой и может быть изменена, используя компьютерный морфинг и анимационные техники. Таким образом, возможно получить набор различающихся моделей (одинаковых топологически), что и происходит в процессе проектирования, в итоге студенты приходят к какому-то определенному варианту, готовому для презентации.

На первом этапе студентам была предложена возможность найти вдохновляющие интенции либо события, которые бы они хотели воплотить в качестве архитектурной формы. На втором этапе начиналась стадия поиска в виде набросков отображающих подобную этой интенции на листе – в результате получался набросок, по которому в дальнейшем студенты делали различные прорези. Изрезанная бумага получала больше возможностей формирования трехмерной формы. Так один плоский условно двухмерный лист бумаги, в дальнейшем переводился в набор строго определенных линийразрезов и превращался в трехмерную форму, путем скручивания и соединения различных отдельных частей в единую модель. Инструментами в этом были сами руки и пальцы студентов, а в качестве материала использовался лист А4.

Таким образом с первого шага проект ведется как целостный процесс.

Целостность (идея «холизма») выступает одной из ключевых идей. (рис.6) Затем наступала стадия перевода исходной материальной модели в виртуальную компьютерную модель, имеющую различные возможности для изменения как с помощью ручного морфинга и деформации, так и применением модификаторов, способных к глобальному изменению всей модели в целом.

Дальнейшие эксперименты с цифровой формой привели ведущие архитектурные группы к объединению архитектуры с программированием исходных условий в ходе которых происходит появление формы. Задачей в таком случае служит поиск идеальной структуры, соответствующей вводимым формулам.

Используемые скульптурные, генетическо-алгоритмические способы построения пространства являются интересной игрой, в которую сегодня играют архитекторы, однако не стоит забывать, что за всеми этими экспериментами находится реальный материальный мир, который имеет гораздо большее количество ограничений (экономические, градостроительные, климатические, конструктивные), воздействующих на воплощение проектов.

Появление топологической (и алгоритмическо-параметрической) архитектуры связано с концепциями создания «искусственной природы»

внутри высокоплотных агломерированных урбанистических территорий.

Пространства, которые уже к середине XX века были плотно застроены монотонными небоскребами, вызывают чувство нереальности происходящего, механистичности окружающего мира, и, следовательно, скорейшего внутреннего (бессознательного) отторжения человеком с развитием множества неврологических нарушений. Также одним из отрицательных свойств подобной высокоплотной монотонной среды является проблема навигации, которая, впрочем, может решаться электронными средствами, что еще сильнее погружает человека в цифровые дебри начала XXI века.

Способность топологической архитектуры работать с большим набором сложных пространственных составляющих может быть использована для создания множественных нелинейных самоподобных геометрий, создающих пространства «искусственной природы».

Методы нелинейных подходов в проектировании начала XXI века используют компьютерные технологии построения, визуализации и представления данных в трехмерной форме, в том числе используя алгоритмические параметрические правила построения в единой информационной модели здания – BIM (Building Informational Model, ссылка на Microstation Bentley). Архитектурная студия Захи Хадид активно использует параметрическое моделирования для изучения пространства и возможностей его использования.

Одним из таких подходов в дизайне архитектурной среды является использованиие параметрического моделирования с использованием последних программных средств. Так, например, в плагине Grasshopper программного пакета Rhinoceros используются возможности построения форм и их распределения по заранее определенным алгоритмам. Построенная трехмерная форма согласуется с набором инструкций и данных, в дальнейшем получая команды по своему распределению внутри определенного контура с набором возможных новых наследуемых инструкций по изменению (растягиванию, сжатию, изменению высотности) и т.д.

возможностью дальнейшего, теперь уже глобального изменения. Получившееся трехмерное сырье можно использовать в программах расчета архитектурной физики (освещения, теплопотерь, акустики) с возможным предложением по изменению параметров.

Связывая воедино множество разнородных составляющих проекта, используя генеративные методы топологического и параметрического формообразования, наборы измеряемых данных, применяя междисциплинарный подход в проектировании, можно добиться появления архитектуры качественно нового уровня, более приспособленной к окружающей среде, с необычной выразительностью. Опасность нелинейных (топологических) методов проектирования состоит в том, что архитекторы могут замкнуться на использовании одних и тех же приемов, средств выразительности.

Таким образом, автору удалось решить важную для архитектурной науки задачу – определить основы, принципы и приемы топологического формообразования в архитектуре конца ХХ – начала ХХI века, и сделать следующие выводы:

Результаты исследования 1. Экологизация мировоззрения, информатизация общества, многочисленные проблемы и вызовы, стоящие перед цивилизацией, кризис модернистских концепций архитектуры и индустриального развития в целом ознаменовали постепенный переход к поискам более адекватной, природосовместимой архитектуры, поиски новых методов и подходов к архитектурному формообразованию, в том числе и топологический подход, опирающийся на математический аппарат проективной геометрии.

2. Идейные всплески возникновения топологического подхода пришлись на конец XIX – первую половину XX века. Топологический подход к формообразованию представляет собою преобразование формы путем динамических воздействий: выдавливаний, скручиваний, деформаций, изгибаний и других объемных трансформаций без разрывов поверхностей. По мнению автора, наиболее важны для топологического формообразования такие всплески новаторских идей, как:

- биозооморфная архитектура А. Гауди (конец XIX – начало XX в.) с построением форм на основе аналоговых схем распределения усилий;

- архитектура дома К.С. Мельникова в Москве (1927г.) как пример конструктивизма с экономичным использованием материалов в сложном формообразовании слияния двух цилиндров путем применения тесселяции;

- музей Гуггенхейма в Нью-Йорке Фрэнка Ллойда Райта (1959г.) с уплотнением функциональной структуры, приводящей к динамическому внутреннему построению;

- «геодезический купол» Бакминстера Фуллера (1954г.) – первая пространственная оболочка, выполненная из металлических стержней;

- «бесконечный дом» Фредерика Кислера (1958-1959гг.) – построение формы на основе идей непрерывности и гармонии с природой;

- «вантово-стержневые конструкции» группы Фрая Отто (1950-1990гг.);

- пространственные опыты Витторио Джорджини (1960-1970гг.) – поиск и построение теоретических и практических топологических моделей архитектурных сооружений, как одна из первых попыток преодоления градостроительных проблем с использованием топологической формы – многослойные структуры внутри единой оболочки;

архитектура с расчетом сложных конструкций при помощи компьютера;

- школа архитектурной бионики Ю.С. Лебедева (1960-1990гг.);

Е.В. Барчуговой, Н.А. Рочеговой в МАрхИ;

- осмысление множества математических, физических, биологических и пространство – фракталы, аттракторы, фазовые переходы, нечеткая логика (fuzzy logic), гены, паттерны, тесселяции Вороного и Делоне, и т.д.

- использование компьютерной техники и программного обеспечения в концептуальном творческом поиске взаимосвязи формы сооружения и протекающих внутри процессов; построении точной 3D информационной модели здания (BIM) с расчетами, калькуляциями целого и отдельных частей, а также генерированием и управлением всем жизненным циклом здания.

3. Топологическая архитектура – это комплекс знаний, принципов и приемов построения внешней и внутренней формы сооружения с использованием топологического морфинга – преобразований геометрической формы путем динамических воздействий: выдавливаний, скручиваний, деформаций, изгибаний и других объемных трансформаций без разрывов в виртуальной среде компьютерного моделирования; а также внедрения математических и физических закономерностей природы, использования философских и социальных идей конца XX – начала XXI веков и их внедрение в дигитальную модель проектируемого объекта с учетом множественности достигаемых целей.

4. В своем развитии топологическая архитектура, по мнению автора исследования, прошла с середины XX века 3 стадии. При этом сразу же стала объектом исследования в Колумбийском университете (США), в школе «Архитектурной Ассоциации» (Великобритания), в техническом университете г.Дельфта (Нидерланды), в МАрхИ в лаборатории Е.В.Барчуговой, Н.А.Рочеговой и в других архитектурных школах мира.

5. Первый этап - с середины XX в. по 70-е годы XX в. характеризуется осмыслением уже созданных сложных и уникальных архитектурных и инженерных объектов и первыми попытками дальнейшего развития. Это время создания Бакминстером Фуллером геодезического купола, экспериментальных опытов Фредерика Кислера и Витторио Джорджини, Фрая Отто, Йорна Утзона, формирования отечественной школы архитектурной бионики Ю.С. Лебедева и др. Этот этап характерен различными индивидуализированными приемами архитектурного формообразования – пространственные купола и оболочки, висячие конструкции; протобионические формы;

различные архетипы (складка, пещера и др.).

6. Второй этап – с 70-х годов XX в. по конец XX в. В этот период началось постепенное внедрение компьютера как инструмента проектирования.

Начавшиеся в конце первого этапа эксперименты с бионическими формами обретают новую силу. Изучено и проанализировано внешнее и внутреннее строение животного и растительного мира. В архитектуре на основе этих исследований создаются архитектурные сооружения такие как: велотрек в Крылатском (Москва, 1980г. арх. Воронина Н.И., Оспенников А.Г. и др.), выставочный павильон в Мангейме (ФРГ, 1972г. арх. Ф. Отто и его школа), мост в Потенце (Италия, 1970-е гг., инж. С. Мусмечи) и др.

7. Третий этап – это бурный расцвет методологии топологической архитектуры в результате развития инструментария компьютерного формообразования, продвинувшегося в последние 10-15 лет. В данный момент мы являемся свидетелями развития этого этапа. На данном этапе к топологическому подходу присоединяется принцип параметризма – построение зависимостей между формами, использование инструментария программиста – «скриптов», небольших программ-сценариев с записанной последовательностью операций, результатом действия которых становится форма, изменяющаяся в зависимости от введенных параметров.

8. Автором была разработана «Теоретическая модель топологической архитектуры», заключающаяся в обосновании определения «топологическая архитектура», определении методов, приемов и инструментов для её создания и работы с ней, а также разработки разветвленной последовательности проектных шагов, которые приводят к формообразованию топологических архитектурных моделей. Показано различие между модернистским подходом, основанном на ортогональной декартовской геометрии, и топологическим, опирающимся на нелинейные римановые геометрии. Как результат такого сравнения показывается необходимость применения топологических методов и приемов проектирования и работы с формой. В зависимости от материала проектирования форма тесселируется – разбивается на составляющие части для обеспечения перемещения, сборки и воплощения.

9. Прогноз развития заключается в попытках предугадать сложные явления, возникающие в процессе цивилизационного развития общества, ускорения течения времени, увеличения количества научных знаний. Множество прогнозов, в том числе самых невероятных предлагают визионеры в области урбанизма и архитектуры, в частности, одним из самых экстравагантных является идея британского архитектора Н. Гримшоу – «…я верю, что когда-нибудь здания смогут наращивать органическую прозрачную кожу, напоминающую крылья стрекоз. Конструкции бы оставались, а кожа бы дышала, вечно трансформируясь, меняя прозрачность и толщину изоляции, адаптируясь к различным атмосферным условиям, наподобие живых существ. Понимаете, в будущем, здания будут больше напоминать органические творения, чем предметы концептуального искусства.». В этой связи хотелось бы отметить, что топологическое формообразование найдет себя и в этом случае, поскольку как раз имеет в своей основе важный принцип – развития и роста.

10. Выявленные основы топологического формообразования в архитектуре можно использовать при создании новейших методик обучения в системе архитектурного образования на всех этапах обучения.

Список публикаций по теме диссертации:

Статьи в реферируемых изданиях, рекомендованных ВАК 1. Бурлаков, К. В. Топологическая архитектура как результат изменения парадигмы пространство-время-информация / К. В. Бурлаков // Приволжский научный журнал / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород, 2010.

- № 2. - С. 83-89.

Статьи в сборниках научных трудов и журналах 2. Бурлаков, К. В. Новые подходы в обучении архитектурному проектированию / К. В. Бурлаков // Сборник научных трудов магистрантов, аспирантов и научных сотрудников Института Архитектуры и Дизайна СГАСУ / Самар.

гос. архитектур.-строит. ун-т. – Самара, 2008. – С. 60-66.

3. Бурлаков, К. В. Передовая архитектура и процесс обучения архитектора / К. В. Бурлаков // Современные технологии в Российской системе образования :

сб. ст. VII Всерос. науч.-практ. конф. / Пензен. гос. с.-х. акад. – Пенза, 2009. - С.

43-45.

4. Бурлаков, К. В. Технология нелинейного моделирования архитектурных концепций / К. В. Бурлаков // Информационно-вычислительные технологии и их приложения : сб. ст. X Междунар. науч.-техн. конф. / Пензен. гос. с.-х. акад.

– Пенза, 2009. – С. 40-42.

5. Бурлаков, К. В. Дигитальные топологические эксперименты в архитектуре / К. В. Бурлаков // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре.

Образование. Наука. Практика : материалы 64-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР ун-та за 2010 г. - Самара, 2007. – С. 112- Подписано в печать: 24.09.2011 г.

Формат: 60х84 1/16. Бумага офсетная.

Печать оперативная. Объем: 1 усл.печ.л.

Отпечатано в типографии ООО «Издательство СНЦ»

443001, Самара, Студенческий пер., 3а