Разработка архитектурной формы

Разработка архитектурной формы на этапе проектирования связана с нахождением такой структуры будущего сооружения, в которой органично соединяются утилитарные и художественно-композиционные ее качества. Достижение структурного совершенства архитектурных форм является одним из основных этапов их создания.

Выбор архитектурно-строительных форм тесно увязан с материалом, из которого они создаются. Опыт истории архитектуры свидетельствует о том, что каждому материалу соответствуют свои оптимальные формы. При появлении нового материала вначале копируются прежние формы. В дальнейшем эти формы совершенствуются, приобретая новые, свойственные только ему черты. Любопытно, что новые материалы приводят к возникновению наиболее целесообразных форм, напоминающих характером своей структуры некоторые природные формы.

Практика архитектурно-строительного проектирования такова, что после получения задания на проектирование разрабатывают несколько вариантов эскизного проекта, один из которых после обсуждения и корректировки утверждают к разработке. Но часто разработка нескольких вариантов недостаточна для нахождения приемлемого решения. Поэтому более эффективно выявление наиболее существенных критериев, влияющих на рациональность проекта, и определение коэффициентов весомости каждого из них, что позволяет свести задачу к решению аналитической зависимости.

В последнее время разрабатывают методы многокритериальной оптимизации на основе использования вычислительной техники. С их помощью находят форму сооружения, при которой обеспечиваются заданная несущая способность его конструкций, необходимый покрываемый объем, эстетические характеристики и др. Процесс соединения в одной форме различных требований является весьма трудоемким и не всегда приводит к желаемым результатам. Тогда архитектурно-строительная практика может воспользоваться примерами, щедро преподносимыми живой природой.

Рассмотрение с данных позиций оболочек растительного и животного мира позволило выявить некоторые геометрические особенности их конструкции: в организации внутреннего пространства большинства природных образований усматриваются определенные геометрические закономерности — компактность объема, плавность его изменения при геометрически сложных формах или постепенность «перетекания» — в сочленениях; представляет интерес зависимость между формой граничного контура (планом) и формой поверхности живых оболочек; отсутствие в образовании живых оболочек геометрически элементарных кривых линий и поверхностей позволяет утверждать, что наиболее эффективными являются оболочки-покрытия сложной формы; наличие различных видов симметрии (зеркальной, осевой) в живых оболочках дает основание предполагать, что симметрия оболочки покрытия положительно влияет на ее прочность и эстетичность; широко распространенное образование поверхностей в природе по принципу винта слабо реализуются в архитектурных оболочках-покрытиях; в живых оболочках имеет место целесообразное распределение материала (в частности, переменная толщина оболочек, увеличивающаяся с возрастанием усилий), элементы же современных сборных оболочек, как правило, постоянной толщины; поверхности живых оболочек разбиваются на «типоэлементы» криволинейного очертания, что ещё не применялось в сборных архитектурных оболочках. Таким образом, геометрия природной формы-конструкции объективно отражает ее свойства и является основой для оценочных характеристик ее как объекта моделирования. Выбор формы должен быть основан на оценке эффективности ее применения и возможности осуществления.

Отобранная биоформа может быть реализована по геометрической модели, отражающей принципиальные достоинства природной формы. Здесь геометрическая модель является переходным этапом от природной формы к создаваемой. Сопоставляя создаваемую и природную формы по геометрическим характеристикам, можно установить направление поиска биоформы, удовлетворяющей установленные требования, а также условия геометрического моделирования конкретной биоформы. Существуют определенные трудности в изучении геометрии природных форм, главные из которых — познавательная сложность обусловленная сложностью структуры биоформ. Не всегда однозначно можно решить вопрос о факторах, имеющих доминирующее влияние на геометрический облик той или иной формы в живой природе. Кроме того, между- и внутривидовое разнообразие типов форм представляет неограниченную возможность поиска необходимых форм, с одной стороны, но является ощутимым препятствием в процессе их изучения и обобщения, с другой. Поэтому необходимо наложить определенные ограничения на круг рассматриваемых природных форм и принять некоторые допущения. В данном случае: рассматриваются конструктивные образования живой природы в виде жестких, а также гибко-эластичных систем; предполагается, что на характер формы природных конструктивных систем, работающих на растяжение, преобладающее влияние оказывают величина и направление воздействующих сил; геометрический анализ биоформы рассматривается как одна из сторон комплексного ее изучения, а его результаты — как материал для инженерно-экономических, прочностных расчетов моделируемых конструкций, а также для осуществления художественно-композиционного анализа природных форм. Использование геометрии природных форм в архитектуре должно быть подчинено главным целям архитектурной формы — идейно-художественной выразительности, композиционной целостности, функциональному и конструктивному совершенству.

Моделирование биоформы по ее геометрии предполагает творческое использование достоинств природных форм. Различие размеров и материала природных и создаваемых форм, несовпадение их функциональных характеристик требует корректировки геометрии формы, конструируемой по образу природной. В этом отношении, интересным представляется подход к нахождению геометрического каркаса архитектурной формы, состоящего из рациональных линий моделируемой биоформы и определенного на основе теоретических исследований.