Особенности архитектуры Арктики

Условно политику РФ в Арктическом регионе можно разделить на 6 этапов. Первый этап политики современной России в Арктике начался еще во времена Советского Союза. Попытки в направлении улучшения отношений на Севере осуществились только при Михаиле Горбачеве, который в 1987 году запустил «Мурманске инициативу», которая призывала к созданию арктической зоны мира». Во второй половине 1980-х гг. Арктика фактически была забыта и вспомнили о ней после 1991 года, когда распался СССР [1].

С распадом Советского Союза арктическое направление стало менее приоритетным, поскольку новая Российская Федерация стремилась сохранять свои отношения с Западом и странами бывшего Советского Союза. Только в конце 1990-х годов, особенно после прихода к власти Владимира Путина, арктическое направление приобрело большее стратегическое значение [2].

В зависимости от природных условий, типа почвы и характеристик объекта в арктических регионах используются два метода строительства:

• На мерзлых почвах.
• На почвах в оттаявшем и оттаявшем состоянии.

При строительстве жилых домов по первому, более популярному способу используются конструкции и технологии, способствующие сохранению грунтов в мерзлом состоянии: холодное основание, холодные первые этажи, охлаждающие каналы и трубы, теплоизоляционные насыпи и т.д.

Во втором случае используется предварительное искусственное оттаивание вечных почв, а заледенелые почвы заменяются песчаными или крупнозернистыми оттаявшими почвами.

Перед закладкой фундамента необходимо провести инженерные и геокриологические работы, чтобы предсказать поведение грунта во время строительства зданий и дальнейшей эксплуатации сооружения. После проведения исследований инженеры принимают решение об использовании определенного метода строительства.

Благодаря достижениям науки сегодня возможно строительство жилых зданий в любых природных условиях, в том числе и на вечном льду. Существует множество видов свай, которые можно использовать для строительства надежного фундамента на вечной мерзлоте.

Если полвека назад арктический грунт перед установкой свай месяцами оттаивал паром, то сегодня строителям достаточно проделать в грунте отверстие с помощью буровых установок, установить туда армирующий каркас и залить бетон специальными присадками, которые не успевают замерзнуть в процессе заливки.

Впервые строить дома на сваях предложил советский инженер Михаил Ким, получивший в 1966 году Ленинскую премию "За разработку и внедрение принципиально новых методов промышленного строительства на Крайнем Севере" [5].

Строительство фундамента – не единственная проблема, с которой сталкиваются инженеры при строительстве зданий на Крайнем Севере. Наличие вечной мерзлоты, которая иногда достигает нескольких сотен метров, значительно затрудняет прокладку коммуникаций.

Сезонное оттаивание грунтов, неустойчивость ледяных покровов, низкая несущая способность оттаявшего грунта – все это вынуждает прокладывать трубопроводы над поверхностью земли. Такие линии отопления, особенно в сильные морозы, подвергаются серьезным испытаниям и нагрузкам: трубы охлаждаются до недопустимых значений, опасность их промерзания и, как следствие, выхода из строя становится более чем реальной.

Это вынуждает их утеплять трубопроводы, строить промежуточные котельные и т. д. Чаще всего такие меры приводят к высокой аварийности теплотрасс и прекращению подачи воды.

Существует и более безопасный, но сложный способ прокладки коммуникаций: например, в Норильске все трубы прокладывают под землей на глубине более 6 метров, а коллекторы располагают на большом удалении от домов, чтобы защитить грунт от оттаивания.

Аномально низкие температуры, сильные ветры и сильные метели – еще одна неприятная особенность северного климата, затрудняющая строительство жилых домов в Арктике. Чтобы сделать проживание в домах максимально комфортным, городские кварталы спроектированы очень компактно, в замкнутом контуре, с минимальной доступностью площадей и широкими длинными улицами – таким образом, они могут значительно снизить скорость ветра.

Фасады и крыши полярных домов отличаются простыми профилями – это способствует упрощению уборки от снежных заносов.

Из-за большой удаленности арктических районов от производственных цехов, фабрик и заводов доставка сырья на строительную площадку затруднена, что в большинстве случаев возможно только в летний навигационный период – 4-5 месяцев в году. Если на "материке" монолитные и кирпичные технологии используются в основном для строительства жилых зданий, то на Крайнем Севере возведение зданий с их помощью – полный анахронизм [7].

Учитывая все особенности региона, модульное строительство является наиболее подходящей технологией для строительства домов на севере. Основным преимуществом этой технологии является то, что дома из модулей - сборных деталей – строятся в кратчайшие сроки. Преимущества модульной конструкции также включают:

• минимальная материалоемкость, трудоемкость и энергоемкость;
• минимальный вес строительных материалов и, следовательно, их удобная доставка на строительную площадку;
• повышенная безопасность зданий;
• экологичность и долговечность конструкций.

Особенности жилых зданий в экстремально холодном климате. Автономные жилые дома, отдельные или организованные в виде поселений, подходят для временного и постоянного проживания строителей, экспедиторов и исследователей. Автономные здания, независимые от централизованных сетей, могут использоваться для обеспечения жизнедеятельности в различных отраслях [3]: в добывающей промышленности – переселенческие поселения, лесные базы, глубинные поселения; при строительстве трубопроводов, дорог, удаленных промышленных объектов, в труднодоступных районах; в сельском хозяйстве - жилища для скота, рыболовные и охотничьи лагеря; в науке - экспедиции по освоению новых территорий; геологические, археологические, метеорологические.

"Принцесса Елизавета" (рис. 1) – один из самых ярких примеров антарктической экологической архитектуры. Без выбросов обеспечивается работа фотоэлектрических солнечных панелей и девяти ветряных турбин, вырабатывающих электроэнергию и горячую воду. В панелях накапливается избыточное тепло. Солнечные батареи работают в течение шести месяцев в течение полярного дня, а турбины эффективны в течение полярной ночи. Станция не имеет отдельной системы отопления, поэтому внешний дизайн девяти слоев стен позволяет обогревать помещение избыточным теплом, а теплоизоляция стен и правильное остекление позволяют снизить тепловую мощность практически до нуля. Трехэтажное здание станции компактной аэродинамической формы стоит на сваях, которые уходят на глубину нескольких метров в грунт вечной мерзлоты [6].

Рис. 1. Слева: Антарктическая станция принцессы Елизаветы, управляемая Бельгией. Справа: "Арктический трилистник", образец свайного фундамента и опор над землей

Быстровозводимые сборные строительные конструкции используются при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений в холодном климате.

Особое внимание уделяется тепловой защите наружных ограждающих конструкций. Герметично изолированные стены, заполнение дверных и оконных проемов изоляцией из притвора. Тройное остекление используется в оконных и витражных блоках. Простая геометрия крыш домов предотвращает скопление снега.

Чтобы избежать обледенения наружных стен, внешние боковые поверхности фасадов легко образуют формы и задерживают снег. В районах с самым суровым климатом лоджии и балконы не допускаются.

При проектировании входных групп предусмотрены двойные апсиды. Предпочтительны простые геометрические формы контуров зданий в плане и по высоте, решения, которые обеспечивают минимальную площадь поверхности при контакте с морозным воздухом при максимально возможном сохранении функциональности (рис. 2) [8].

Рис. 2. Схема оптимизации конструктивного решения для уменьшения площади контакта с холодным воздухом: а) аналоговый проект; б) новое рациональное решение; 1 – большой корпус дробилки; 2 – наклонные галереи; 3 – состав измельченной руды; 4 – обогатительный корпус

Важной задачей является компенсация негативного воздействия экстремальной среды на человека. Нерегулярные смены дня, низкий уровень кислорода и общая акклиматизация оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека, а длительное воздействие может привести к необратимым изменениям.

Архитектура создает удобное защищенное пространство, в котором негативное воздействие сводится к минимуму.

Психологическому состоянию способствуют открытые пространства для отдыха, где умело используются цветовые и световые акценты, и зимние сады – своего рода зона комфорта (рис. 3) [8].

Рис. 3. Интерьеры Научного центра Шпицбергена (Лонгир, Шпицберген, Норвегия, 2015). Пример зон отдыха в арктическом здании

При проектировании в экстремальных климатических условиях максимальное внимание уделяется вопросам адаптации здания к окружающей среде. Инновационные технические разработки в области автономного энергоснабжения могут снизить экономические затраты и повысить коэффициент энергоэффективности и комфорт проживания.

При экстремально низких или высоких температурах основной задачей является теплоизоляция здания и его элементов. Строительные проекты, в которых не учитываются особенности проектной площади для оптимального выбора пространственно-планировочных решений, неэффективны с точки зрения энергосбережения.

Энергоэффективные решения используются при проектировании практически любого здания. Однако большинство этих конструкций находятся на предпроектной стадии или на начальной стадии проектирования.

Наконец, помимо защиты от неблагоприятной внешней среды, необходимо учитывать важность физического и психологического комфорта для длительного пребывания человека в зданиях.

Низкие температуры и пустынные ландшафты делают арктическую среду одной из самых негостеприимных на планете, в то же время создавая таинственные и захватывающие дух пейзажи, которые становятся еще более привлекательными из-за их удаленности. Отели и ретриты предоставляют посетителям самой северной оконечности планеты доступ к некоторым из самых захватывающих пейзажей, которые они увидят в своей жизни. Архитектура в Арктике может варьироваться от величественной до скромной, но всегда будет требовать изобретательности, выходящей за рамки типичных уровней дизайна.

Рис. 4. Отель Arctic TreeHouse Hotel, Финляндия

Отель Arctic Treehouse в Рованиеми, Финляндия, был спроектирован студией Puisto и черпал вдохновение в скандинавской природе и культуре. Небольшие индивидуальные жилые дома покрыты сосновыми шишками и, кажется, вырастают из снега, стоя на черных сваях.

Деревянные конструкции покрыты деревом и тщательно спроектированы таким образом, чтобы быть удобными даже в самые суровые зимние месяцы. В обеденных зонах и спальнях установлены окна во всю длину, позволяющие гостям любоваться потрясающими видами Арктики во время еды или уютно устроившись в постели, создавая контраст между дикой природой и безопасным пространством, похожим на гнездо.

Отель в полной мере использует невероятные виды из больших окон в спальнях.

Чтобы уменьшить воздействие на местную окружающую среду, все конструкции были полностью построены внутри помещений, вплоть до внутренних поверхностей и креплений. Затем они были доставлены на грузовике на стройплощадку и подняты на опорные столбы.

Каждый блок был построен за пределами площадки, прежде чем его прикрепили к опорным сваям, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду.

Рис. 5. Проект Svart Hotel – это первая в мире концепция энергоэффективного отеля за полярным кругом

Спроектированная архитекторами TYIN Tegnestue и их наставником Сами Ринталой, эта коллекция из девяти домиков, расположенных среди скалистого ландшафта норвежского архипелага Флейнвер, служит убежищем для художников. Это дает посетителям возможность вернуться к природе и немного побыть в творческом одиночестве.

Девять строений были спроектированы так, чтобы выступать из земли, в то время как их интерьеры отделаны экологически чистой древесиной и разделены по функциям, причем каждое служит своей цели. Здесь есть спальные помещения, кухонный домик, дом для вдохновения, дом-студия, баня и, конечно же, сауна, которая расположена на пирсе.

Рис. 6. Проект отеля Svart в Арктике

Отель Svart, который все еще находится на теоретической стадии, планируется построить у подножия норвежской горы Альмлифьеллет. Отель Svart, спроектированный международной архитектурной, ландшафтной и дизайнерской фирмой Snøhetta, получил свое название в честь близлежащего ледника Свартисен.

Норвежский отель проектируется как чудо современной устойчивой архитектуры, при этом были проведены обширные исследования в области энергоэффективного строительства и эксплуатации. Кольцеобразный отель на самом деле будет энергетически положительным – это означает, что он будет производить больше энергии, чем потребляет. Отображая движение солнечного луча, конструкция круглой конструкции включает солнечные панели, которые обеспечивают оптимальный уровень освещенности в течение всего дня в течение всего года.

В проектах отеля утверждается, что его уровень потребления будет на 85 процентов ниже, чем в современных отелях, в то время как его солнечные панели будут вырабатывать энергию, что, по мнению архитекторов, является "абсолютной необходимостью в драгоценной арктической среде" - и все это в надежде на то, что воздействие на окружающую среду в горном регионе будет как можно ниже.

Заключение

Арктическая архитектура возникает из-за ее ограничений. Немногие места в мире предъявляют такие экстремальные экологические, социально-политические и материальные требования. В то время как местные проекты разрабатывались по всему региону на протяжении веков, Арктика в настоящее время испытывает интенсивное, вновь обретенное внимание, особенно в области архитектуры, планирования и инфраструктуры. Все более уменьшающийся уровень полярных льдов открыл Северный морской путь, и теперь транспортная, нефтяная и газовая отрасли быстро стремятся сделать ставку на будущее региона. Вызванная как экологическими условиями, так и возникающими финансовыми интересами, арктическая архитектура нашла новое место в современном архитектурном дискурсе.