Современные технологии в архитектуре Арктики

Развитие современных технологий в Арктическом регионе происходит достаточно неравномерно, что во многом объясняется тем, что данный регион располагается на территории множества стран, обладающих разными подходами к освоению Арктики, разным уровнем экономического и технологического развития, разным экологическим мировоззрением. На сегодняшний день в перечень «Арктических государств» традиционно включают Россию, Канаду, США, Данию, Финляндию, Исландию, Норвегию и Швецию. При этом ключевой чертой арктической урбанистики является ограниченность масштабов населенных пунктов (как правило, верхний предел численности населения в городах и поселках Арктики составляет 50 тыс. человек [2, с. 14]).

Архитектура Арктики на протяжении всех этапов цивилизационного развития обладала ярко выраженной спецификой и не подчинялась общемировым архитектурным трендам, стилям и урбанистическим парадигмам. Исторически «околополюсные народы» следовали своему собственному пути в застройке и обустройстве окружающего их пространства. При строительстве, для изоляции жилищ, в целях герметизации и влагоудаления малые народы Севера применяли дерн, древесную кору, шкуры и кости крупных млекопитающих (к примеру, китов), почву, траву и мох, снег, лед [10, с. 297]. Существенно реже в строительстве были использованы традиционные для остальных регионов планеты материалы – глина, камень, древесина, стекло. По сей день традиционные жилища на Севере изолируются полой шерстью карибу, водонепроницаемой шкурой морских котиков [8, с. 82]. Можно сказать, что осознание преимуществ нестандартных арктических технологий строительства все чаще приходит к современным архитекторам и технологам. Традиционные технологии и материалы, к примеру, имплементируют в рамках архитектурных и градостроительных проектов такие компании, как Lateral Office (Канада), MAP Architects (Россия), MAP Architects (Дания), Steinsvik Arkitektkontor (Норвегия), Snøhetta (Норвегия), Studio Puisto (Финляндия), CEBRA Architecture (Дания), Schmidt Hammer Lassen Architects (Дания), Stantec (Канада), OMA (Нидерланды), AECOM (США) [2, c. 12].

С другой стороны, многие компании и национальные правительства идут по иному вектору арктического градостроительства, делая упор на инновации в технологиях и материалах. Реальная практика прошедших лет располагает также примерами удачного сочетания традиционного и инновационного – такие примеры есть, в том числе, и среди архитектурных решений отечественных компаний.

Обратимся к основным конструкционным и технологическим принципам, следование которым детерминирует концептуальные очертания современной арктической архитектуры. Во-первых, речь идет о принципах утилитарности и функциональности. Сама по себе архитектура Арктики – пожалуй, наиболее прагматичная из всех существующих территориальных разновидностей архитектурных течений. Данные принципы реализуются, прежде всего, в доминировании функции и пользы над эстетикой архитектурной формы. Во-вторых, следует выделить принципы адаптивности и подвижности. В жилых помещениях, предназначенных для использования в условиях Арктики, как правило, пространство строго ограничено (по причине избегания теплопотерь и диффузии тепловых потоков), следовательно, помещения и конструкции должны быть изменчивыми [4, с. 50], а их функции должны обладать способностью «накладываться на другую в зависимости от разных задач» [7, с. 71]. Конструкция, вне зависимости от ее функционального предназначения, в большинстве случаев должна быть мобильной, что позволяет использующим ее людям своевременно реагировать на изменчивость параметров внешней среды – сезонности, обращенности по направлению ветра, потока солнечной радиации.

Безусловно, следование данным принципам тесно сопряжено с принципами модульности и быстровозводимости. Архитектура Арктики претерпела множество изменений по мере развития и введения в широкую практику современных модульных конструкций. Быстровозводимость и модульность объектов крайне важны с учетом непростых условий для возведения зданий и чрезвычайно краткого строительного сезона. В данной связи типовые здания, возводимые в Арктике, зачастую конструируются из готовых узлов, блоков, модулей – такой подход позволяет, во-первых, в 10-15 раз сократить продолжительность строительных работ и, во-вторых, изменить конфигурацию разбираемой конструкции по мере необходимости (как отмечено выше).

В-четвертых, архитектура Арктики отличается преднамеренным стремлением дистанцирования от поверхности земли, что, по нашему мнению, также можно включить в перечень принципов северной архитектуры. Данная тенденция выражается в разнообразных технологиях, основанных на применении свайных конструкций, консолей, высоких цоколей; инженерные коммуникации в Арктике, как правило, так и «приподняты» – все это призвано снижать теплопотери и, в ряде регионов, предотвращать подтопления [7, с. 71-72].

Таковы некоторые принципиальные подходы к возведению зданий в Арктике. Естественно, данным перечнем нельзя исчерпать все специфические черты арктической архитектуры и градостроительства, однако они воплощают в себе концептуально-технологическое ядро северной архитектуры и находят свое выражение в каждой из вышеперечисленных «полярных» и «околополярных» государств.

В качестве дополнительных принципов можно отметить, к примеру, использование скатных крыш, снижающих снеговую нагрузку, а также нагрузку от талых и ливневых вод на конструкцию. Кроме того, функционирование инженерных коммуникаций зачастую предполагает использование снега: в целях водоснабжения, как теплоизоляционного материала, при создании малых архитектурных форм. Жилые и общественные здания на Севере, по понятным причинам, редко снабжаются лоджиями, балконами, террасами.

С одной стороны, подобная тенденция вполне логична и имеет под собой массу убедительных доводов, объясняющих, почему «заполярное проектирование» ставит во главу угла защиту от суровых погодных условий и изоляцию от внешней среды. С другой стороны, в последнее время в научных публикациях возникают мнения, направленные на то, чтобы оспорить такой подход. По мнению Н.Н. Ермаковой, в западных «полярных» странах намечается более гуманная и продвинутая тенденция – тенденция имитации открытого пространства. Подобный тренд обусловлен многочисленными изысканиями в новой предметной области – социальной экологии – которые доказали, что традиционные заполярные жилища обостряют психологическую напряженность, связанную с избыточной изоляцией от внешнего окружения. Следуя новому подходу, арктическая архитектура Запада стала гораздо чаще включать в себя крупное остекление и попытки создания иллюзии недостающего визуального простора. Таким образом, к примеру, сконструированы «Северные инертные дома» (I-Box 120 и Storelva) в г. Тромсё, Норвегия [11; 2, с. 18-19].

Социально-экологическая ориентация в целом представляет собой важный вектор развития арктической архитектуры. Жители северных широт вынуждены постоянно находиться в условиях низких температур, дефицита солнечного света, разнообразного продовольствия [3, c. 6], и архитектура, безусловно, должна нивелировать данные факторы.

Наконец, можно сказать, анализируя строительные проекты последних лет, что все чаще в условиях Крайнего Севера применяются яркие цветовые решения – таким образом повышается видимость зданий. Исследования в области социальной экологии также позволили доказать, что жители арктических территорий более других нуждаются в городской иллюминации в периоды полярной ночи. В данной связи населенные пункты на рассматриваемых нами территориях все чаще получают более высокую степень муниципальной освещенности.

Каждое из перечисленных выше государств внедряет, на базисе отмеченных принципов, новые технологии при застройке и реновации арктических поселений. Степень инновационности и технологичности таких решений, безусловно, связана с уровнем экономического развития конкретного государства. Говоря о Российской Федерации, многие исследователи приходят к выводу о том, что технологические и концептуальные инновации в архитектуре Арктики на данный момент имплементируются весьма точечно, несистематически. Весьма показательной в данной плане нам представляется периодизация развития арктического градостроительства, представленная В.А. Пунтусом и К.К. Мясеппом. Таким образом, следуя логике авторов, в технологической эволюции архитектуры и градостроительства Арктики можно отметить следующие периоды:

1. Паллиативный период, когда меры направлены на частичную нейтрализацию «симптомов» суровых природных условий. На данном этапе применяются традиционные подходы и консервативные технологии, но, тем не менее, уже имеют место мобильные, утилитарные и быстровозводимые конструкции «сухой сборки».
2. Переходный период, на котором, собственно, фиксируется на настоящий момент российская архитектура Арктики. На данном этапе наблюдаются смешанные технологии, когда консервативные материалы и методы строительства активно дополняются технологиями префабрикации, модульной трансформации. Кроме того, в переходный период градостроители применяют местные сырьевые источники и начинают обращаться к возобновляемым ресурсам и «устойчивым» технологиям. В ряде стран (Канада, США, Финляндия, Исландия) на переходном этапе изменения затронули эстетическое оформление городской среды – там наблюдается возврат к аутентичным визуальным концепциям, местным традициям формообразования, орнаментики, цветовых решений.
3. Инновационный период, достижение которого выступает стратегической целью российской арктической архитектуры. Данная фаза характеризуется полноценным внедрением современных технологий строительства и проектирования. Инновации, при этом, вдохновляются аутентичным архитектурным наследием: общий облик национальных видов жилищ аборигенов сохраняется, но в них применяются принципы бионики и технологий BioTech.

По мнению В.А. Пунтуса и К.К. Мясеппа, «лейтмотивом», детерминирующим развитие градостроительства на переходном этапе, выступает 3Д-строительство [6, с. 86]. В данной связи целесообразным представляется рассмотреть перспективы 3Д-технологий в архитектуре Арктики. Учитывая представленный выше принцип быстровозводимости, 3Д становится одной из наиболее перспективных технологий в рассматриваемой нами области науки и строительного производства. Неоднократно доказано, что трехмерная печать узлов и модулей зданий позволяет ускорить темпы строительства в несколько раз.

Кроме того, 3Д-технологии вполне могут быть экологически чистыми: уже сегодня в Финляндии и Канаде, к примеру, в 3Д-печати строительных конструкций применяются отработанные сельским хозяйством материалы. Экологичность 3Д-технологий можно проиллюстрировать широким спектром успешно завершенных строительных проектов, в рамках которых практически не было сгенерировано никакого строительного мусора. Безотходность строительства также весьма важна для Арктики, в наибольшей степени подверженной экологическим и климатическим вызовам. Следует помнить, что Арктика – деликатная экологическая система, страдающая от жизнедеятельности человека [12; 13], морского транзита, наличия загрязняющих веществ, незаконной добычи ценных видов животных и рыб [9, с. 79].

Кроме того, учитывая социоэкономические реалии народов Севера (в любом государстве приведенного нами перечня качество и уровень жизни населения, проживающего в арктических и субарктических регионах, ниже средних по стране), следует привести еще одно значимое преимущество трехмерных инноваций: строительство домов из готовых 3Д-элементов предполагает колоссальное сокращение логистических цепочек, ситуаций простоя оборудования, сопроводительных документов, человеко-часов, что, в свою очередь, результирует в низкую стоимость подобного жилья. Население Севера, как правило, несет на себе существенный объем финансового бремени, связанного с покрытием коммунальных расходов, расходов на электроэнергию и отопление, тогда как 3Д-дома характеризуются, в абсолютном большинстве, «бесшовностью» и прецизионностью подгонки модулей и блоков друг к другу. Данное обстоятельство приводит к сокращению количества стыков, отсутствию необходимости их систематического ремонта, мониторинга и сокращает соответствующие статьи эксплуатационных расходов и расходов на отопление и гидро-, тепло- и шумоизоляцию в целом. 3Д-здания обладают, помимо прочего, обширным эстетическим потенциалом; такие проекты позволяют приближать внешний вид сооружений «к космическим аппаратам, летательным или глубоководным устройствам» [6, с. 86], что повышает визуальное разнообразие среды для ее жителей и улучшает аэродинамические и изоляционные свойства общественных и жилых зданий.

В.Н. Громов и О.С. Каримова также говорят о целесообразности массового перевода деятельности по застройке Арктики «на рельсы» 3Д-печати. По мнению исследователей, в России можно и нужно использовать самоходные 3D-принтеры, легко транспортируемые до места проведения строительных работ. Крайне актуальным является поиск инновационных материалов для 3Д-печати; Россия в этом плане пока демонстрирует некоторое отставание. К примеру, основным материалом для аддитивных 3D-принтеров в стране остается бетон, однако, его применение возможно только при температуре +5˚С и выше. Соответственно, перед российскими исследователями стоит критически важная задача изобретения новых, экологичных видов строительных смесей для работы в условиях Арктики [1, с. 73].

Все чаще в научных кругах и медийных источниках звучит довольно неочевидный, на первый взгляд, тезис в пользу имплементации «умных» технологий в Северных широтах. Изначально смарт-технологии в целом не рассматривались применительно к таким средам, где имеет место множество осложняющих факторов жизнедеятельности и строительства. «Умные» технологии ранее считались прерогативой доведенных до совершенства городских пространств мегаполисов развитых стран. Сама по себе концепция «умного» пространства присуща урбанизированным контекстам агломераций Западной Европы, Азии и Северной Америки, тогда как в отношении Арктики – региона, где нет мегаполисов в принципе, – данный вектор разработок считался неактуальным. Сегодня же все чаще дискуссии о внедрении «умного» города распространяются на предметные области, связанные с инфраструктурным развитием территорий Арктики.

Слепой перенос, как справедливо отмечает С.М. Прокопова с соавт., «умных» идей в Арктику невозможен и обречен на провал. В данной связи исследователи в настоящий момент пытаются сформировать «северную модель цифровизации городов» [5, с. 43]. «Умный город» в Арктике – совокупность инноваций, которые смогут связывать жителей удаленных поселений между собой, доставлять продукты питания и товары первой необходимости посредством беспилотных транспортных средств, отслеживать динамическую изменчивость состояния окружающей среды, прогнозировать опасные тенденции и катаклизмы.

«Умная» среда в Арктике – среда, которая, помимо прочего, позволяет сберегать ресурсы. Е.Н. Романова и Н.С. Калинина в качестве успешного примера внедрения «умных» технологий по «северной смарт-модели» приводят проект размещения IT-платформы дата-центра «Яндекса» в поселении Мянтсяля, Финляндия: сама природа помогает охлаждать многочисленные серверы дата-центра; более того, горячий воздух из серверного помещения нагревает воду, циркулирующую в системах водоснабжения и отопления [7, с. 74].

Энергоэффективные технологии в Арктике – это крайне обширная прикладная проблема, на решение которой направлена колоссальная совокупность исследований и разработок, правительственных и частных инициатив. Сегодня сооружения, функционирующие на возобновляемых источниках энергии, возводятся в Арктике гораздо чаще, чем в конце прошлого века, что, в свою очередь, обусловлено тревожной общемировой повесткой в отношении климата и экологии Арктики. В современной арктической архитектуре в качестве источников энергии применяют энергию солнца, растапливаемый снег, приливные волны (для прибрежной архитектуры). Наиболее важным источником возобновляемой энергии в Арктике выступает ветер; к примеру, в рамках масштабного экспериментального проекта «Ночной ветер», реализованного рядом западных стран, были внедрены технологии, позволяющие хранить выработанную в ночное время энергию ветра на холодильных складах и высвобождать ее днем.

Важнейшим параметром энергетических систем, возводимых в Арктике, является их автономность. В отличие от «стандартных» электротехнических коммуникаций, в Арктике зачастую отсутствует доступ к централизованной энергосети. Одним из примеров успешно реализованного проекта автономной сети, опыт которого можно применить и в Арктике, является научно-исследовательская станция в Антарктиде «Принцесса Елизавета» (Бельгия). «Умная» система, одна из немногих систем «нулевой эмиссии», обеспечивает станцию энергией и накапливает излишки добытых ресурсов. Схожий принцип заложен в работу системы «Bharathi» (индийская автономная полярная станция в Антарктиде площадью 2500 м²); аналогичным образом функционирует британская научная станция «Halley 6» [8, c. 81]. Безусловно, опыт Антарктиды во внедрении «умных» систем и систем возобновляемой энергии можно применить и в арктических широтах.

Таким образом, среди главных концептуальных, конструкционных и технологических принципов развития современной архитектуры Арктики можно назвать следующие: утилитарность и функциональность, адаптивность и подвижность, модульность и быстровозводимость, конструкции, дистанцирующие сооружения от поверхности земли, использование скатных крыш, использование снега, учет постулатов социальной экологии, трехмерная печать, аутентичность дизайна, внедрение «умных» технологий и энергоэффективность.