Сегодня утопия, а завтра? Инновации в строительстве и проектировании

Нейросети, строительные материалы из мицелия грибов и цифровая метасреда: архитектура будущего может претерпеть сильные изменения. Меня зовут Юлия Слободяник, я BIM-разработчик в IBS. И сегодня я расскажу вам об инновациях сферы проектирования и строительства по мере возможности их реализации: от имеющихся у специалистов наработок до почти фантазийных технологий.

Печать на 3D-принтере активно используется не только при проектировании (для создания макетов), но и непосредственно для строительства зданий и сооружений. Как показала практика, при возведении объекта с помощью принтера его себестоимость снижается почти на 50% (уменьшаются временные затраты и количество задействованных в строительном процессе рабочих), сокращается выработка строительных отходов до 90%, а также появляется возможность использовать любые бросовые материалы и вторсырье.

С помощью данного метода строители могут оперативно собрать здание из предварительно изготовленных экологически безопасных и прочных модулей. Это позволяет заметно сократить сроки, уменьшить стоимость возведения объекта и обеспечить высокое качество строительства. Еще один несомненный плюс — возможность не прекращать функционирование здания, например, при его расширении или реконструкции: работы ведутся тихо, чисто и быстро, что особенно актуально, если речь идет о школах, больницах и других зданиях, задействованных в непрерывном обслуживании населения. Интересно, что технологию модульного строительства часто путают с уже существующим методом панельного домостроения, популярного во всем мире во второй половине XX века (начиная с 1950-х годов). Тут важно обратить внимание на главное отличие — модульное строительство подразумевает процесс создания здания именно из модулей (готовых ячеек), это позволяет трансформировать здание даже в процессе эксплуатации, а не только на этапе возведения наружного контура.

Оптимизация сроков, снижение стоимости, уменьшение трудозатрат… Это все, конечно, здорово. Но что с комфортом пользователей этой прогрессивной архитектуры?

На все вопросы об уюте и удобстве ответят создатели «умных» зданий. Типовой смарт-дом оснащен интеллектуальными системами, обеспечивающими автоматизацию, безопасность и энергоэффективность. «Умные» технологии позволяют обеспечить максимальный комфорт для жильцов! Им можно управлять с помощью мобильного приложения: в смартфоне пользователя контроль освещения, отопления, вентиляции (учитывается уровень углекислого газа), систем безопасности и настройка автоматического полива растений. А еще дом позволяет сэкономить до 50% энергии по сравнению с традиционными зданиями благодаря использованию альтернативных источников энергии (солнечного света, ветра, воды, геотермии и биоэнергетики).

«Зеленое» строительство направлено на минимизацию негативного воздействия на окружающую среду и рациональное использование природных ресурсов. Его основные принципы — это использование экологически чистых материалов, энергоэффективность и устойчивость к климатическим изменениям. Солнечная энергия, системы очистки дождевой воды, грамотное распределение ресурсов — подобные здания вполне могут стать комфортными пространствами для научных исследований и образовательных учреждений.

А еще ученые и архитекторы активно работают над созданием домов, которые люди смогут выращивать самостоятельно. Они будут сделаны из тонких волокон биопластика, произведенного из подсолнуха, картофеля и яблока. Внутренняя планировка каждого такого дома будет подстраиваться под потребности жильцов, а сами строения смогут адаптироваться ко всем климатическим зонам.

Микродома из растительного биопластика способны решить проблему нехватки природных ресурсов, с которыми может столкнуться человечество уже через сто лет.

Сделать такой дом в теории очень просто: листы биоматериала накладываются на проволочные каркасы, создавая прозрачную оболочку, защищающую от непогоды. Затем дом изнутри опрыскивается еще одними супертонким слоем волокон, который создает стены. Главным помещением в доме является кухня-лаборатория, где люди смогут самостоятельно создавать строительные материалы. Остальные комнаты по проекту расположатся вокруг нее. Осталось подождать окончания экспериментального периода и дать полную оценку данной строительной технологии.

Дизайнеры и архитекторы уже давно находятся в попытках расширить реальность, дополнив ее виртуально. Сегодня решение наконец-то найдено. VR-технологии активно распространены в проектировании домов и создании дизайнов интерьера. Организовать пространство теперь можно с помощью обычных очков дополненной реальности.

Метавселенная — это «симбиоз» физического и виртуального пространства, придуманный Нилом Стивенсоном в научно-фантастическом романе «Лавина» в 1992 году и обретающий реальные очертания в XXI веке.

Сегодня в мире, пережившем кризис пандемии, концепция метавселенных актуальна как никогда. В виртуальных городах и странах люди могут проводить время, общаться, развлекаться и даже работать. В метавселенных не только проходят виртуальные концерты любимых звезд и кинофестивали, но также продаются участки виртуальной «земли», на которых можно разместить жилые или общественные здания с пространствами для онлайн-шопинга, цифровых музеев или галерей современного искусства. Разумеется, согласно логике виртуальной реальности, для людей в той или иной метавселенной тоже необходима организация удобного и многофункционального пространства.

И если в физическом мире функция архитектуры значительна — она не только помогает жить комфортно и безопасно, но также вдохновляет и отражает этап развития цивилизации, — то в цифровом мире она обретает новый смысл.

В метавселенной архитектура не стеснена условиями реальности: стоимостью, доступностью строительных материалов, нормами и правилами проектирования, сроками строительства и профессионализмом специалистов. У нее нет срока эксплуатации и физических особенностей конструктива: высота этажа, длины консолей, общая этажность здания, сечение колонн или их полное отсутствие — все это зависит исключительно от воображения архитектора.

Прототипы метавселенных проецируют новую эстетику: имитации реальных городов с усовершенствованной урбанистикой, ностальгические зарисовки по вымышленным локациям из литературы и кинематографа, а также абсолютно новые — фантазийные пространства, не имеющие аналогов.

В новых вселенных — новые правила!

Огромные миры нуждаются в удобной и структурированной градостроительной системе, интуитивно понятной модели навигации, а вот от лестниц и лифтов можно избавиться: в метавселенной даже передвижения людей не поддаются законам гравитации.

Архитекторы в метавселенных могут проектировать более свободно, не оглядываясь на нормативы, пожелания заказчиков и сметные стоимости. А значит, они будут создавать свободную, технологичную и эстетичную архитектуру, способную, наряду с другими произведениями искусства, стать отражением настроения и потребностей общества этого исторического периода.

Пока что понять суть метавселенных простым обывателям очень сложно, поэтому данная технология скорее является пристанищем для архитекторов-концептуалистов и площадкой, где они смогут реализовать свои самые невероятные идеи.

Архитекторы совместно с учеными активно разрабатывают способы производства материалов в синтезе с биологическими формами. Это позволит создавать растущие, саморегулируемые или даже самовоспроизводимые архитектурные структуры.

Прямо сейчас идут активные эксперименты с конструктивными материалами на основе грибного мицелия. На практике рост грибов занял всего 4 дня! Когда «стены» были готовы, создатели вытащили мицелий, чтобы они не продолжили расти. Ученые утверждают, что им удалось создать «сильный», но легкий строительный материал, который обеспечивает отличную звукоизоляцию, огнеупорность и амортизацию. Такие дома могут стать серьезным шагом для борьбы с глобальным потеплением и изменениями климата, сократив расходы на производство и выброс парниковых газов. Огромный экоплюс в пользу «грибного» бетона — мицелий поглощает углекислый газ, производя кислород. Кстати, биокомпозит мицелия подходит для использования в северном климате: создатели материала считают, что грибы можно широко использовать для утепления помещений в качестве биоразрушаемой структурной альтернативы пенополистиролу.

Некоторые архитекторы мыслят в том же направлении, но не столь глобально. Они предлагают не растить грибницу по каркасу, а делать из нее кирпичи. Для этого внутрь формы необходимо посадить мицелий и дать ему органическую среду для развития (например, дубовые гранулы или пшеничные отруби).

Также архитекторами и учеными рассматривается возможность использования сине-зеленых водорослей и бактерий для регуляции внутренней атмосферы, подсветки и даже выработки электричества.

Архитектура будущего должна учитывать нечеловеческих пользователей — живые организмы, биоценозы, которые непосредственно связаны с нами. Это городские животные, птицы, рыбы, насекомые, грибы, плесень и бактерии. Понимание экосистемы будущего должно включать не только живые виды, но и созданные человеком системы: интернет вещей, автономный транспорт, роботов-доставщиков, биоцифровые объекты и здания целиком как автономные единицы.

К XXII веку научный прогресс сможет решить возможную проблему перенаселения планеты (согласно статистике от департамента ООН по экономическим и социальным вопросам, уже к 2050 году население планеты вырастет почти на 2 млрд) с помощью покорения подводного и подземного миров. Предполагается, что люди будут жить в огромных технологичных пузырях в океане и использовать саму воду для создания пригодной для дыхания атмосферы и производства водородного топлива. Там же будут построены офисные здания, парки для отдыха, детские сады и школы. Не менее вероятно, что из-за нехватки места на земле огромные агломерации будут встраиваться в землю (уже есть разработки подобных домов). Конечно, это очень фантазийная история, и, возможно, данные технологии не пригодятся человечеству еще много сотен или тысяч лет, однако сам факт подобных разработок поражает своим масштабом и неординарностью.

Внешний вид зданий и сооружений будущего лишится своей монументальности — технологии будущего позволят делать стены и перекрытия тоньше, поэтому архитектура будет казаться легкой и эфемерной. Фасадам добавят функции трансформации — можно будет «включать» и «выключать» окна с помощью доработанных технологий smart-glass и менять общую стилистику образа здания одним касанием.

Создатели концепции летающего дома предлагают легкий и удобный дирижабль со смотровыми площадками и каютами-спальнями. Скорость такого дома будет не больше 90-100 км/час, но даже так владельцы летающих апартаментов смогут всегда быть там, где им хочется. Дирижабль может оставаться в воздухе очень долго, а с применением технологий будущего сможет еще дольше. Важными вопросами остаются управление подобным домом (для этого требуются специфические навыки) и обслуживание (оно требует наличия специальной инфраструктуры). Но разве это неразрешимые проблемы для прогрессивного общества будущего?

У архитектурных конструкций много показателей эффективности, один из самых проблематичных — вес. Его нужно уменьшать, чтобы минимизировать стоимость конструкции и экологический след, одновременно увеличивая скорость строительства. Эту задачу можно решить с помощью биомиметики, изучающей природные объекты, живые организмы и результаты их жизнедеятельности для поиска принципов, которые можно перенести в проектирование. Не менее интересное решение — создание адаптируемых в реальном времени конструкций. Например, тонкий купол сможет менять свою форму по направлению к ветру и так сопротивляться большим нагрузкам.

Глобальная цель и ключевой фактор прогресса архитектуры — это улучшение качества строительных процессов и материалов, повышение энергетической эффективности, а также экологичности зданий и сооружений. Как следствие, улучшение уровня и качества жизни людей в условиях агломераций. В целом инновационные технологии и подходы в строительстве уже сейчас оказывают значительное влияние на благополучие общества. В долгосрочной перспективе они могут способствовать созданию на 100% гармоничных, устойчивых и комфортных городских зданий, сооружений и пространств, адаптированных к реальным нуждам людей и окружающей среды.