Теория архитектуры

КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАВУЧЕГО ГОРОДА

УДК: 72.01
Шифр научной специальности: 85.110

Аннотация

Согласно современным представлениям о цикле развития цивилизации, неуклонный рост численности населения Земли допустим лишь при освоении человеком новых сред обитания, что возможно осуществить лишь средствами научно-технического прогресса. Проблема освоения новых пространств стояла перед человеком с самого начала цивилизации. Покорение новых земель грозило неизвестными болезнями – наука боролась с эпидемиями; пустоши были непригодны для земледелия – наука совершенствовала методы мелиорации. Современная наука в состоянии обеспечить освоение уже даже не новых территорий суши, но и прежде непригодной для обитания среды – мирового океана.

Многие островные страны мира уже сейчас нуждаются в искусственной суше для размещения жилых и промышленных объектов. В ряде демократических стран развитие промышленности, разрабатывающей морские и донные ресурсы, делает актуальной проблему постоянного проживания рабочих и их семей в непосредственной близости от предприятия. Ряд регионов испытывает серьёзные затруднения в связи со стихийными бедствиями тектонического происхождения – то, что не способны разрушить землетрясения, приводится в негодность наводнениями и гигантскими волнами. Даже для России, на национальном уровне не испытывающей недостатка в земельных ресурсах, становится актуальной проблема освоения акваторий проходящих через города рек. Кроме того, Россия – одна из немногих стран, имеющих промышленный и научный потенциал для решения вышеозначенных проблем, и разработка их решений могла бы стать для отечественной индустрии значительным источником дохода.

Таким образом, не стоит ждать того мрачного времени, когда, по прогнозам аналитиков, континенты превратятся в единый космополис, и человечество будет просто вынуждено выплеснуться в океан – уже сейчас имеет смысл накапливать опыт строительства наводных городов.

Теория и практика приращения суши за счёт океана развивается по двум основным направлениям: во-первых, отвоевание суши путём осушения ограждённых плотинами участков; во-вторых, возведение сооружений, имитирующих важные для человека свойства суши. Первый путь очевидно эффективен, так как единовременно даёт большую площадь практически полноценной суши, прибыль от использования которой вскоре окупает расходы. Но следует учесть, что плотины не только требуют мелководья и привязки к суше, но и слишком уязвимы для стихийных бедствий, что на фоне мировой истерии по поводу глобального потепления делает их малопривлекательным объектом для исследования.

По принципу устройства можно выделить пять классов водных сооружений: насыпные, свайные, наплавные, корабельные, герметические (табл. 1).

Таблица 1.
Классификация наводных сооружений

Представляется совершенно очевидным, что ни один существующий класс не обладает полнотой свойств урбанистической среды и необходима разработка концептуальной модели, сочетающей качества всех классов и при этом имеющей черты полноценного города. Например, необходимо сочетание зон производства/жизни/отдыха и транспортной инфраструктуры, связывающей их. Существующие решения наводных городов имеют паразитическую организацию и предполагают функционирование за счёт ресурсов суши, ничего не давая взамен, кроме жилья. И это несмотря на то, что на практике к наводным сооружениям чаще всего прибегают именно тогда, когда это связано с добычей морских и донных ресурсов, и это многие города суши и даже целые государства зависимы от наводных сооружений, а не наоборот.

Также необходимо сочетать элементы каркаса и ткани города: на сегодняшний день представленные модели наводных океанов либо являют собой конечные структуры – извечную ошибку всех утопистов! – либо полностью однородны, состоят из взаимозаменяемых модульных элементов, не имеющих строгой иерархии.

Также должен быть соблюден баланс между автономностью плавучего города и его вписыванием в существующую систему расселения. Плавучий город может быть связан с сушей и регулярным транспортным сообщением, и относительно долговременными наплавными переправами, а может быть и вовсе спроектирован для условий конкретного залива или эстуария реки и большую часть времени продолжать сетку улиц города на побережье, и лишь по необходимости выходить в открытый океан.

Энергетическая автономность плавучего города может быть полной. Продовольственная зависимость может быть сокращена до минимума за счёт включения в состав города плавучих теплиц и птицеферм, а также рыбных хозяйств, ферм водорослей и моллюсков.

Важным свойством плавучего города должна быть сопротивляемость катастрофам. Происходящие на Земле циклические климатические изменения, такие как размыкание Гольфстрима на два независимых течения, растущая сейсмическая активность многих регионов и прочие неблагоприятные для человека процессы ставят под удар города суши. Наводные города, привязанные к суше, вдвойне беззащитны перед стихией. Более совершенным был бы полностью независимый плавучий город, способный либо уйти из зоны бедствия, либо привести в действие механизмы, противостоящие конкретным катастрофам, включая инерционную волну.

Разумеется, наводные города должны быть также предельно экологичны и с точки зрения человека, и с точки зрения природы – незачем повторять недостатки перенаселённых городов суши. Это возможно благодаря тому, что весь океан – это множество неосвоенных источников чистой энергии, в большинстве случаев слишком дорогой для городов суши, но оправдывающих себя в открытом океане. Сокращение до минимума выбросов промышленных и бытовых отходов также возможно, о чём будет сказано ниже.

Следует отметить, что опыт концептуального моделирования наводных сооружений говорит о том, что их стилистическое решение может быть любым – от применения чистого хай-тека, до гармоничного продолжения исторической застройки. Архитектурных решений жилья на воде существует уже множество, но почти все они остаются на бумаге за отсутствием должного инженерного обоснования. По этой причине в статье эстетические аспекты затрагиваются лишь поверхностно – конкретные решения остаются на совести архитектора, реализующего концептуальную модель.

Прежде чем приступать к описанию авторской концептуальной модели плавучего города, полученной посредством гибридизации классов, необходимо сделать отступление о правовой базе реализации подобных объектов. К объектам, позиционируемым как корабли, международный морской регистр предъявляет строгие требования, касающиеся конструкций и таких технических характеристик как толщина и марка стали корпуса. Это сдерживает творческую энергию многих современных архитекторов и инженеров, занимающихся проблемами, сходными с затронутыми в этой работе. Но поскольку типология плавучих островов ещё не сформирована, на подобные объекты международное право накладывает лишь ряд ограничений, таких как запрет на заход в международные порты и пересечение оживлённых трансокеанических путей. Более никакие серьёзные ограничения на плавучие объекты-не-корабли не распространяются, и применение мобильных плавучих городов, перемещающихся в пределах пустынных регионов вполне приемлемо. Повсеместное введение таких сооружений в практику рано или поздно приведёт к выработке типологии и нормативов, в связи с чем, несомненно, можно ожидать внесения поправок в морское законодательство.

Для слияния всех классов в единую структуру необходимо задаться набором инженерных и градостроительных решений, которые и определят принцип этого объединения.

Учитывая отсутствие на поверхности воды какого-либо ландшафта, за основу предлагается взять симметричную линейно-радиальную схему построения города с ядерно-связевой системой общественного центра. Фактически, в плане такой плавучий город очертаниями напоминает рыбий скелет, что вполне уместно. Позвоночником в этом скелете выступает ряд крупных структур, составляющих основу инфраструктуры плавучего города.

Согласно представлениям о пространственной плавающей сетке, все элементы скелета должны быть соединены гибко, рёбра должны состоять из шарнирно соединённых элементов, способных менять конфигурацию адекватно волнению поверхности моря и горизонтальному движению города.

Ткань города, т.е. жильё, может быть сделано по принципу городов-сцепок. В случае развития индустрии понтонных домов, это могут быть специальные модули, разработанные для конкретного города. Но до тех пор одним из разумных решений является утилизация списанных танкеров – списание кораблей такого класса происходит либо из-за износа ходовой части, либо из-за истончения корпуса, делающего опасным развитие больших скоростей. Переоборудование танкеров в жилые здания привело бы к появлению жилья, наиболее соответствующего нуждам плавучих городов. Эти дома-баржи должны быть сориентированы вдоль позвоночника, прикреплены к рёбрам шарнирами и при необходимости соединены с соседними баржами буферными связями.

Схема описываемого города с нанесёнными на неё обозначениями отдельных элементов инженерного обеспечения, о которых будет сказано ниже (рис. 1).

Рис.1. Базовая схема ризоидного плавучего города с указанием инженерного оборудования узлов

Главными решениями, отличающими эту вполне традиционную структуру от аналогов, являются ризоиды (R) и элементы-амфибии (A).

Поскольку конструкция ризоидов разработана автором, а сам термин позаимствован из биологии, необходимо дать соответствующие объяснения. Корабли, как известно, способны не только двигаться в указанном направлении, но и вставать на якорь, а якорь по своей сути – это несущая конструкция, работающая на растяжение. Недостатком такого крепления является необходимость продолжительного дрейфа, прежде, чем якорь достаточно надёжно зацепится за некую неровность морского дна; достоинством – лёгкость и компактность: будучи полностью убран, якорь никак не препятствует движению судна. Искусственному острову мобильность требуется меньшая, а крепление ко дну более жёсткое. Ризоид и является конструкцией, сочетающей в себе черты сваи и якоря.

На данный момент в разработке находятся три варианта ризоида и несколько типов их завершений, выбор между которыми определяется глубиной вод, грунтом дна, энергозатратами и наукоёмкостью инженерного решения (табл. 2, табл. 3).

Таблица 2.
Основные типы ризоидов

Таблица 3.
Основные типы завершения ризоидов

Три ризоида, опущенные на дно и либо врезанные в него, либо имеющие большую площадь подошвы и вес опущенного груза, обеспечивают надёжную фиксацию плавучего сооружения. К тому же ризоиды способны адекватно реагировать на изменение уровня воды: в случае подъёма ватерлинии достаточно ослабить тросы лебёдки, чтобы под воздействием архимедовой силы наплавная платформа поднялась до обычного уровня.

Даже в случае пребывания в водах, глубиной превосходящих предельную длину ризоидов, они всё равно способны противостоять стихийным бедствиям благодаря создаваемой ими возможности переноса центра тяжести всего сооружения на глубину, что увеличивает его устойчивость при высокой волне.

Пока что это лишь концептуальная модель, основывающаяся на общем представлении, но не на точном расчёте, но вполне очевидно, что, с точки зрения наводного градостроительства, применение ризоидов представляется намного эффективнее свай и якорей.

Ризоидная конструкция является решением проблемы самозатопления плавучих островов из класса герметических. Для подъёма полужёсткого или гибкого ризоида со дна используется лебёдка. В том случае, если ризоид надёжно прикреплён ко дну, стягивание тросов лебёдкой приведёт не к подъёму ризоида, а к опусканию плавучего объёма сооружения вопреки силе выталкивания. Подобное действие может быть оправдано и противокатастрофической безопасностью, и вполне ординарными соображениями, такими как необходимость охлаждения корпуса сооружения, пребывающего в экваториальных водах. В случае повреждения корпуса достаточно ослабить тросы, чтобы остров всплыл прежде, чем последствия течи станут критическими. Подобное сооружение справедливо можно называть ризоидной амфибией.

Примерно в тех же узлах, что и основания ризоидов, должны быть размещены спиральные турбины с водородными двигателями (E) и на поворотных основаниях, скоординированное движение которых позволит городу сделать любой необходимый манёвр, в том числе расхождение двух рёбер для установки или замены барж. Кроме того, турбины могут отчасти компенсировать воздействие на ризоиды, в том случае, если это обусловлено конструктивной необходимостью.

Функционирование подобной структуры требует огромных энергетических издержек: промышленная энергия, бытовая энергия, огромные затраты электричества на электролиз воды – всё это требует соответствующего источника энергии. Одним из наиболее эффективных и современных способов получения чистой энергии являются батареи гидротаранов, преобразователей потенциальной энергии воды, которые, будучи погружены в воду, работают как насосы, на выходе дающие с некоторым напором нагретую воду и электроэнергию, решая разом две проблемы энергоснабжения.

Другим источником энергии может служить переработка отходов при помощи технологии, в России известной, как «Каскад» (C) – высокотемпературного пиролиза с приложением электромагнитного воздействия. Отходы утилизируются не только без затрат дополнительной энергии после запуска, но и полностью преобразуются, в зависимости от состава, в слитки металлов, пластик и природный газ с выделением электроэнергии и без вредных внешних выбросов. Установки «Каскада» достаточно компактны, чтобы включать их в состав ткани города для нецентрализованного обеспечения канализации. Характером и количеством отходов определяется соотношение гидротаранов и «Каскадов» в энергетической базе плавучего города. Разумно установленный баланс между источниками энергии приводит к наибольшей экономической эффективности города.

Ещё одним важным компонентом подобного сооружения является система безопасности, объединяющая в себе черты лота и дефектоскопа. Такой системой является ядро оборонной системы «Феникс», способной не только проницать плотные среды на большие расстояния, обнаруживая любые препятствия и создавая полную картину существующих течений, но и прогнозировать критические деформации по незначительным изменениям температуры напряжённых конструкций. Следует отметить, что использование таких систем безопасности позволяет пересмотреть представления о запасе прочности отдельных элементов иерархических составных структур и использовать в оболочке корпуса наплавного сооружения не только сталь, но и лёгкие бетоны и пластики, что в целом удешевляет строительство.

В случае аварии уместно использовать средства моментального локального замораживания воды, позволяющие предотвратить течь и отбуксировать повреждённый компонент в ремонтный док.

Транспортом в подобном городе в равной мере могут выступать и катера, и электрокары, в зависимости от характера связевых элементов.

Предложение конкретных технических решений можно продолжать без конца, потому что каждый год приносит новые научные открытия и изобретения и на смену предложенным компонентам инженерного обеспечения плавучего города могут придти другие, более совершенные, требующие совершенно другого принципа структурирования города. Многое зависит также от региона, для которой разрабатывается плавучий город, и от характера морской индустрии. Поэтому в заключение работы можно констатировать то лишь, что для получения плавучего сооружения, имеющего весь набор свойств урбанистической среды, но адекватного водной среде, необходимо выйти за рамки существующих классов наводных сообщений и перейти к их свободному комбинированию при помощи новейших инженерных разработок.

Библиография

1. Азимов А. Выбор катастроф / А. Азимов. – СПб.: Амфора, 2000. – 510 с.

2. Велев П. Города будущего / П. Велев. – М.: Стройиздат, 1985. – 160 с.

3. Груза И. Теория города / И. Груза. – М.: Стройиздат, 1972. – 248 с.

4. Оськин Б.В. Архитектура пространства обитания человечества на планете Земля / Б.В. Оськин. – М.: Компания Спутник+, 2006. – 117 с.

Ссылка для цитирования статьи

Садыков М.О. КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАВУЧЕГО ГОРОДА [Электронный ресурс] /М.О. Садыков //Архитектон: известия вузов. – 2009. – №2(26). – URL: http://archvuz.ru/2009_2/8 

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная