Архитектурная бионика

Гпава УН. Тектоника архитектурных и природных форм 199 Термодинамические представления о развитии живых систем природы можно использовать при изучении фено ­ менологических процессов формообразования архитек ­ турных и градостроительных систем, а также в биони ­ ческом моделировании объектов природы с точки зре ­ ния целевой архитектурной функции. Воспользуемся рассмотрением термодинамики, что ­ бы высказать некоторые соображения с этих позиций по отношению к развитию городов несмотря на то, что эта глава посвящена конструктивному аспекту ар ­ хитектурной бионики. Развитие города, как одного из элементов архитек ­ турной системы определенного уровня, с термодина ­ мических позиций аналогично развитию биологической системы. Без всяких вычислений,'опираясь только на качественное понимание количественных соотношений геометрических параметров простейших геометрических тел, можно показать, что функция для города имеет такой же характер ломаной кривой, как и для рассмот ­ ренных выше биологических систем (рис. 31). Дейст ­ вительно, город начинается с простейшего элемента — дома, который хотя и грубо, но вполне достаточно для качественного анализа аппроксимировать таким гео ­ метрическим телом, как куб. Город состоит из неко ­ торого множества домов (кубов) , что в целом как система представляет собой довольно плоский парал ­ лелепипед, который по мере развития города усредняет ­ ся и становится все более уплощенным. В математи ­ ческом отношении это означает, что система становится менее оптимальной в смысле соотношения площади поверхности F и объема \/. В какой-то период времени в силу усложнения орга ­ низации, расширения коммуникаций, ограничений гео ­ графического характера и т.п. становится экономически нецелесообразным рост города только вширь, поэто ­ му появляются тенденции его роста вверх — повышения этажности (за счет перестройки, реконструкций и т.д.) . В математическом отношении это означает, что геометрия города по параметрам становится более опти ­ мальной. Если на стадии роста геометрическая форма города развивается в направлении иррегулярной (диффуз ­ ной) формы, то это соответствует такой ситуации, когда он либо адаптирован к условиям своего сущест ­ вования, либо обречен на застой, или на гибель в сво ­ ем существовании. АНАЛОГИЯ ФОРМ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ПРИНЦИПЫ В ПРИРОДЕ И СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ (ЭВОЛЮЦИЯ) * Теоретические основы архитектурной бионики и ставящиеся ею конкретные задачи являются состав ­ ными частями учебной и научно-исследовательской программы отделений архитектуры и строительной техники в Веймарском архитектурно-строительном институте, который, осуществляя эту работу, разви­ вает традиции Баухауза применительно к новой тема ­ тике. Одной из важнейших частей программы является анализ конструктивных принципов, которые существу ­ ют в естественной окружающей среде, и использование результатов этого анализа для оценки и развития кон ­ структивных принципов и структур в архитектуре. В историческом очерке уже говорилось о влиянии форм живой природы на архитектуру Древнего Египта,

нения формы тела только за счет изменения площади его поверхности отображен на графике рис. 29 в виде прямой, параллельной оси ординат. В алгебраическом отношении такая ситуация соответствует непрерывному изменению коэффициента в уравнении от наи ­ меньших до весьма высоких его значений. Интересен и другой экстремальный случай, когда площадь поверх ­ ности тела остается постоянной, а объем изменяется до определенной величины. Этому случаю на графике рис. 29 соответствует прямая, параллельная оси абс ­ цисс; моделью здесь может служить футбольный мяч или любая надувная конструкция, раскрой поверхности которых неизменен (при изменяемости формы и объе ­ ма) . Рассмотренные примеры позволят сделать вывод о том, что на графике функции F(V) можно изучать пове ­ дение всевозможных геометрических тел, связанное с изменением из формы. При ос < 2/3 преобладает тен ­ денция изменения формы геометрических теп за счёт изменения их объема; при ос > 2/3 — тенденция измене ­ ния формы за счет изменения площади поверхности. Иначе говоря, при ос $ 2/3 происходит активная пере ­ стройка формы тел. Подобное преобразование геомет ­ рической формы тел реализуется только при се = 2/3. Исследования геометрических характеристик рако ­ вины моллюсков Donax, Mitilus edulus. Patella pontica показали, что в процессе роста и развития моллюсков (исключая эмбриональную стадию, которая не изуча ­ лась) форма раковин изменяется, хотя и остается фено ­ типически постоянной. Для этих моллюсков показатели степени функции F (V) имеют значения меньше 2/3 (рис. 30); при этом, коэффициент к может при­ нимать значения, сопоставимые с аналогичными зна ­ чениями для икосаэдра (раковина моллюска Donax) , додекаэдра (раковина моллюска Mitilus edulus) и тет ­ раэдра (раковина моллюска Patella pontica) . Этот факт является несколько неожиданным, так как указывает на существование в живой природе форм, очень близких по своим геометрическим характеристикам к наиболее упорядоченным и организованным геометрическим фор ­ мам, и в то же время построенных по иному принципу. В настоящем исследовании показано, что с феномено ­ логических позиций описание процесса развития систем природы, стремящихся к устойчиво стационарному сос ­ тоянию, соответствует термодинамической теореме Пригожина, согласно которой уровень продуцирования энтропии системы постоянно снижается и становится равным нулю в стационарной стадии. В онтогенезе живых систем, к которым относятся и архитектурные системы, выделяются четыре стадии развития: эмбриональная (начальная, зародышевая) , стадия роста, зрелая стадия и агональная (стадия гибе ­ ли) . В математическом отношении развитие систем можно описать логистической или похожими на нее функциями. Параметрами этих функций могут быть площадь поверхности и объем системы, т.е. по состоя ­ нию параметров F( t ) и У( т ) можно судить о той или иной стадии развития системы (рис. 31, 32). Изменение энтропии системы адекватно отражается ее геометрическими параметрами: площадью поверх ­ ности F и объемом I/. По их изменению, величине можно судить о том или ином состоянии системы на временном интервале ее развития (рис. 33). В исследовании показано, что геометрическая форма живых систем природы в процессе развития не остается подобной самой себе. В эмбриональной стадии развития скорость изменения площади поверхности системы пре­ обладает над скоростью увеличения объема; в стадии роста соотношение обратное. Наиболее значительные из ­ менения геометрической формы наблюдаются в эмбрио ­ нальной стадии развития системы (рис. 34).

* ©Biittner Oskar, Натре Е. (DDR) .