Дизайн городской среды и интерьера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Модульная архитектура в экстремальных условиях: концептуальный подход через призму мирового опыта

1.1 Модульная архитектура. Определение, предпосылки, ключевые характеристики

1.2 Функциональная типология

1.3 Сфера применения модульной архитектуры

1.4 Теоретические основы быстровозводимых комплексов

1.5 Исторический и современный теоретический опыт

1.6 Строительство в арктических условиях

1.7 Отечественная наука в Арктике. Статистика и современное положение

1.8 Автономное строительство - задачи, принципы, технологии

Глава 2. Комплексный анализ проектной ситуации

2.1 Географические данные и климатические характеристики

2.2 Население, инфраструктура, экология

2.3 Анализ участка проектирования. Градостроительная ситуация

2.4 Аналоги - обоснование, анализ, выводы

2.5 Типология концептуальных подходов в контексте строительства в экстремальных погодных условиях. Анализ мирового опыта и предложений

Глава 3. Модульный научно-жилой комплекс в Арктике: рекомендации и практическая разработка

3.1 Ключевые факторы

3.2 Конструкция модуля как множественно определяющий фактор

3.3 Технологические операции

3.4 Генеральный план и вертикальная планировка

3.5 Формообразование комплекса

3.6 Объемно-планировочные решения

3.7 Конструктивная составляющая

3.8 Инженерные системы

3.9 Экологическая составляющая

Заключение

Список литературы



Введение

арктический модульный строительный инженерный

Актуальность исследования

Проблематика модульной архитектуры в экстремальных условиях - тема достаточно обширная и многосоставная. Исследование в данной области, несмотря на принятые рамки, не может однозначно определяться только одним фактором или направлением. Любой аспект строительства и жизнедеятельности в неблагоприятных условиях - это комплекс из нескольких составляющих, взаимодействующих друг с другом и проистекающих друг из друга. Актуальность выбранной темы исследования также основана на нескольких ключевых факторах.

Первый фактор. История современной России отмечена возрождением и активизацией интереса к стратегическим направлениям, позиции по которым были утеряны в недавнем прошлом. Одним из таких “реанимированных” направлений является освоение Русской Арктики - обширных арктических территорий евразийского континента, включая Крайний Север и Дальний Восток. Геополитическая борьба за колоссальные ресурсы в условиях глобального кризиса и непременной конкуренции со стороны других стран - тот глобальный фактор, который лежит в основе ревитализации арктического направления (прил.1)

Резко возросший интерес к проблеме освоения арктических территорий продемонстрировал 2014 год - бурное обсуждение, активизация интереса к ключевым проблемам была продемонстрирована буквально во всех сферах власти и общества - от международных конференций (4-я международная конференция по Арктике в Нарьян-Маре) до средств массовой информации и научно-популярной публицистики (специальный проект “Русская Арктика”).

Основной стратегический, экономический интерес - разработка месторождений и добыча углеводородов - как и в советские времена, сталкивается с главной, серьезнейшей проблемой - суровостью, экстремальностью климатических условий.

Имея в основе богатейшую научно-исследовательскую базу, сформированную в советские времена, современная исследовательская мысль, тем не менее, сталкивается с комплексом нерешенных задач. Проблема адаптации, трансформации максимально недружелюбной местности в среду, доступную для обитания, трудовой и жизнедеятельности - вопрос, который в первую очередь призвана решить архитектура в комплексе с современными научными и инженерными и технологиями.

Второй фактор актуальности - те ключевые преимущества модульной архитектуры, которые сегодня достаточно убедительно демонстрируются строительной отраслью, но которые остаются частными, одиночными проектами, в противовес капитальной массовой архитектуре. Быстровозводимость и мобильность, экономичность, высокая технологичность и минимизация воздействия на среду - те качества, которые необходимо проанализировать и обоснованно ввести в практическую часть магистерской работы. Сделанные выводы и принятые решения станут актуальным подспорьем сравнительно молодому направлению - модульной архитектуре.

Таким образом, проведенное исследование является максимально актуальным и отвечающим важнейшему направлению в развитии современной российской научно-технической мысли.

Состояние вопроса

Как отмечалось ранее, комплекс вопросов, формирующих собой проблематику автономного модульного строительства в экстремальных условиях, охватывает широкий ряд исследовательских аспектов - архитектурно-планировочный, объемно-пространственный, технологический, инженерный, экологический, энергетический и социальный.

Исследовательская литература по данным аспектам представлена как отечественными (в большей степени советскими), а также западными (современными, отвечающими последним научным и инженерным решениям) источниками.

Так, мобильная архитектура проанализирована в работах В.Колейчука, Н.Сапрыкиной, А.Гайдучени, В.Гребнева, А.Сикачева. Вопросу трансформации архитектуры посвящены труды А.Баталова, И.Лучкова. Вопросы ресурсо- и энергосбережения освещены в исследованиях С.Зоколея, Ф.Тромба, А.Акопджаняна, Б.Андерсона, О.Афанасьевой. Проектирование жилья в экстремальных условиях Крайнего Севера анализируется в работах Г.И.Мярса, В.Г.Танкаяна, К.Карташовой, Н.Сапрыкиной, А.Сахарова.

Очевидно, что труды советских исследователей требуют “трезвого” подхода, анализа и переработки через призму современных научных и технологических тенденций. Основой для такого переосмысления могут стать западные источники, посвященные проблематике автономного, модульного и энергоэффективного жилья.

Цель работы

Разработка концепции и принципов формирования модульной архитектуры в экстремальных условиях российской Арктики.

Задачи исследования

Путем анализа и дальнейшего синтеза современного опыта, технологий и разработок в области архитектуры и строительства в экстремальных климатических условиях, разработать:

Концептуальные решения и принципы формирования современного модульного комплекса в условиях арктического климата;

Выявить факторы, влияющие на формирование концепции, принятие архитектурных, объемно-планировочных и связанных инженерно-технологических решений;

Выработать исследовательскую, теоретическую и практическую основу для дальнейшей углубленной разработки проблематики и дипломного проектирования;

Изучить современные строительные, инженерные и технологические решении в области энергосбережения, автономного энергообеспечения, возобновляемых источников энергии, экологического строительства и вторичного использования материалов.

Объект исследования

Объектом исследования и практической разработки принят научно-исследовательский комплекс, составленный из лабораторно-исследовательской, жилой (бытовой) и рекреационной частей. Функции комплекса - обеспечение автономного цикла жизнедеятельности научно-исследовательской группы с целью мониторинга экологической ситуации и степени загрязнения окружающей среды, а также сбора геологических и метеоданных, поддержки волонтерской деятельности и экотуризма.

Проектное местоположение комплекса - остров Белый, расположенный в Карском море (Ямало-Ненецкий а.о.). Данный остров, расположенный в зоне арктического климата, сегодня является местом регулярных экологических экспедиций. призванных улучшить экологическую обстановку на острове, бороться с загрязнением окружающей среды. Деятельность профессионалов и волонтеров-добровольцев уже приносит серьезные результаты (прил.2) Четвертая экспедиция состоялась в 2015 году (прил.3), в августе 2016-го планируется очередное мероприятие. Остров также является локацией, обладающей научно-мониторинговой значимостью - с 1933 года на его территории существует полярная метеостанция имени М.В.Попова, с 2014-го - круглогодичный научный стационар мониторинга природной среды, созданный в рамках долгосрочной программы по очистке и изучению острова. Биосфера острова, мониторинг состояния мерзлотных грунтов, климатические изменения - лишь часть научных параметров, подлежащих изучению и контролю. Исходя из этих предпосылок, а также вследствие суровости природных условий, остров выбран мною как подходящее место для автономного модульного комплекса, включающего в себя как научно-исследовательские (мониторинг окружающей среды и метеорология), так и жилые (размещение сезонно работающих исследователей, а также волонтеров-участников экологических экспедиций).

Предмет исследования

Современные архитектурные, объемно-пространственные тенденции и принципы модульного строительства в условиях экстремального арктического климата.

Границы исследования

Границы исследования определяются:

- функциональным назначением элементов-модулей - научно-исследовательская (лабораторный модуль), жилая (жилой, или бытовой модуль), рекреационная функция;

- климатическими условиями зоны проектирования - преобладание ключевого погодного фактора (ветер, снежный покров и пр.) над остальными;

- экологическим модулем деятельности исследовательского комплекса.

Новизна работы

Новизна работы заключается в анализе и последующем синтезе отечественного (включая советский период) и современного зарубежного опыта в сфере технологий модульного, энергонезависимого и экологически безопасного строительства.

Методика исследования

Анализ литературных печатных и интернет-источников, нормативных документов и научно-исследовательских трудов в области модульного строительства в экстремальных условиях;

Анализ отечественного и мирового практического опыта в контексте изучаемой проблемы;

В качестве вспомогательных методов - систематизация материала, графоаналитический метод, компьютерное моделирование.

Практическое значение работы

Практическое значение обосновано актуальностью исследовательской работы. Вопрос “повторного” освоения российской Арктики и разработки природных ресурсов поднят на самом высоком уровне. Сформирована и принята на повышенный контроль государственная программа “Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года”, редакция которой в настоящее время обновляется и актуализируется. Северный вопрос ожидает немалых инвестиций (так, Роснефть к 2020 году планировала вложить в разработку арктических нефтяных месторождений до 400 миллиардов долларов). Таким образом, актуальность, перспективность и практическая целесообразность исследовательских наработок в данной сфере, помимо научной составляющей, подтверждается также с политической и с экономической точек зрения.



Глава 1. Модульная архитектура в экстремальных условиях: концептуальный подход через призму мирового опыта

Теоретические основы модульной концепции имеют глубокий фундамент. Немалое количество научно-исследовательских трудов, как отечественных, так и зарубежных, посвящено всестороннему изучению модульности как явления, проблематики, перспективы. И если модульная архитектура и по сегодняшний день является более теоретическим, концептуальным направлением (несмотря на определенные и учащающиеся попытки практической реализации), то характеристики “мобильность” и “быстровозводимость” давно и уверенно перешли в практическую плоскость строительства.

Изучаются как общие, так и довольно узкие аспекты. В отечественной строительной теории крупный пласт трудов посвящен северному контексту, проблематике экстремального холода и труднодоступной местности, что по сути своей явилось ответом на активное освоение северных территорий, целинных земель, богатую практику геолого-разведывательных экспедиций и т.п.

В то же время западная архитектурно-строительная мысль методами быстровозводимого и мобильного строительства решала жилищный вопрос, в котором достигла определенного прогресса. Очевидно, что такой процесс сопровождался соответствующей научно-теоретической поддержкой.

1.1 Модульная архитектура. Определение, предпосылки, ключевые характеристики

Заявленную идею магистерской работы можно развернуть в следующем виде: “модульная (быстровозводимая, мобильная) автономная научно-жилая станция в экстремальных условиях русской Арктики”.

Очевидно, следующие ключевые узлы требуют детального анализа:

Что в историческом срезе и на сегодняшний день представляют собой модульная, быстровозводимая, мобильная модульная архитектура?

Какими факторами определяется строительство в условиях русской Арктики и в экстремальных погодных условиях в целом?

Какие современные технологии позволяют добиться автономии функционирования и жизнедеятельности постройки?

Термин «модульная архитектура» в современном его значении синонимичен таким понятиям, как «модульное строительство», «мобильная архитектура», «быстровозводимые здания», «контейнерные дома».

Если провести зависимость между постройкой и временем ее возведения, формируется следующая типология:

1. Срочное возведение объекта (при чрезвычайных ситуациях, катастрофах, военных операциях, экспедициях);

2. Среднесрочное возведение объекта (вахтовые поселки, дачи);

3. Долговременное возведение (для постоянного проживания).

Как будет доказано далее, модульная архитектура благодаря своим уникальным характеристикам отвечает требованиям любой из категорий. Наиболее очевидны же преимущества такого строительного подхода при срочном возведении объектов.

Модульное здание - здание из модулей заводского изготовления, собранное из одного и более модульных блоков. Наиболее популярным образцом такого модуля является блок-контейнер, являющийся объемной стальной конструкцией с панельными или каркасными стенами и перекрытиями. Внешний вид такие контейнеры могут иметь самый разнообразный - от классических «гофрированных» морских контейнеров, до специализированных ячеек с заданной функцией (телекоммуникационные, приборные, компрессорные и т.д.)

Надо отметить, что в рамках западной строительной индустрии модульное строительство не ограничивается лишь блок-контейнерами (отсюда популярный термин “контейнерный дом”), это понятие гораздо шире. Модульная архитектура как явление, возникшее в 60-е годы XX века с подачи японских метаболистов, вбирает в себя как множество теоретических концептуальных явлений, так и практических граней человеческой жизнедеятельности.

Апологеты японского метаболизма, “прародителя” модульной архитектуры как явления и проблемы - Киёноре Кикутаки, Киёси Курокава, Кэндзо Танге, Исодзаки Арата - были в большей мере теоретиками-футуристами, решая тем не менее актуальные практические проблемы. Метаболистов привлекла борьба с преждевременным моральным старением сооружений, обгоняющим их технический износ. Сущность их теории - в системной архитектурной организации, распространяющейся на город в целом. Однако градостроительные претензии в условиях современного им общества наталкивались на непреодолимые ограничения. В Японии эти рамки были особенно тесны. Метаболисты не мечтали сломать их - они искали пути фрагментарной реализации своих идей в отдельных постройках. “Особенностями архитектурного языка метаболистов стали незавершенность, «недосказанность», относительная «деструктивность» и открытость структуры зданий для «диалога» с изменяющимся архитектурным, культурным и технологическим контекстом городской среды… Ещё один признак такой архитектуры -- её модульность, ячеистость, нагляднее всего иллюстрируемый на примере башни «Накагин» (Nakagin Capsule Tower) (архитектор К. Курокава)”. Модульная концепция оказала большое воздействие на современников (Archigram, Yona Friedman, Justus Dahinden, Моше Сафди и т.д.) и стала новым концептуально-философским методом поиска, осмысления и решения архитектурных проблем.

Из последней фразы следует вывести характеристики и качества, которые вкладываются в понятие “модульная архитектура”, а также регулярно проверяются на практике:

- модульность, “ячеистость” - архитектура, сформированная из модулей-ячеек. Модульность здания выражается в эстетических, формообразующих конструктивных, технологических аспектах. Модульное здание - это концептуальный подход, определенная философия проектирования;

- структурность - выраженная эстетика составных элементов, модульная тектоника. Такая архитектура вызывает определенные ассоциации с “целым, состоящим из множества” - соты, грозди, ветки с плодами и пр.;

- мобильность, гибкость - выражается в объемно-планировочном, функционально-технологическом, градостроительном подходах. Модульный подход обеспечивает вариативность в рамках отдельного модуля или структуры из множества блоков;

- быстровозводимость - характеристика, вследствие которой обеспечивается обозначенная выше гибкость модульного подхода. Возведения постройки из готовых модулей - процесс положительно отличающийся от капитального строительства. Модульность допускает процесс перекомпоновки, перестановки, перемещения блоков-ячеек;

- оптимизация строительного процесса, внедрение индустриальных методов (унификация, серийность) - производство модулей в заводских условиях непосредственно сказывается на качестве изготовления и сборки. Исключение природных факторов из процесса производства, применение автоматизированного оборудования, минимизация ручного труда - положительные качества мобильной архитектуры;

- минимизация работ на строительной площадке - включает в себя доставку цельного модуля (или составных элементов) на площадку, вертикальную планировку (при необходимости), организацию транспортных коммуникаций, монтаж модулей. Таким образом, исключается множество трудоемких этапов, сопутствующих капитальному строительству;

- экономическая эффективность как следствие двух последних пунктов.

Из минусов быстровозводимого строительства в современном понимании можно отметить ограниченную этажность (обычно не более трех этажей), недолговечность постройки и определенные объемно-планировочные ограничения. Хотя современная зарубежная архитектурная мысль показывает, что и эти ограничения вполне обходимы.

Технические и строительные решения, как правило, направлены на максимальное облегчение перевозки, монтажа и эксплуатации как отдельного блока-ячейки, так и смонтированной конструкции. Легкая конструктивная рама с облицовкой из эффективного материала, например, сэндвич-панелей (нередко съемных или взаимозаменяемых) - именно такое решение сегодня приобретает без преувеличения промышленных масштабов. Строительный процесс и эксплуатация более упрощается за счет предварительно смонтированного инженерного, санитарного и электрооборудования.

Нередко внешней облицовке модуля задаются специальные характеристики - устойчивость к экстремальным температурам, ветроустойчивость, возобновляемость и экологичность применяемых материалов.

Говоря о специфике применения технологии, стоит отметить определенный разрыв между отечественным и западным подходами к осмыслению модульной технологии. Если в России доминирует утилитарный, выражено практический подход к функции модуля (подсобные и бытовые контейнеры, «времянки», складские комплексы), то западная архитектура стремится также и к художественному осмыслению модульности как концепции, как архитектурного приема. Это подтверждается, как действительно воплощенными оригинальными жилыми (B-AND-BEE project, Compaan and Labeur, Belgium), общественными (Oceanscope, AnL studio, Song-do New City, Incheon, South Korea), так и концептуальными предложениями (Zaha-inspired shipping container kiosks, NL Architects, Seoul, South Corea).

Поддержка технологии быстровозводимого строительства осуществляется на широком уровне. Создаются ассоциации строителей, задействованных в индустрии модульного строительства, ставящих цель в увеличении продуктивности технологии, а также ее широком освещении во всех уровнях, включая государственные и федеральные (Modular Home Builders Association, Charlottesville, USA).

Деятельность лидеров в производстве и применении блок-контейнерной технологии сегодня достигает промышленных, а иногда международных масштабов (Contаinеx; Tоuаx; Algeco Scotsman), так что можно говорить о выраженном формировании модульной отрасли строительства. Так, вахтовый поселок в Астраханской области был выстроен австрийским лидером контейнерного производства Containex.

Поиск нестандартных решений ведется на всех уровнях архитектурной и строительной деятельности. Импульс к развитию и популяризации модульной концепции оказывают международные мероприятия с участием дизайнеров и проектировщиков самого высокого класса (Antarctopia, Antarctica's First Pavilion for 2014 Venice Biennial).

1.2 Функциональная типология

Сфера применения строений, возведенных по модульной технологии, ограничена рядом функций, которые могут выполнять составные модули-блоки, а именно:

- жилые постройки - данная категория объединяет в себе несколько направлений. Жилую функцию может выполнять как отдельный временный блок-контейнер на строительной площадке, так и жилая ячейка в составе комплекса блоков различной функциональной направленности, так и более долговечное сооружение. В первом случае модуль представляет собой стальную раму на болтовом соединении с облицовкой из взаимозаменяемых сэндвич-панелей и установленных на заводе сантехническим и электрооборудованием. В последнем случае модульность проявляется в максимальном использованием сборных конструкций, упрощении конструктивной схемы, оптимизации процессов. Такой подход культивируется на Западе, и в данном случае отличить модульную архитектуру от капитального строительства становится непросто (Seven Modular Housing in Covas, Ames, Spain)

- офисные - включает в себя разнообразные виды деловых и административных помещений, необходимость в которых возникает в условиях строительства, в том числе труднодоступного и строительства в экстремальных условиях;

- общественные - детские сады, выставочные залы, магазины и всевозможные креативные пространства - также могут быть решены методом быстровозводимого строительства (строительство восьми модульных детских садов в Таганроге);

- складские - широчайший диапазон применения модульной технологии для быстрого возведения складских помещений. Данная область быстровозводимого строительства на сегодняшний день широко представлена и на отечественном рынке;

- строительство в экстремальных условиях - включает в себя как отечественный (в большой степени, советский) опыт возведения полярных научно-исследовательских станций, так и зарубежные технологии строительства в условиях экстремального холода (the Halley VI Antarctic research station);

- бытовые и подсобные;

- санитарные.

1.3 Сфера применения модульной архитектуры

Анализ отечественной и мировой строительной практики позволяет определить следующие области, в которых применения модульной архитектуры является наиболее целесообразным:

в добывающей промышленности - вахтовые поселки буровых и эксплуатационных бригад, поселки экспедиционного способа разработки месторождений, лесные базы, глубинные поселки и пр.;

в сельском хозяйстве -- сезоннообитаемые жилища животноводов, рыболовецкие и охотничьи станы;

в науке -- различных научно-исследовательских экспедициях, для освоения новых территорий;

геологических, археологических и других видах исследовательских экспедиций;

Социальное жилье, строительство в ограниченных экономических условиях;

Передвижные выставочные, ярмарочные, торговые пространства и т.п. - любая индустрия, требующая мобильной инфраструктуры и регулярной смены локации;

Арт-объекты - создание и демонстрация креативных пространств - галереи современного искусства, смотровые вышки, рекреационные зоны и пр.;

Строительство в условиях чрезвычайных обстоятельств (стихийные бедствия, военные действия, гражданские катастрофы и пр.);

В труднодоступных и экстремальных погодных условиях - аспект, отвечающий теме дипломного проектирования (всевозможные промышленные, инфраструктурные, научно-исследовательские, жилые объекты в удаленных и неблагоприятных точках планеты).

1.4 Теоретические основы быстровозводимых комплексов

Быстровозводимые здания и сооружения -- объекты, конструкции которых обеспечивают их оперативный монтаж со сроками, значительно меньшими по сравнению с нормативной продолжительностью строительства. Как правило, быстровозводимые объекты, в отличие от мобильных, не предназначаются для разборки и транспортирования на новое место. Совокупности функционально взаимосвязанных быстровозводимых и мобильных объектов и их инженерных систем формируют быстровозводимые и мобильные здания и комплексы.

Целесообразно выделить некоторые рациональные области использования человеком мобильных комплексов:

а) массовое жилищно-гражданское строительство в мирное время с передислокациями и эксплуатацией в нескольких местах;

б) массовое строительство в мирное время -- с внутренней адаптацией и трансформацией, но без передислокации;

в) локальное использование в мирное время для нужд гражданской обороны, в чрезвычайных ситуациях и при ликвидации последствий стихийных бедствий -- для временного обустройства населения с последующей передислокацией и предоставлением пострадавшим капитальных объектов;

г) локальное использование в мирное время -- для военных нужд;

д) массовое и локальное применение в военное время -- для оперативного обустройства войск, переселенцев, беженцев и других категорий гражданского населения.

К быстровозводимым комплексам можно отнести объекты из особых, часто некапитальных конструкций, которые позволяют построить здание в сроки, значительно меньшие, чем это предусмотрено для сопоставимых капитальных конструкций по принятым нормам продолжительности строительства. Они не рассчитаны на последующую разборку, транспортирование и монтаж. Главной целью быстровозводимых комплексов является сокращение сроков строительства и ускорение ввода в эксплуатацию.

Стоит отметить преимущества быстровозводимых комплексов: конструктивная возможность последующих неоднократных процессов монтажа и демонтажа, быстрота монтажа и демонтажа, возможность монтажа и демонтажа силами необученного населения, транспортабельность различными видами транспорта, Ускоренный ввод в эксплуатацию производственных комплексов для выпуска продукции, Ускоренное развертывание временных вахтовых поселков и выполнение специальных задач (таможня, погранпосты и т.д.), Легкость конструктивных элементов, возможность ручного монтажа и демонтажа, легкость и простота монтажного процесса, высокое качество изделий и узлов, Унификация, стандартизация и типизация планировочных и конструктивных решений, Возможность автономного функционирования.

Существуют следующие области наиболее эффективного использования быстровозводимых и мобильных комплексов:

- ускоренное типовое жилищное строительство;

- возведение индивидуальных и нетрадиционных жилых объектов;

- строительство объектов соцкультбыта в труднодоступных и малоосвоенных регионах;

- оперативное обустройство строителей и геологов;

- временное расквартирование войск Минобороны;

- ускоренное обустройство спасательных служб МЧС;

- базирование спецподразделений МВД, ФПС и ФСБ;

- обеспечение жильем населения в чрезвычайных ситуациях и т. д.

Разработка перспективных быстровозводимых систем должна базироваться на учете их полного жизненного цикла, состоящего из следующих основных стадии: долгосрочного, среднесрочного и текущего прогнозирования, перспективного и оперативного планирования; экспериментального и типового проектирования; опытного и серийного производства; транспортирования; монтажа; демонтажа; собственно эксплуатации; консервации и ликвидации.

В соответствии с отечественными исследованиями, классификационное деление быстровозводимых зданий выглядит следующим образом. По виду гражданские мобильные объекты представлены 5 группами:

- жилые;

- общественные;

- производственные;

- складские;

- вспомогательные.

Обозначенные категории имеют свыше 70 разновидностей (прил.4). По исполнению они подразделяются на применяемые преимущественно в северных, обычных и южных природно-климатических условиях.

1.5 Исторический и современный теоретический опыт

Теоретическая разработка модульной концепции ведется на разнообразных уровнях и аспектах.

Типология формообразования модульной архитектуры основана на разнообразных вариантах блокировки модулей (прил.5) - одиночные модули, двойная смежная блокировка, Т-образная, L-образная, С-образная (с внутренним двором), Z-образная, тройная блокировки и пр. Таким образом обеспечивается вариативность объемно-планировочных решений, выполнения разнообразных строительных задач в рамках использования единого типового модуля.

Отечественной научной базой проведено глубокое изучение проблематики мобильного жилища. Был проведен разносторонний анализ такого аспекта, как экстремальный погодный контекст в мобильном строительстве. В рамках данных исследований термин “мобильное” по отношению к жилищу применяется и рассматривается в двух аспектах. С одной стороны, он означает соответствие жилища изменяющимся потребностям и образу жизни людей, с другой - понимается как физическая подвижность, проявляющаяся в трансформации и передвижении. В свою очередь трансформация включает:

качественное изменение здания путем преобразования внутренних элементов при сохранении его постоянных размеров, что обеспечивает многофункциональное использование внутреннего пространства зданий;

количественное изменение размеров здания, связанное с его конструктивной трансформацией.

Не отвергая общепринятую классификацию существующих инвентарных зданий (выделяющую 3 основных типа: сборно-разборные, контейнерные и передвижные), была сформирована расширенная в зависимости от конструктивно-технологических решений типология: (прил.6)

здания из сборно-разборных элементов - решены, изготовлены, перевезены и смонтированы из отдельных конструктивных элементов, не являющихся самостоятельной объемно-планировочной единицей;

здания из объемно-пространственных элементов - в зависимости от способа передвижения подразделяются на контейнеры (здания из объемно-пространственных элементов, представляющих собой самостоятельную объемно-планировочную единицу или целое здание) и трейлеры (контейнерная единица с возможностью самостоятельного передвижения);

здания из трансформирующихся элементов - обладает возможностью изменения объема и габаритов как в процессе монтажа, так и эксплуатации;

разнообразные комбинации перечисленных типов - сочетание объемных и сборно-разборных элементов, сборно-разборных и трансформирующихя элементов, объемных и трансформирующихся элементов.

Принятая типология, в зависимости от конструктивных особенностей и технических характеристик имеет дополнительное, уточняющее разделение на подтипы: каркасно-панельные, панельные, смешанные конструкции, одноблочные и многоблочные контейнеры, здания из складных или раздвижных типов конструкций и т.п. (прил.7).

Если говорить о функционально-временной связи между мобильной архитектурой и выполняемыми ею задачами, можно провести следующий параллели. Методы проведения работ и стадии освоения новых территорий или видов деятельности взаимосвязаны. На этапе пионерного освоения применяют вахтенный метод, поселки создают на базе мобильных домиков, оснащенных ходовой частью, или из контейнерных блоков. Экспедиционный и экспедиционно-вахтенный методы применяют на стадиях неустойчивого развития и относительной стабильности. Периоды эксплуатации поселений, а, следовательно, и построек здесь значительно продолжительнее. Базовые поселения обычно рассчитывают на длительное проживание работников с семьями, поэтому требования к комфортности жилых построек в этих поселениях более высокие. Здесь наибольшее распространение получили панельные и контейнерные постройки. В практике современного обустройства временных поселений наибольшее распространение получили три группы мобильных жилищ: полносборные, оснащенные ходовой частью; контейнерные цельные или сборные из отдельных блоков; панельные из плоских или плоских и линейных элементов. Они отличаются мобильностью, сборностью, кратностью перемещений и уровнем комфортности.

Также ведется классификация и структуризация наработок по определенным функциональным направлениям модульного строительства. Так, работы в области малоэтажного индустриального домостроения и его стандартизации для Крайнего Севера и Сибири проводились в ряде научно-исследовательских и проектных институтов - ЦНИИОМТП, ЛенЗНИИЭП. Результатом обобщения разработанных классификаций является следующая классификационная модель малоэтажного индустриального жилища (прил.8). Анализ конструктивно-пространственных решений этажного жилища, специфических особенностей строительства, монтажа, транспортировки и степени заводской готовности элементов, выпускаемых домостроительными предприятиями, позволил выделить основные его типы: мобиль и сборное жилище.

Последние, в свою очередь, подразделяются на следующие подгруппы: мобиль -- на объемное н трансформирующееся жилище; сборное -- на сборно-разборное, индустриальное легкое сборное стационарного типа. Выделяемый тип малоэтажного индустриального домостроения -- быстровозводимое малоэтажное жилище включает все эти виды, а также семь смешанных подтипов, которые образуются на основе сочетания основных групп малоэтажного жилища: объемного с трансформирующимся; объемного со сборно-разборным; объемного со сборным индустриальным стационарного типа; сборно-разборного с трансформирующимся; сборного индустриального стационарного типа с трансформирующимся; сборно-разборного, объемного и трансформирующегося; трансформирующегося, объемного и сборного индустриального стационарного типа жилища.

Другой характерный пример - типология мобильных архитектурных сооружений для отдыха. Сфера организации массового рекреационного обслуживания является довольно перспективной, при этом западная индустрия накопила солидный опыт в данной области. Наиболее яркий пример такой архитектуры - трейлер, или дом на колесах. Объемные и конструктивные решения мобильных сооружений данного назначения весьма разнообразны: от небольших картонных домиков до сложных комплексов, включающих здания жилого и обслуживающего назначения. В целом можно выделить следующие наиболее характерные для них черты (прил.9):

- вариабельное использование ограниченного числа объемных форм, создание на основе модульных элементов разнообразных архитектурных образований;

- рациональная организация внутреннего пространства, применение многофункциональной и трансформируемой мебели и оборудования;

- применение легких высокоэффективных материалов, позволяющих сократить время и стоимость изготовления и монтажа зданий;

- оптимальное взаимодействие формы и конструкции зданий, обеспечивающее наиболее целесообразную работу материала и снижение веса конструктивных элементов.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод об актуальности и серьезной теоретической разработке проблематики модульной и быстровозводимой архитектуры. На основании собранной информации необходимо принимать наиболее уместные и рациональные практические решения.

1.6 Строительство в арктических условиях

Как известно, для районов РФ с экстремальными условиями природного характера (к которым, помимо районов Крайнего Севера, относятся районы Сибири и Дальнего Востока) свойственно возникновение чрезвычайных ситуаций природного характера, к которым относятся:

- гидрометеорологические явления (тайфуны, смерчи, ливневые дожди и наводнения, град, обледенение, морские бури, ураганы, сильные морозы, метели, туманы);

- гидрогеоморфологические явления (сели, оползни, лавины, карст);

- эндогенные (землетрясения, вулканические явления, цунами).

Строительство в условиях Севера представляет собой огромный, сложный и крайне актуальный для России пласт строительной науки и индустрии. Такие районы занимают почти треть нашей страны, если учесть не только высокие широты, но и территорию с вечной мерзлотой, которая простирается от Воркуты до берегов Тихого океана и охватывает весь северо-восток, включая Полярный Урал, Ханты-Мансийский округ, Таймыр, Якутию и Чукотку. Южные границы мерзлоты простираются до Читинской области.

Арктические широты, как территория экстремально неблагоприятного климата, являются средоточием следующих природно-климатических явлений:

Специфика инженерно-геологических условий. Самый серьезный комплекс инженерно-строительных проблем обусловлен явлением вечной мерзлоты в данных широтах. Физико-механические свойства мерзлых пород имеют существенные особенности. Наличие льда в порах и трещинах предопределяет их повышенную сжимаемость, пониженное сопротивление сдвигу и склонность к пластическим деформациям. При оттаивании лед превращается в воду и происходит резкое снижение прочностных свойств грунта. Мерзлые грунты при длительной нагрузке проявляют пластичные свойства.

Нестабильность данного природного явления становится причиной следующих характерных явлений:

талики - прослои талых отложений среди многолетнемерзлых пород, которые обычно возникают в результате фильтрации воды. Талики представляют серьезную опасность, так как талые, несвязные водонасыщенные грунты обладают очень низкой несущей способностью;

солифлюкция - медленное оплывание тонкодисперсных грунтов в период оттаивания. Это явление может возникнуть даже при небольшом уклоне поверхности в 3-4 градуса. Скорость перемещения грунтов составляет несколько сантиметров в год, но этого достаточно, чтобы здание «поехало»;

бугры пучения - следствие промерзания пород при поступлении напорных подземных вод. Они могут иметь диаметр 30-40 м, а высоту 1-2 м и более. Появление таких бугров часто ведет к сносу построенных зданий;

морозобойные трещины - появляются в результате неравномерного замерзания массива по глубине, особенно при резком похолодании. Ширина таких трещин нередко достигает 0,2-0,5 м, а глубина 10 м и более. Естественно, ленточные фундаменты при этом попросту разрываются;

термокарст - результат локального вытаивания льда в грунтах, после чего образуются провалы (поноры), которые заполняются водой. Глубина поноров может достигать нескольких метров, а диаметр - десятков, а иногда и сотен метров. Термокарст развивается при уничтожении растительного покрова, планировке строительных площадок и прочих земляных работах;

наледи - возникают как следствие промерзания грунтов на участках подземного стока воды, часто формируются на склонах долин и в руслах рек и ручьев;

оттаивание вечномерзлых грунтов вследствие природно-техногенных факторов - утечки из водонесущих коммуникаций, отепляющее воздействие коммуникаций в результате недостаточной изоляции, снижение отражающей способности солнечных лучей, снежные заносы, нарушение растительного покрова и т.п.

Низкие температуры в продолжительный период года, длительный зимний сезон. К примеру, северная часть Ямало-Ненецкого округа относится к арктической климатической зоне. В этой зоне самый суровый климат. Климат арктической части характеризуется длительной, холодной и суровой зимой с сильными бурями, морозами и частыми метелями, малым количеством осадков, очень коротким летом (50 дней), сильными туманами. В течении зимы держится преимущественно очень низкая температура (около -35°С), абсолютный минимум температуры -67°С. Данный фактор является причиной повышенного внимания к теплозащитным свойствам наружных ограждений.

Высокая ветровая нагрузка (часто в сопровождении метели), ведущая к значительным изгибающим напряжениям конструкций. Также воздухонепроницаемость ограждений при таком погодном явлении представляет определенную техническую проблему. Стоит помнить и о трудностях жизнедеятельности при таком климате. Скорость ветра в один метр в секунду, по ощущениям человека, понижает температуру воздуха на два градуса. Например, когда температура -40 и дует ветер в 18 м/с, мороз получается на уровне -80. Местный климат по жёсткости уступает только антарктическому.

Снежные заносы

Арктическая фауна, характерным и наиболее опасным представителем которой является полярный медведь.

Проблематика строительства в суровом климате достаточно подробно разработана отечественной наукой. Изучены предпосылки, произведен поиск решений, сделаны выводы. В соответствии с разработанной теорией, в контексте экстремальных условий можно говорить о некоторой предопределенности архитектуры, инженерно-технических решений, даже внешнего облика. Решение задач в таких условиях обуславливается целым рядом объективных факторов экономического, экологического и политического характера.

- экономия энергии. Известно, что потребление энергии в зданиях непосредственно зависит от климата, в котором они находятся, инженерно-технических систем жизнеобеспечения внутренней среды, свойств ограждающих конструкций и архитектурных решений самих зданий. В данном контексте представляются два метода преодоления проблемы. Классический путь борьбы с тепловыми потерями - совершенствование ограждающих конструкций зданий, обеспечиваемое в основном инженерными средствами: утолщением стен и слоя утеплителя на кровлях, применением более эффективных материалов для стеновых ограждений, специальных конструкций остекления. Второй способ, эффективность которого засвидетельствована рядом исследований, подразумевает применение архитектурных средств: соответствующей внутренней функционально-пространственной организации зданий и способности структуры застройки и самого здания противостоять воздействию неблагоприятных факторов климата;

- недостаток и экономия материалов. Высокая стоимость и недостаток строительных материалов также требуют знания климата для экономии и рационального их использования, создания эффективных конструкций низкой материалоемкости, широкого внедрения в практику строительства местных материалов. Важный резерв экономии материалов и конструкций также заключается в использовании рациональных архитектурно-планировочных решений.

- экономия пространственных ресурсов. Является важнейшей задачей архитектурно-градостроительного проектирования, так как оптимизация пространственной среды здания (города) снижает энергетические и материально-технические затраты на строительство и эксплуатацию. Минимизация внутреннего пространства здания по климатическим параметрам возможна за счет как рационального формообразования его функционально-пространственной структуры, так и более тщательного учета условий инсоляции, проветривания помещений и их многофункционального использования.

- экологизация науки и практики. Архитектуру в настоящее время можно рассматривать как деятельность по преобразованию естественной среды и формированию искусственной. Обеспечение диалектического единства этих двух сред - основополагающий принцип всей архитектурно-строительной деятельности. На протяжении всего существования архитектурная практика осознано приспосабливалась к природной среде. Однако именно настоящее время характеризуется резким обострением глобальной экологической проблематики и возрастанием значения экологических проблем в архитектуре.

- развитие региональных и национальных направлений в архитектуре. Это также во многом результат индивидуализации процесса проектирования, связи его с природой и местными условиями. Но с развитием средств информации и связей между отдельными регионами, сближением их материально-технических условий происходит и другой процесс - заимствование прогрессивных архитектурных форм, стилей, композиционных проемов.

1.7 Отечественная наука в Арктике. Статистика и современное положение

Полярные арктические станции являются научно-наблюдательными пунктами, локализующимися севернее Полярного круга. Ведутся регулярные метеорологические, геофизические, геомагнитные, гидрологические, а в отдельных случаях биологические и медицинские наблюдения. Часто проводятся геологические изыскания. Начиная с 60-х годов XX в. станции выполняют также задачи военного характера, в частности, акустического слежения за подлодками вероятного противника.

Станции населены учеными и техническим персоналом, а также членами их семей в редких случаях. Служба ведется вахтенным методом (максимум 6-12 месяцев).

На данный момент можно классифицировать полярные станции следующим образом:

Стационарная станция - возводится на материковой или островной части Арктики;

Дрейфующая станция -- (научно-исследовательская станция, создаваемая на дрейфующих льдах в глубоководной части Северного Ледовитого океана), также подразделяются на:

обитаемые людьми дрейфующие станции;

автоматические дрейфующие станции.

Российская наука в Арктике ведет отсчет с 1929 года, когда на месте зимовки "Святого Фоки" в бухте Тихой на острове Гукера была открыта первая отечественная станция на архипелаге Земля Франца-Иосифа. С тех пор русская арктическая миссия накопила огромный теоретический и практический опыт, пережила бурное развитие в советский этап освоения Арктики, сейчас же после длительного упадка вновь возвращается к полноценной деятельности.

Сеть полярных гидрометеорологических станций является основой мониторинга (наблюдения-оценка-прогноз) природных процессов, протекающих в океане и атмосфере арктической области, знания о которых нуждаются в совершенствовании. Создание сети в 30-е годы прошлого века связано с этапом образования Главного управления Северного морского пути, а ее статус в то время определялся необходимостью информационного обеспечения мореплавания на трассах национальной транспортной магистрали Северного морского пути и полетов авиации в высоких широтах.

Пространственный охват, количество наблюдательных платформ и пунктов были весьма значительными. Комплексность измерений параметров природной среды достигалась за счет обширной топологии системы.

Первичная база погодного мониторинга, сформированная сетью научных арктических станций, также сделала регион более безопасным для освоения. В то время как на западе Арктики в 1933-1942 годах открылось около пятнадцати полярных станций, в Восточной Арктике их число за тот же период увеличилось примерно до тридцати, причем проникли они и в такие дальние уголки региона, как остров Генритетты. К рубежу 30-40-х годов сеть полярных станций в Арктической России насчитывала 75 единиц, в том числе в Баренцевом и Карском морях - 32, в море Лаптевых - 16, в Восточно-Сибирском море - 14, в Чукотском море и Беринговом проливе - 13 станций.

Научно-исследовательский профиль станций, прежде всего, определяется гидрометеорологическим профилем. Начиная с 1883 года (именно тогда возникла первая российская полярная станция Малые Кармакулы) данную функцию выполняют станции, обсерватории, дрейфующие научные станции, количество которых имело положительную динамику (прил.10).

В 1985 г. функционировали 110 основных метеостанций. Из них на 24 проводились аэрологические, на 24 -- актинометрические, на 80 -- морские (и речные) гидрологические наблюдения. 32 полярные станции являлись корреспондентами Всемирной метеорологической организации. Кроме этого в Арктике источниками информации являлись и другие наблюдательные платформы (дрейфующие станции, экспедиционные и транспортные суда, самолеты ледовой разведки и т. д.). Системный характер наблюдений обеспечивал информационные потребности государственной деятельности в то время. Новая экономическая среда, сформировавшаяся в последние 15 лет, предъявила иные подходы к организации хозяйственной деятельности. Северный морской путь фактически перестал существовать, утратив государственный статус. Современные требования к информационной сети теснее связаны с уровнем хозяйственного освоения полярных районов, иным содержанием государственных услуг, а также с дифференциацией источников финансирования работ в области гидрометеорологии и мониторинга среды.

Нехватка финансирования арктических Управлений гидрометеорологической службы повлекло значительное сокращение сети станций, с 2000-х же годов прослеживает положительная динамика. В последние годы отмечается очевидная стабилизация сети и восстановление 5 полярных станций. В настоящее время функционируют и передают информацию в автоматические станции погоды Росгидромета 52 полярные станции Мурманского, Северного, Якутского и Чукотского Управлений гидрометеорологической службы, на которых проводятся стандартные метеорологические (52 полярные станции), морские гидрологические (44 полярные станции), актинометрические (10 полярных станций), аэрологические (7 полярных станций) наблюдения. 32 полярные станции являются труднодоступными, 27 -- реперными, 23 -- корреспондентами Всемирной метеорологической организации (прил.11).

В работе сети существуют серьезные проблемы. Расстояние между метеорологическими пунктами в 2-2,5 раза, а между аэрологическими -- в 3-4 раза превышают допустимые пределы, и ведомственные нормативы плотности не выдерживаются. Из-за отсутствия наблюдений в высокоширотных районах архипелагов Новая Земля, Земля Франца-Иосифа, Северная Земля, островах Анжу, Де-Лонга -- конфигурация сети неблагоприятна. С точки зрения критериев климатического мониторинга и долгосрочного прогноза погоды не достигается даже уровень минимальной достаточности, который в результате специальных исследований определен в 63-68 полярных станций.

Недостаточное разрешение наблюдательной системы негативно отражается на качестве гидрометеорологических прогнозов, зачастую делая прогностическую деятельность малоэффективной.

Дефицит первичной информации уже привел к тому, что метеорологические прогнозы стали зачастую базироваться на данных зарубежных центров. Оправдываемость ледовых прогнозов снизилась из-за недостатка информации о толщине льда и фазах наступления критических ледовых процессов. Почти полностью прекращены инструментальные наблюдения за уровнем моря, дрейфом льда, волнением. Актинометрические наблюдения осуществляются, в основном, по сокращенной программе.

Стесненные условия из-за дефицита средств и времени определяют целесообразность направления основных усилий на поддержание прежде всего полярных станций, входящих в мировую климатическую сеть, для чего необходимы:

- реконструкция базовой инфраструктуры: капитальный ремонт жилых, подсобных помещений и устройств; установка энергосберегающего оборудования, замена систем тепло-водоснабжения и т. д.;

- удовлетворительное обеспечение сети стандартными метеорологическими приборами, а также вспомогательным оборудованием;

- установка современных спутниковых средств связи.

Очевидно также, что необходимо возобновлять практику регулярного возведения новых станций, в полной мере отвечающих требованиям современного строительства в экстремальных условиях. В данном аспекте положительный пример демонстрируют зарубежные антарктические комплексы, спроектированные для условий, в немалой степени аналогичных северным широтам.

1.8 Автономное строительство - задачи, принципы, технологии

Автономность здания является значимым фактором, напрямую оказывающим влияние на качество жизни его обитателей, а также энергонезависимость, экологическую устойчивость и безопасность постройки. Так, автономность зачастую подразумевает использование возобновляемых природных ресурсов, что ведет к снижению числа отходов в результате потребления невозобновляемой энергии (контейнеры, бочки, цистерны и пр.) Важен также экономический фактор, поскольку автономность ведет к ощутимому сокращению затрат на содержание и энергоснабжение постройки.