Применение инноваций в материалах: есть ли в архитектуре то, что нужно?
В начале курсов по архитектуре, которые я преподаю, мне нравится показывать слайд, на котором представлен обзор дизайна и технологий за последние сто лет. В левом столбце автомобиль начала 20 века (Ford Model T) парит над современным автомобилем (Tesla). Средняя колонка содержит аналогичное сопоставление, показывающее биплан времен Первой мировой войны и современный истребитель-невидимку (F-117A). В правом столбце здание Bauhaus Dessau, построенное Вальтером Гропиусом 1926 года, расположено рядом с современным городским многофункциональным зданием. Изюминкой, конечно же, является то, что два здания, разделенные примерно 100 годами, выглядят в основном одинаково, тогда как автомобили и самолеты, разделенные одинаковым промежутком времени, кажутся совершенно разными. Что является причиной этого?
Конечно, многое уже изменилось в архитектуре в прошлом веке, но многие из этих изменений не произошло в материальном или технологическом уровне. За почти два десятилетия, которые я практиковал и изучал архитектуру, мне посчастливилось работать над множеством разных типов зданий с использованием самых разных материалов. Я работал с утрамбованной землей в офисе Rick Joy ’s Tucson, штат Аризона, в офисе компании LEVER Architecture в Портленде, штат Орегон, и даже построил музей в Лос-Анджелесе и дом в Хэмптоне, используя композиты из стеклопластика, в то время как в Diller Scofidio + Renfro. Каждый из этих опытов - охватывающий разные типологии зданий в разных местах - дал мне некоторое представление об использовании нетрадиционных материалов в архитектуре и об инновациях в архитектуре в целом. Они также показали, что «материал» и «технологию» нельзя легко разделять; даже BIM - это, по сути, технология управления материалами и только во вторую очередь - координация и документация. (В следующем тексте я буду использовать их как взаимозаменяемые.)
Чего не хватает и что нужно
Я пришел к выводу, что в архитектуре не хватает строгой основы для понимания, анализа и применения материальных инноваций. Хотя в архитектуре нет недостатка в источниках материального вдохновения - посмотрите не дальше, чем кустарный промысел журнальных столиков, посвященных бетону, дереву и кирпичу - более полное обсуждение применения материалов, как правило, отсутствует. Источники обычно игнорируют одно или несколько важных соображений, которые напрямую соответствуют жизнеспособности в практическом архитектурном использовании.
Под инновациями в материалах я имею в виду разработку и применение материалов и / или их технологий, выходящих за рамки традиционных, систематизированных строительных технологий. Фантастические новые технологии разрабатываются во всем мире в различных отраслях промышленности, которые могут иметь огромный потенциал для улучшения нашей искусственной среды. И все же кажется, что технологии приходят в архитектуру медленно. Заметные исключения включают в себя массовое использование древесины на северо-западе Тихого океана или, в меньшей степени, углеродного волокна, которое используется в кампусе II Apple и в розничных магазинах. Эти материалы, казалось бы, могут предложить новые поразительные формы и архитектурные решения, повысить эффективность строительства и снизить воздействие на окружающую среду.
Более полная аналитическая структура для понимания архитектурных инноваций может помочь тем, кто в настоящее время работает в строительной сфере, а также тем, кто в настоящее время не работает. По моему опыту, многим перспективным технологиям и / или материалам препятствует незнание долгого и сложного процесса строительства; действительно, те, кто желает войти в относительно непрозрачную природу строительства и строительства извне, столкнутся с многочисленными препятствиями - понимание строительных норм и правил - лишь первое из многих.
Применение аналитической линзы
Фреймворк, который я предлагаю в своей новой книге " Композитная архитектура"(Архитектура Биркхаузера) построена на трех краеугольных камнях понимания: (1) архитектурная цель или амбиции, (2) процесс AEC и (3) перспектива жизненного цикла. Первое, архитектурное стремление, вытекает из предпосылки, что существует невероятное разнообразие различных и обоснованных архитектурных амбиций, которые варьируются в зависимости от использования, пользователей, местоположения, дизайнеров и строителей. Это отличает архитектуру от других продуктов, где области применения могут быть более узкими, а цели более очевидными. Второй краеугольный камень - хорошее понимание процесса архитектуры, проектирования и строительства (AEC), который с его многочисленными заинтересованными сторонами, участниками и составляющими может показаться посторонним запутанным; понимание того, где материал или технология вписываются в этот совместный процесс, имеет решающее значение. Третий краеугольный камень - это расширенная перспектива жизненного цикла, которая измеряет влияние любого материала или технологии от момента их возникновения до конца жизни (или, действительно, загробной жизни). С такой точки зрения при любом учете строительных материалов или технологий необходимо учитывать разработку, установку, использование и демонтаж.
Представленные здесь три краеугольных камня образуют взаимоусиливающую основу, на которой можно изучать, тестировать и применять архитектурные инновации. Заявление о намерениях запускает цикл, обосновывая все последующие дискуссии о пригодности любого дизайна, материала или технологии. Кроме того, этот контекст амбиций создает основу для общения всех участников и сотрудников проекта.
Любой перспективный материал или технология вскоре сталкивается с определенными проблемами и возможностями, поскольку сталкивается с соображениями (A) осуществимости, (B) проектирования и инженерии и (C) строительства. На этапе технико-экономического обоснования он подвергается анализу затрат и строительным нормам, в то время как эффективные средства согласования параметров проектирования, проектирования и изготовления играют роль в определении его жизнеспособности. Даже если жизнеспособность установлена, подрядчики все равно могут отменить ее по причинам опыта или логистики.
Если предположить, что наш материал или технология представляли достаточную ценность до этого момента, они все равно должны подвергаться тщательной проверке в соответствии с процессом их создания и разработки, режимами эксплуатации и обслуживания и, наконец, возможностью разборки и повторного использования (его жизненный цикл). .
Создание дела
Теперь давайте применим каркас к материалу для примера - массивной древесине . В качестве альтернативы конструкционному бетону или стали массивные деревянные конструкции имеют много потенциальных преимуществ. Наиболее часто упоминаемым преимуществом является экологическое или экологическое: массовая древесина - общий термин для стандартизированных строительных изделий из древесины, включая CLT, DLT, NLT, клею и массовую фанеру, среди других - является возобновляемым ресурсом, который представляет собой потенциальное сокращение в воплощенной энергииили углеродный след. Это может быть особенно верно по сравнению с альтернативными конструкциями из стали или бетона, но эти преимущества уменьшаются или отсутствуют, если сравнивать их с конструкциями, использующими легкий деревянный (палочный) каркас. Обременительные структурные требования, предъявляемые к массивной древесине, представляют собой еще одну проблему, и она приносит все меньшие выгоды в географических регионах, удаленных от устойчиво управляемых лесов (где транспортировка материала и / или нерациональное управление ресурсами сведет на нет некоторые из первоначальных / воплощенных выгод).
Переходя к этапу технико-экономического обоснования, массовая древесина сталкивается с проблемами, связанными с существующими строительными нормами. Большинство действующих строительных норм и правил в большинстве юрисдикций США допускают массовое деревянное строительство только в ограниченном количестве случаев. Хотя это быстро меняется , отчасти из-за согласованных лоббистских усилий со стороны представителей лесной и деревообрабатывающей промышленности, получение разрешения на строительство массовых деревянных конструкций за пределами ограниченной типологии зданий в этих юрисдикциях остается серьезным препятствием.
Но дополнительные преимущества массового использования древесины можно найти на этапе строительства из-за ее способности частично собираться за пределами строительной площадки. Опять же, это выгодно отличается от определенных типов зданий в определенных ситуациях и менее выгодно в других.
Визуальные и эстетические преимущества открытой древесины проявляются на этапах проектирования и эксплуатации при условии, что нормативные нормы для предложенной типологии здания не предписывают противопожарную защиту открытых деревянных поверхностей. Так обстоит дело с некоторыми типами и размерами зданий, что сводит на нет какие-либо эстетические преимущества массивной древесины в этих сценариях.
Это краткое и лаконичное применение концепции к случаю массового производства древесины сразу же приводит к нескольким важным выводам: в проектах, где присутствуют определенные экологические амбиции; местные запасы материалов хорошо управляются; разрешительные строительные нормы и правила; альтернативными конструкционными материалами могут быть бетон или сталь, но не легкое дерево; есть доступные поставщики и установщики, и желательна определенная эстетика, может быть уместна массивная древесина.
Таким образом, мы можем сразу определить ситуации, в которых массовая древесина была бы значимым, осуществимым и эффективным средством реализации определенных амбиций. Но мы также можем быстро понять, в чем заключаются препятствия, которые могут помешать более широкому внедрению этой технологии, и как их устранить. Например, сторонникам массового производства древесины необходимо устранять нормативные ограничения, развивать ресурсы среди поставщиков и подрядчиков в подходящих местах и отстаивать приоритетность конкретных экологических выгод, которые они приносят.
Содействие инновациям
Эта аналитическая основа может быть применена к любому материалу или технологии - как указано выше, эти две вещи часто соединяются в одном месте - чтобы получить представление о ее применимости, потенциале и конкретных проблемных точках в архитектуре и строительстве. Надеюсь, это поможет породить более полное и детальное обсуждение архитектурных материалов и технологий, как новых, так и существующих.
Например, в то время как массовая древесина в настоящее время наслаждается солнцем, другие материалы, такие как пластик, находятся на противоположном, нисходящем конце цикла моды. Проблема может заключаться в неправильном применении свойств для надлежащего использования. Прочность и устойчивость к разрушению окружающей среды, которые являются свойством многих типов пластика, возможно, совершенно не подходят для одноразовых применений, таких как упаковка или пакеты для продуктов. Но то же свойство исключительной прочности может изменить правила игры в правильных приложениях. Например, в приложениях гражданской инфраструктуры, таких как мосты и туннели, следует учитывать повышенную долговечность и более высокую прочность современных полимерных композиционных материалов - особенно по сравнению с материалами с более коротким сроком службы и / или более высокими затратами на техническое обслуживание. Расширенная перспектива оценки жизненного цикла может пролить свет на преимущества некоторых нетрадиционных материалов. Например, исключительные характеристики прочности к весу композитных материалов могут обеспечить новые архитектурные возможности, такие как те, что достигаются в зданиях Apple, и могут принести пользу проектам, в которых присутствуют эти амбиции.
В любом случае цель предлагаемой здесь аналитической основы - способствовать развитию материальных инноваций в архитектуре. Проведя более полный и всесторонний анализ, мы можем начать вносить свой вклад в более значимую оценку пригодности новых материалов и технологий в нашей разнообразной строительной культуре.
Никакая аналитическая структура никогда не бывает полной, и предлагаемая мною не является исключением. У каждого здания и проектной команды будут амбиции или соображения, выходящие за рамки описанных здесь. Однако метод трех краеугольных камней, описанный выше, должен обеспечить приблизительную схему для координации развития тех, кто вносит и надеется внести свой вклад в более инновационное будущее строительства. Это актуально сейчас, как никогда, учитывая меняющийся характер того, что, как и почему мы будем строить в будущем.