Главная / Новости / СМИ о нас / Sky Cities: вертикальный урбанизм будущего

Sky Cities: вертикальный урбанизм будущего

21 декабря 2017

Sky Cities: вертикальный урбанизм будущего

Филипп Никандров,главный архитектор ЗАО "ГОРПРОЕКТ"

Уважаемые читатели!

Предлагаем вашему вниманию первую статью из серии публикаций на тему "спиральная архитектура". Этот материал любезно предоставил нашей редации Филипп Никандров, главный архитектор проектной компании ГОРПРОЕКТ, выступление которого мы слушали на IV Международном форуме 100+ Forum Russia. Филипп Никандров является автором таких уникальных спиральных сооружений, как башня Эволюция в Москва-Сити и небоскреб Лахта Центра в Санкт-Петербурге (самая высокая башня Европы). В его футуристичной концепции вертикального города тема спирали раскрывает новые горизонты урбанизма будущего.
Журнал "Парадный квартал" третий год подряд является официальным информационным партнером 100+ Forum Russia и благодарит организаторов этого мероприятия за интереснейшую деловую программу, часть событий которой удалось посетить, записать, заснять, а также зарядиться энергией творчества.

В начале XXI века, со строительством ряда меганебоскребов высотой более 500 м, обозначились тупиковые проблемы в небоскребостроении, связанные с планировочными и техническими ограничениями: вертикальным транспортом, эвакуацией, противопожарной и антитеррористической безопасностью объектов, а также со сложнейшей логистикой строительного производства, влияющей на сроки и запредельную итоговую стоимость квадратного метра, что делает такие проекты единичными, нерентабельными, и потому практически бесперспективными с экономической точки зрения и не энергоэффективными с технической.

Это связано с тем, что меганебоскребы являются, по сути, крайне удлиненными версиями планировок обычных высотных зданий с центральным ядром, а такая планировка имеет определенные ограничения. Например, сейчас невозможно, с учетом проектных колебаний здания от ветра с амплитудой 1/500–1/1000 высоты, построить лифтовую шахту выше 600 м не столько из-за огромного веса тросов, сколько из-за того, что проектное отклонение стен шахты от вертикали при таких амплитудах уже угрожает целостности самих тросов и механизмов. Полная эвакуация населения небоскреба с высоты более 500 м по двум-трем лестницам физически затруднительна, а для многих вообще невозможна. При высокой типизации этажей средняя скорость возведения небоскреба – примерно 1 этаж за неделю, но при этом с увеличением высоты эта скорость начинает заметно снижаться (борьба с гравитацией во время строительства обходится весьма дорого!), поэтому срок возведения меганебоскреба высотой, скажем, 200 этажей будет не в 4 раза длиннее строительства 50-этажной башни, а раз в 5–7 длиннее, то есть речь идет о сроке строительства, равном среднему сроку окупаемости среднестатистического проекта (7 лет), что априори делает проект убыточным. Самая высокая на настоящий день башня – Бурдж-Халифа в Дубае была реализована, с одной стороны, благодаря личному финансовому спонсорству шейха Халифы, именем которого и была названа, с другой – за счет продажи квартир и офисов с видом на башню в прилегающих к ней кварталах, реализованных тем же девелопером Emaar. Как одиночные проекты меганебоскребы, как правило, убыточны, если говорить о строительстве как о бизнесе. Для дальнейшего роста зданий выше 600 м и при этом обеспечения их технической и финансовой жизнеспособности необходима совершенно иная объемно-пространственная концепция.

 

 

Другой аспект небоскребостроения – экоустойчивость. К концу XX века крепнущее и набирающее силу "зеленое" движение вовлекает в свою орбиту все больше архитекторов и инженеров, с первыми примерами энергоэффективных высотных зданий формируется представление о "зеленом небоскребостроении". Известные примеры установки на небоскребах неработающих либо неэффективных ветрогенераторов и солнечных панелей, примеры дорогостоящего высотного озеленения, содержание которого сравнимо со стоимостью энергозатрат по всему зданию, демонстрируют не только огромное желание девелоперов и архитекторов пиариться на "зеленой теме", но и формирующуюся тенденцию и искренние устремления, которым архитекторы и инженеры так и не смогли предложить адекватных планировочных и технических решений.

Пример небоскреба Taipei 101, изначально построенного без учета требований LEED, но впоследствии сертифицированного постфактум по высшему баллу LEED Platinum только на базе реконструкции и переоснащения инженерных систем, говорит о смещении акцентов в системе сертификации и о ее неполной адекватности в применении к высотным зданиям. Например, система сертификации не учитывает характеристики энергоэффективности систем вертикального транспорта, особенности фасадной конструкции (основной источник сезонных теплопотерь и теплопоступлений в здании). При этом ведущие международные системы сертификации зеленых зданий до сих пор не учитывают специфики высотного строительства, а имеющиеся системы подсчета баллов рассчитаны изначально на малую и среднюю этажность. Малоэтажные здания, имеющие непосредственный контакт с грунтом и окружающей природой, имеют гораздо больше шансов стать энергопассивными и даже иметь нулевое потребление энергии. В высотных зданиях, в силу огромной концентрации по вертикали полезных площадей на небольшом участке земли, на порядок меньше соотношение площади оболочки и площади фундамента к единице общей площади, что уменьшает возможности доступа к альтернативным источникам энергии в применении к кв.м, но при этом гораздо больше вес, площади и стоимость конструктива на той же единице площади и гораздо меньше выход полезных площадей: кроме огромных конструкций значительную долю объема здания занимают шахты вертикального транспорта и инженерных систем, техпомещения. Огромные средства и усилия тратятся на стабилизацию конструктивного каркаса против колебаний от ветровой нагрузки и землетрясений (связи жесткости, демпфирование, аутригеры, сейсмоизоляция и пр.). В силу вышеперечисленного "карбоновый футпринт" небоскреба огромен.

 

 

Например, так называемый каминный эффект в небоскребах не дает возможность полноценно использовать поэтажную систему естественной вентиляции, а борьба с гравитацией на период строительства и при последующей эксплуатации забирает очень много энергии, которую пока невозможно компенсировать при нынешних технологиях из известных возобновляемых источников. В силу чего энергопассивных небоскребов в мире пока нет, но при всем при этом у высотных зданий есть одно огромное преимущество перед малоэтажными – в применении к единице площади они наиболее эффективно используют земельный ресурс нашей планеты, максимально концентрируя функции и элементы среды обитания по вертикали. Однако типичные для всех мегаполисов мира проблемы высокоплотной урбанизации возникают в силу монофункциональности не только микрорайонов и кварталов города, но и отдельных высотных зданий, являющихся по площади и населению такими кварталами и даже микрорайонами. Люди живут в одних районах (кварталах, башнях), работают в других, отдыхают в третьих, осуществляют шопинг в четвертых и т.д., что, в свою очередь, генерирует огромный трафик всех видов городского транспорта. Этому способствует исторически сложившееся зонирование городов на промышленные территории и жилые зоны, а тех, в свою очередь, на богатые и бедные районы и т.д. Идеальной считается среда, где все вышеперечисленные элементы еженедельного цикла человека гармонично размещены в пределах пешеходной доступности, что неосуществимо в сельской застройке (низкая плотность населения ограничивает набор функционала застройки), но вполне осуществимо в высотной застройке. В идеале вертикальный город будущего представляет собой небоскребы разных функций, сросшиеся между собой пешеходными и транспортными связями – мостами на разных уровнях, при этом вертикальный общественный транспорт (многокабинные шаттл-лифты) заменит собой горизонтальный (метро и автобусы). Появившиеся на рынке вертикального транспорта инновационные технические решения на основе прин-ципа магнитной левитации (Thyssenkrupp MULTI) позволяют кабинам с пассажирами перемещаться по вертикали, горизонтали и даже наклонно по любым траекториям. Появляются предпосылки и технические решения для очередного технологического скачка в урбанистике на основе новых схем пространственной организации городов с их развитием по вертикали.

 

Высотные здания-модули (меганебоскребы), объединенные в единую структуру вертикального города, сразу решают множество проблем, с которыми не могут справиться поодиночке:

  • Упрощаются и удешевляются конструктивные схемы каждой из башен, поскольку боковые ветровые нагрузки передаются на соседние башни.
  • В силу такой конструктивной схемы исключается прогрессирующее обрушение и обеспечивается большая конструктивная безопасность.
  • Эвакуация из башен осуществляется в соседние башни по мостам или же на сами мосты, нет надобности спускаться сотни метров до уровня земли, небоскребы становятся более безопасными.
  • Людям вообще не нужно так часто перемещаться на уровень земли, поскольку все их основные потребности могут осуществляться в полной мере "на высоте" в пределах функционала вертикального города.
  • Меняются профиль и структура вертикального транспорта, что делает планировки ядер гораздо более эффективными, улучшая выход полезных площадей и в целом экономику такого высотного строительства.
  • Появляется возможность эффективного использования ветроэнергетики в прострелах между башнями-модулями.
  • Развитые мосты между башнями-модулями являются улицами и бульварами с возможность активного озеленения, создания зон рекреаций.
  • Новая конструктивная схема позволяет активно развивать горизонтальные участки для эффективного сбора дождевой воды.


Предложенная автором схема спирального строительства вертикального города условной высотой 1111 м из отдельных "кирпичиков" в виде башен-модулей высотой 16-20 этажей позволяет строить очень экономично, быстро и безопасно, используя простую строительную технику, рассчитанную на обычные 16-20-этажные структуры, то есть доступную и имеющуюся в наличии в любой стране. Таким образом, реализация такой концепции не требует технологической продвинутости и возможна практически в любой стране. Таким же образом железнодорожный кран-путеукладчик строит железную дорогу и продвигается по ней же дальше, продолжая ее строить. Теперь представьте себе эту же логистику, организованную по спирали – именно так моллюск строит свою раковину, наращивая кольца по спиральной траектории.

Архитектурно-планировочное решение Проекта 1111 объединяет множество высоток спиралью по кругу или, в данном случае, по правильному шестиугольнику, углы которого развиты в стороны радиально в виде ступенчатых конструкций, или контрфорсов, обеспечивающих дополнительную поперечную жесткость. Конструктивно небоскребы имеют непрерывные круглые либо треугольные вертикальные ядра на всю высоту, перенося вертикально вниз гравитационные нагрузки, а логистически при строительстве эти ядра возводятся последовательно, отливаются на высоту в 16-20 этажей с наклонной спиральной рампы, являющейся непрерывной мостовой конструкцией, опирающейся на уже отстроенные на нижележащем витке спирали ядра-опоры. Несколько башенных кранов, последовательно перемещаясь снизу вверх по спирали, строят как сами ядра, так и опирающиеся на них участки спирали. "Непрерывная" спираль и отдельные мосты-ярусы шести боковых контрфорсов построены из отдельных пролетов между опор ядер, расстояние между которыми составляет 60 м.

Сами "балки" – это пустотелые мегаконструкции из стали и бетона (напоминающие конструкции морских платформ), внутри полостей которых устроены тоннели, являющиеся дорогами как для колесного транспорта, так и для транспорта будущего в виде капсул, перемещающихся в стальных трубах (типа реализующегося ныне проекта HyperLoop Илона Маска) и способных быстро доставить пассажиров на любой ярус вертикального города. В отличие от традиционных небоскребов в Проекте 1111 доставка и перемещение людей и грузов осуществляются не только лифтами, но и колесным общественным и грузовым транспортом до остановок, станций или отдельных лестнично-лифтовых ядер. На каждом ярусе есть остановка (станция), откуда пассажиры могут попасть к своему 16-этажному зданию (будь то жилой дом, гостиница, офис, административное здание, школа или детский сад в нижних уровнях) либо пешком, либо при помощи арендуемого мини-транспорта (велосипед, гироцикл или электроскутер). К каждому зданию можно будет в спиральном тоннеле подъехать на автомобиле (электромобиле), легковом или грузовом (для разгрузки-погрузки), и на спецтранспорте ("скорая помощь" или пожарная машина в случаях чрезвычайных происшествий), свернув с основной спиральной магистрали на выделенную автостоянку вокруг ядра любого здания-корпуса.

Таким образом, система транспортного обеспечения вертикального города работает примерно так же, как и в обыкновенном, "плоском", городе, развивающемся в осях XY. Но с появлением вертикального измерения в оси Z в дополнение к колесному транспорту появляются новые возможности сокращать слишком длинные пути (что по спирали делает традиционный колесный транспорт в силу ограничений по уклону дорог). В естественно сложившихся "вертикальных" городах на крутом рельефе кроме традиционных дорог (спиральных или серпантинных) иногда устраивают общественный транспорт, сокращающий расстояния по прямой наклонно (например, фуникулеры и канатные дороги). В Проекте 1111 для наиболее быстрого доступа эти расстояния можно сокращать по прямой, и наклонно, и вертикально в скоростных лифтах, с остановками на ярусах. Ну и, разумеется, с использованием вертолетных площадок на каждом ярусе и в "короне" сооружения в вертикальный город можно попасть на воздушном транспорте (конвертопланы, или турбовинтовые самолеты с вертикальным взлетом и посадкой, сегодня уже реальность), а также на автомобиле или поезде: на уровне земли внутри шестиугольного контура в плане устроен транспортно-пересадочный узел с паркингами и торговыми моллами, обслуживающими весь комплекс 1111. Что касается горизонтальных ярусов на шести отростках-контрфорсах в углах гексагона, то в торцах каждого яруса находится станция остановки наклонных лифтов (такие лифтовые блоки образуют силуэт вертикального города), и каждая такая остановка – аналог скайлобби в небоскребах, но с той разницей, что наклонные лифты, работающие по принципу магнитной левитации (типа инновационной системы MULTI ThyssenKrupp), не циркулируют в закрытых шахтах и не провоцируют так называемый каминный эффект (stack effect), являющийся серьезной проблемой для любого небоскреба. Использующие традиционные лифты вертикальные шахты отдельных зданий в Проекте 1111 в среднем не превышают 20 этажей, являясь разомкнутыми (не соединенными в ядрах по вертикали), и поэтому, в отличие от меганебоскребов, на всех этажах вертикального города возможно открывание окон, устройство балконов и террас, а значит, возможна организация проветривания и естественной вентиляции помещений, что открывает колоссальные возможности для энергоэффективных решений, сберегающих энергию на охлаждение в теплое время года.

Другие зеленые решения включают:

  • Устройство ветрогенераторов (турбины с вертикальной осью вращения, не вызывающие сильных вибраций и шума) между зданиями, работающих как концентраторы ветра.
  • Сбор дождевой воды с "улиц" вертикального города для целей полива растений и деревьев, а также сбор воды на вершине сооружения при помощи гигантской воронки из прозрачной пленки ETFE.
  • Озеленение горизонтальных и наклонных плоскостей пространств между зданиями – улиц и площадей вертикального города.
  • Возможности интеграции солнечных батарей.

С учетом расположения ветрогенераторов во внутреннем периметре гексагона и с учетом усиливающей тягу воронкообразной формы в навершии сооружения при любом направлении ветра будет обеспечиваться эффективная генерация собственной электроэнергии, покрывающей значительную часть общих энергозатрат. Но главное достижение тут в том, что в сравнении с традиционным "плоским" городом подобный вертикальный город, позволяя осуществлять централизованный интеллектуальный контроль над потреблением энергии, при этом занимает земельный участок в десятки и сотни раз меньшей площади, что позволяет использовать освободившиеся городские территории для обеспечения зеленых зон, либо сохранять существующие зеленые территории, не забирая их у природы для нужд урбанизации.

В настоящее время более половины населения мира уже живет в городах, а к 2050 году ожидается увеличение численности городского населения на 2,5 млрд. Человечеству во многих густонаселенных регионах планеты просто уже начинает не хватать территории для комфортного существования, и в этой связи строительство вертикальных городов открывает новые перспективы развития и роста.

Испокон веков люди обстраивали крутые скалы и обрывы, строились на холмах, вокруг гор и в горах, на самом, казалось бы, неудобном для жизни рельефе – но такие вертикальные города служили, как правило, в фортификационных целях, защищая свое население от вражеских набегов. Сейчас в мире есть немало вполне успешно функционирующих городов, построенных на высоте в несколько тысяч метров над уровнем Мирового океана, и транспортная логистика таких городов обуславливает подъем всех доставляемых морским транспортом грузов, а также строительных материалов, людей и даже питьевой воды при помощи многокилометровых серпантинных дорог, площадь которых сопоставима с площадью самого города, жизнедеятельность которого они обеспечивают. Что кажется не вполне рациональным в масштабе территорий и государств. Инновационная концепция вертикальных городов будущего на примере Проекта 1111 успешно решает, казалось бы, неразрешимые проблемы мегаполисов, объединяя передовые технологии и наработки из трех типологий уникальных объектов: строительство высотных зданий, мостов и морских платформ, открывая тем самым новые перспективы для вертикального урбанизма.

Источник