Biomimikrija: gamtos įkvėpta architektūra (1)

Jau daugiau kaip 2000 metų, ieškodami būdų pastatyti aukštesnius, mažesnius, taupesnius, minimalistinio stiliaus ar įmantresnius pastatus, žmonės įkvėpimo dažnai gręžiasi į juos supančią aplinką. O kurgi daugiau ieškoti idėjų, jei ne gamtoje, kurią galima vadinti didžiąja architekte? Juk ji save kuria ir tobulina jau daugiau kaip 3,6 mlrd. metų.

Tvariosios architektūros pranašai

Gamtoje viskas sustyguota taip tiksliai, kad kiekvienas elementas jungiasi su kitu – nesvarbu, ar tai Afrikos dykuma, ar Amazonės džiunglės, ar Alpių kalnynai, ar Sibiro taiga. Kaip tik tuo žavisi architektai, skleidžiantys biomimikrijos kaip tvariosios ir ciklinės architektūros prototipo idėją.

Verta paminėti, kad šiai idėjai neabejingi ir tokie žinomi architektūros grandai kaip Zaha Hadid. Architektės studijos darbų sąraše biomimikrijos tema irgi minima, pavyzdžiui, jos vadovaujamų studentų Antarkties turizmo ir tyrimų uosto projekte. Tačiau šįkart ne apie grandiozinius projektus ir apdovanojimus skinančias įžymybes. Šįkart apie tai, kokia ji – ta tikroji žalioji architektūra.

Ir nors šie vėjai atrodo gana nauji arba, kaip teigia Michaelas Pawlynas, žmonija dar tik žengia į ekologijos amžių, biomimetinės architektūros pagrindai sudėti gerokai anksčiau. Būtų sudėtinga tituluoti ką nors jos autoriumi, pranašu ar globėju – tai lyg vienas tų išradimų, panašiu metu atsiradęs keliose šalyse. Vis dėlto kalbant apie biomimikrijos ir architektūros simbiozę privaloma žinoti šiuos vardus – šiuo metu daug apie biomimikriją kalbantį, knygos „Biomimikrija architektūroje“ (Biomimicry in Architecture) autorių britą architektą M. Pawlyną, gerai žinomą iš savo pasisakymų TEDe, ir vieną genialiausių savo laikotarpio architektų iš Zimbabvės Micką Pearce’ą. Tai mąstytojai, žvelgiantys toliau ir savo darbais bei skleidžiamomis idėjomis iš esmės veikiantys ateities architektūrą.

Kopijuoja ne formą, o procesą

Biomimetinė architektūra – tai šiuolaikinė architektūros filosofija, ieškanti gamtą tausojančių sprendimų ne atkartojant joje sutinkamas formas, bet perprantant šias formas valdančius procesus. Tai net keletą disciplinų jungiantis tvarusis dizainas, paremtas ne tiek stiliaus, kiek pamatinių principų kodeksu. Tai dalis didesnio judėjimo – biomimikrijos (lot. bios – „gyvybė“, mimesis – „imituoti“), kuri yra sąlygiškai nauja mokslo šaka, nagrinėjanti geriausias gamtoje esančias idėjas ir panaudojanti jas kuriant gaminius bei procesus. Taigi biomimikriją galima apibūdinti kaip naujoves, kurias įkvepia gamta.

Svarbu pažymėti, kad biomimetinė architektūra turėtų būti atsieta nuo mimikrijos, tiksliau – biomorfinės architektūros, kuri remiasi gamtoje esančiais elementais kaip estetinės formos įkvėpimo šaltiniu. Biomimetinė architektūra semiasi įkvėpimo iš gamtos dizaino, joje veikiančių procesų ir šiuos imituodama pritaiko žmonių kūrybai. Ji vadovaujasi gamta kaip priemone, kaip ekologiniu standartu, pagal kurį įvertinamas žmonių veiklos efektyvumas. Tai reiškia, kad iš gamtos semiamasi ne materialiųjų resursų, bet vertybių, žinių, iš kurių žmonės mokosi.

Architektūra jau seniai remiasi gamta kaip įkvėpimo šaltiniu. Biomorfizmas, arba gamtos įkvėptų elementų naudojimas dizaine, aptinkamas turbūt jau nuo tada, kai žmonės ėmėsi statybos.

1882 metais pradėta statyti Antonio Gaudí Barselonos Šv. Šeimynos (Sagrada Familia) bažnyčia – puikiai visiems žinomas pavyzdys, kai buvo pasitelktos funkcinės gamtos formos, kurios padėjo išspręsti konstrukcijos klausimą. Architektas suprojektavo kolonas modeliuodamas jas kaip išsišakojantį medžių kupolą ir taip išsprendė skliauto atramos klausimą.

Biomimikrija gali veikti trimis lygiais: organizmo, jo elgsenos ir net ištisos ekosistemos. Organizmo lygiu suprojektuoti statiniai kopijuoja konkretų organizmą. Tačiau jei neatsižvelgiama į tai, kaip šis organizmas dalyvauja platesniame kontekste, to gali nepakakti norint sukurti pastatą, kuris sėkmingai įsilietų į aplinką. Mat gamtoje organizmai natūraliai funkcionuoja ir kontaktuoja su juos supančiu kontekstu. Elgsenos lygiu suprojektuoti pastatai imituoja organizmo elgseną ir jo santykį su supančiu kontekstu. Ekosistemos lygiu imituojamas visas gamtinis aplinkos procesas ir ciklas.

Pavyzdiniai architektai – termitai

Vienas genialiausių savo laikotarpio architektų M. Pearce’as, itin nusipelnęs ieškant optimalių sprendimų projektuojant pastatus tropinio klimato zonose, projektuoja nebrangius, energiškai efektyvius, pigiai išlaikomus pastatus, priderintus prie socialinės ir ekonominės aplinkos. Pasitelkdamas biomimikrijos mokslą jis atsakymų ieško gamtoje, naudodamas jau patikrintus procesus efektingų ir efektyvių aplinką tausojančių statinių statybai.

Vienas žymesnių jo darbų yra 1996 metais Zimbabvės sostinėje Hararėje iškilęs centras „Eastgate“. Tai platų pripažinimą pelnęs prekybos ir biurų kvartalas, dar žinomas „Skrudėlyno“ vardu. Jį būtų galima įvardyti kaip vieną pirmųjų architektūros pavyzdžių, kuris imituoja gamtos procesą veikdamas pagal organizmo elgsenos principą.

Pastato modelis atkartoja Afrikos termitų piliakalnių lizdus, tiksliau – jų natūralaus ventiliavimosi būdą. Termitus būtų galima tituluoti kvalifikuočiausiais gamtos architektais, nes proporcingai savo dydžiui jie stato aukščiausius žemėje pastatus. Be to, savo statinių viduje termitai sugeba išlaikyti 31⁰C temperatūrą, net jei lauke ji šokinėja nuo nulio iki 42⁰C.

Termitai tai padaro savo lizdo apačioje iškasdami savotišką vėjo gaudyklę. Drėgname purve išraustose ertmėse atvėsintas vėjas išstumia karštį į išorę pro viršuje esančius dūmtraukius. „Tai oro kondicionavimo sistema, veikianti be elektrinės, – sako architektas. – Iš pradžių man atrodė, kad termitai daugiau gryno oro gauna naktį nei dieną, todėl jie dirba naktį. Tačiau, ištyrinėjus konusinius termitų pylimus, kokie aptinkami Zimbabvėje, man kilo idėja, kaip šiuos nakties ir dienos temperatūros pokyčius galima panaudoti biurų pastate ir taip sumažinti orui ventiliuoti reikalingos energijos poreikį.“

Dirbdamas su „Arup“ grupe (ji projektavo Sidnėjaus operos pastatą ir olimpinį Pekino stadioną „Lizdas“), M. Pearce’as panašią oro cirkuliavimo sistemą įdiegė ir projektuodamas „Eastgate“ pastatą: didžiuliai ventiliatoriai pro horizontaliai ir vertikaliai einančias mūrines angas pučia orą, išstumdami per dieną sugeneruotą šilumą. Šis oras, stumdamas šilumą, atvėsta keliaudamas pro betonines dantytas ertmes, esančias po grindimis, kurios jau būna atvėsusios per naktį, tad vėsuma daug greičiau pro ventiliacijos angas paskirstoma po patalpas.

Vėsiomis naktimis šiltas oras prapučiamas per pastatą iki septynių kartų per valandą. O dienos metu vėsuma paskirstoma viduje. Be to, suprojektuotos skliautinės betono lubos, ant kurių sukabinti paviršiniai lubų šviestuvai. Lubos veikia kaip šviestuvų reflektoriai, todėl kita viršuje esančios betono plokštės dalis gali sugerti likusią perteklinę šilumą. Įgyvendinus šį pasyviojo vėdinimo modelį, „Eastgate“ pastatas (5600 m² ploto prekybos erdvės, 26 000 m² ploto biurų patalpos, 450 vietų automobilių aikštelė) sunaudoja tik 10 proc. energijos palyginti su panašiais Hararėje esančiais pastatais, kuriuose įrengta tradicinė vėdinimo sistema. Tokiu būdu šis objektas savininkams jau sutaupė per 3,5 mln. dolerių.

„Eastgate“ pasyviojo vėdinimo sistema sukurta pakeitus įprastines oro ventiliavimo sistemas blokinėmis, šilumą transformuojančiomis betoninėmis grindų sistemomis, mūru, betoninėmis ventiliacijos angomis ir vertikaliais kaminais orui ištraukti. Net pastato išorė imituoja gamtą – jo išrantytas fasadas primena dykumoje aptinkamus dygliuotus augalus – spygliuoti, banguoti paviršiai dieną sugeria mažiau karščio, o naktį jį atiduoda aplinkai. Pastatas taip pat projektuotas iš dalies neaukštas, su lėtaeigiais liftais ir mažais tik 25 proc. fasado ploto užimančiais langais.

Daugiau stiklo panaudota tik atriumui, kuris sujungia du pastato korpusus ir dengia apačioje esančią prekybinę gatvelę. Virš jos kabo liftų angos, laiptai ir perėjos, kurie paprastai užima vertingą erdvę pastatuose ir taip pat turi būti atskirai vėdinami. Šis atriumas sukuria gyvą viešąją erdvę ne tik ant žemės, bet ir kiekviename aukšte.

Projektuojant „Eastgate“ centrą „Arup“ inžinieriai architektui patarė atsižvelgti į tai, kad ant išorinių sienų negali kristi tiesioginė saulės šviesa, o šiaurinio fasado (vasaros saulės kryptis) lango-sienos plotas neturėtų viršyti 25 proc. Buvo ieškoma pusiausvyros tarp dirbtinės ir išorinės šviesos, kad būtų kuo mažiau eikvojama energijos ir kaupiama šiluma.

Taip pat inžinieriai rekomendavo projektuoti neatsidarančius langus ir taip apsisaugoti nuo triukšmo, nenuspėjamų vėjų ir temperatūros pokyčių, pasikliauti tik kanalais cirkuliuojančia ventiliacija. Svarbiausia, tikino jie, languose turi būti įrengti filtrai, saugantys nuo spiginamos šviesos, triukšmo ir fizinio poveikio. Tam buvo numatytos reguliuojamosios žaliuzės. Tačiau M. Pearce’as taip pat suprojektavo gilias atbrailas, nuo tiesioginių saulės spindulių saugančias ir langus, ir sienas.

Gilios pastogės yra įprastas sprendimas Afrikoje – taip sienoms sukuriamas šešėlis, vasarą saugantis jas nuo aukštai pakilusios saulės, o žiemą, jai esant žemiau, leidžiantis rytą sušildyti pastatą. Beje, čia praverčia ir termitų architektūros modelis – kurdami savo piliakalnius jie aplink pagrindinius pylimus stato ir antrą, išorinę, sieną, saugančią skruzdėlyną nuo tiesioginių, džiovinančių saulės spindulių bei vėjo.

Čia vėl verta atsiminti biomimikrijos principą – imituojamas procesas, o ne forma. Tad pastatas jokiu būdu neprimena termitų kauburių – jo estetiniams sprendimams panaudoti vietiniai Zimbabvės mūrininkystės ir grafiniai medžio raižinių elementai.

„Eastgate“ centro dizainas žymi ryškų atsitraukimą nuo didžiulių stiklinių blokų konstrukcijų.

Tokius stiklo statinius yra brangu išlaikyti – žiemą reikalingas papildomas šildymas, o vasarą – papildomas vėdinimas.

Termitų ir medžio simbiozė Melburne

2006 metais Melburne iškilo visus aplinką tausojančios architektūros principus sujungiantis pastatas „Council House 2“ (CH2), kurio pagrindiniu architektu penkerius metus dirbo irgi M. Pearce’as. Suprojektuoti CH2 pastatą užsakė miesto taryba, tuo metu ieškojusi sprendimo, kaip išplėsti biurų patalpas ir tuo pačiu užtikrinti palankią socialinę aplinką savo darbuotojams.

Devynaukštis mišrios paskirties CH2 pastatas kopijuoja ne vieną gamtinį procesą. Išorinę jo dalį architektas sukūrė imituodamas uždarus termitų lizdus, kokius galima aptikti netoli Darvino miesto esančiose šiaurinėse teritorijose. Tai CO2 ir O2 sklaidanti membrana. Architekto vadovaujama komanda praleido daug laiko projektuodama šio objekto fasadą, kad jis kauptų ir tinkamai panaudotų šviesą bei orą. Tikslas buvo pasiektas – pastato sienos surenka vėsų nakties orą, kuriuo vėliau vėsinamos banguotos betoninės lubos. Viršuje langai mažesni, o apačioje, kur mažiau šviesos – didesni. Šis ypatumas buvo perimtas iš miško medžių: dideli jų lapai yra apačioje, o maži – viršuje. CH2 taip pat surenka kanalizacijos sistemos vandenį, kuris vėliau panaudojamas patalpoms vėsinti, augalams laistyti ir tualetams nuleisti. Išorėje taip pat suprojektuoti termitiniai kaminai, pro kuriuos išeina ir patenka oras.

„Tai mechaninės priemonės ir dizainas, tampantys formaliąja architektūra. Formos nekopijuojamos tiesiogiai – kopijuojamas procesas. Galutinis rezultatas – architektūra, atspindinti gamtos, socialinę, kultūrinę ir ekonominę Melburno aplinką“, – aiškino M. Pearce’as.

Jis pažymėjo, kad projektuodamas CH2 pastatą taikė „Eastgate“ modelį, tik šiuo atveju geriau pritaikytas termitų lizdo principas. Be to, tai kitokiame klimate, kultūroje ir ekonominėje aplinkoje esantis pastatas, čia buvo galima skirti daugiau dėmesio langų dizainui, ventiliacijai, vandens perdirbimui ir aktyvių bei pasyvių procesų tarpusavio sąveikai.

2008 metais nepriklausomi tyrėjai iš Londono vykdė tyrimą, kurio metu atliko pastate dirbančių žmonių nuomonės, darbo aplinkos ir faktinio produktyvumo vertinimą – CH2 ir tyrėjų, ir čia dirbančių asmenų įvertintas palankiai.

Edeno projektas po laumžirgio sparnu

Naujus biomimetinės architektūros vėjus aktyviai skleidžiantis britų architektas M. Pawlnynas yra žinomas dėl savo potraukio gamtai. Kaip ir M. Pearce’as, biomimikriją jis mato kaip galimybę gamtoje slypinčias geriausias idėjas panaudoti žmonijos problemoms spręsti. Vienas žinomiausių šio požiūrio pritaikymo pavyzdžių yra Kornvalio grafystėje (Jungtinė Karalystė) esantis Edeno sodas, kuriame M. Pawlynas dirbo pagrindiniu architektu.

2001 metais išaugęs Edeno modelis – grupelė dirbtinių biomų, kurių sunertų pūslelių dizainą įkvėpė laumžirgio sparnai. Biomai buvo sumodeliuoti remiantis muilo burbulų ir molekuline žiedadulkių struktūra.

Tuo metu biure „Grimshaw Architects“ dirbęs M. Pawlynas gamtoje ieškojo pavyzdžių, kaip sukurti efektyvią sferinę konstrukciją. Kornvalio biomų oro pripūsti geodeziniai šešiabriauniai buvo pagaminti iš etileno tetrafluoretileno (ETFE), lengvos ir kartu patvarios medžiagos. Dėl to galutinė konstrukcija sveria mažiau nei joje telpantis oras.

Po 2007-ųjų, jau įsteigęs studiją „Exploration“, M. Pawlynas susitelkė į tvarius gamtos įkvėptus projektus. Vienas jo tikslų – linijinio vartojimo modeliams pateikti ciklinio vartojimo alternatyvą, kai, pavyzdžiui, atliekos tampa kuru.

Iš vabaliuko gimęs Sacharos apželdinimo projektas

Pradėjęs nuo atskirų elementų, ties vienu organizmu sukoncentruotų projektų, M. Pawlynas toliau žengia ištisos ekosistemos perpratimo ir jos architektūrinio realizavimo link. Reikėtų paminėti ir jo svajonę, ties kuria jis daug dirba ieškodamas bendraminčių bei rėmėjų – Bendruomenės ekologijos centrą, kurio centre stovinčiame šiltnamyje ne tik auginamos šviežios daržovės bei vaisiai, bet ir panaudojamos visos restorano atliekos. Jos sukompostuotos keliauja žuvims maitinti, kol šios galiausiai atsiduria ant restorano klientų stalo (panašus šiltnamiuose įrengtas restoranas „De Kas“ veikia Amsterdame).

M. Pawlynas stengiasi paisyti visų ciklinės ekosistemos principų, kai visi elementai susiję ir veikia vienas kitą. Šį kūrėjo darbą būtų galima priskirti prie urbanistinio lygio projektų, o jo Sacharos miško projektas, be abejo, vainikuotų visus su biomimikrija siejamus daugelio architektų darbus.

Sacharos miško projekto idėja gimė mokslininkams išsiaiškinus, kad kadaise Sacharos dykumą dengė miškai. Štai tada M. Pawlyno studija „Exploration“ nusprendė įsikišti – taikydama biomimikrijos mechanizmą pamėginti ne tik sustabdyti dykumos plėtimąsi, bet ir atsukti šį procesą atgal. Sacharos miško projektas – tai naujas aplinkosauginis sprendimas, kuriuo bus mėginama atkurti augmeniją ir sukurti aplinką tausojančias darbo vietas dykumos plote gaminant maistą, vandenį, ekologišką elektrą, biomasę. Šį projektą „Exploration“ inicijavo 2008 metais subūrusi bendraminčių grupę, kuri vėliau tapo atskiru juridiniu Osle įregistruotu vienetu „Sahara Forest Project AS“.

Kertinė šiame projekte taikoma technologija pirmiausia yra jūros vandeniu vėdinamas šiltnamis, kuris buvo suprojektuotas imituojant Namibo dykumos vabalų Stenocara gracilipes ypatybę kaupiant dienos šilumą reguliuoti savo kūno temperatūrą, taip pat kaupti ant sparnų iš rūko susidarančius vandens lašelius. Šiltnamyje garuojantis jūros vanduo kondensuojasi į gėlą vandenį ir taip jį šildo per naktį. Kadangi sistema pagamina daugiau vandens, negu reikia šiltnamyje augantiems augalams, drėgmės perviršis atiduodamas aplink esančiai augmenijai drėkinti.

Energiją šioje sistemoje gamina saulės energijos jėgainės, veikiančios simbiotiniu principu – jos kaupia saulės energiją ir tuo pačiu augalams suteikia pavėsį. Antrinės technologijos – tai biokurui naudojami dumbliai, taip pat po garavimo likusios druskos apdorojimas išgaunant iš jos vertingus elementus bei junginius, halofitai (jūros vandenyje sparčiai galintys augti augalai) ir „BioRock™“ technologija (mineralų auginimas naudojant žemą elektros srovę).

Bendradarbiaudama su didžiausiu pasaulyje trąšų gamintoju „Yara ASA“ ir Kataro kompanija, pagaminančia daugiausia pasaulyje karbamido ir amonio, 2012-aisiais „Exploration“ komanda Katare sukūrė pirmąją veiksnią Sacharos miško projekto versiją – vieno hektaro plote išdėstė pilotinę infrastruktūrą, įskaitant ir parabolinį koncentruotos saulės energijos kolektorių bei fotovoltinį masyvą.

Komanda čia turėjo galimybę ištestuoti visas pasiūlytas technologijas ir ištobulinti jų tarpusavio sinergiją rengiantis kitam etapui – 20 hektarų ploto Testavimo ir demonstracijų centrui Jordane.

Šiltnamių pasiektas produktyvumo lygis atitinka komercinių Europos šiltnamių lygį (75 kg/m2 per metus), o vandens sunaudojama perpus mažiau. Tokia 60 hektarų ploto šiltnamių infrastruktūra galėtų aprūpinti Katarą visu reikalingu kiekiu agurkų, pomidorų, pipirų ir baklažanų, kurie šiuo metu į šalį yra importuojami.

2014 metų vasarą kompanija „Sahara Forest Project AS“ pasirašė sutartį su Norvegijos ambasada Jordane dėl Sacharos miško projekto paleidimo stoties ir su tuo susijusios veiklos Jordane.

Artimiausiu metu šiems ir kitiems panašiems projektams pasiteisinus, ne vienoje šalyje turėtų atsirasti jų sekėjų. Ir M. Pearce’as, ir M. Pawlynas vieningai sutaria, kad biomimetinė architektūra, kaip ir biomimikrija, gali būti raktas sprendžiant daugelį šiandienių žmonijos problemų.

Parengė Ingrida VIČIULYTĖ

ŠIS STRAIPSNIS PASKELBTAS ŽURNALO „STATYBA IR ARCHITEKTŪRA“ 2014 M. LAPKRIČIO MĖNESIO NUMERYJE.