Дерево, компьютеры и роботы: швейцарский образец цифровой архитектуры

Подготовка деревянных модулей к транспортировке на вертолете. © Gramazio Kohler Research, ETH Zürich. Michael Lyrenmann

Что такое цифровая архитектура? Познакомиться с ней можно на востоке Швейцарии, в историческом регионе Дисентис. Но сначала стоит заглянуть в Высшую техническую школу Цюриха ВТШ / ETH, где на основе дерева и при помощи компьютеров и промышленных роботов возникает архитектура будущего с применением стройматериалов прошлого.

Эта десятиметровая деревянная башня стоит на скальном выступе у дороги, ведущей на перевал Лукманьер близ исторического города Дисентис. Башня эта была построена всего за двадцать недель в тесном сотрудничестве с Robotic Fabrication LabВнешняя ссылка, или Лабораторией роботизированного промышленного и строительного производства при Высшей технической школе (ВТШ / ETH) в Цюрихе. Необычная история этой башни началась с контактов и сотрудничества профессора ETH / ВТШ Фабио Грамазио (Fabio Gramazio) с предприимчивым социальным работником Штефаном М. Зайделем (Stefan M. Seydel), уже несколько лет живущим в горном кантоне Граубюнден, в городе Дисентис.

Фабио Грамазио, специалист по внедрению цифровых технологий в область капитального строительства и сборочно-монтажных работ, искал возможность реализовать в рамках своей кандидатской диссертации по цифровой архитектуре какого-то партнера в реальной жизни. По его словам, они «хотели реализовать какой-то проект за пределами кампуса ETH, столкнувшись и справившись с трудностями реального мира». Деревянная башня Кашлач (CaschlatschВнешняя ссылка, по названию скалы) была разработана в лаборатории ETHZ, там же были собраны и её первые модули. Затем модули были перевезены в столярную мастерскую в городе Дисентис и подготовлены к сборке.

Собрать башню на месте можно было только при помощи грузового вертолета, поэтому вес отдельных сегментов не должен был превышать 800 кг. Штефан М. Зайдель уже на ранней стадии распознал весь потенциал проекта, заразив своим энтузиазмом и мэра Дисентиса Рене Эппа (René Epp), поддержал её и главный архитектор города Урсин Хуондер (Ursin Huonder). Мэра впечатлил в первую очередь симбиоз инноваций и традиций: «Вместе с недавно открытым подвесным мостом Ла-Пендента (La PendentaВнешняя ссылка), расположенным неподалеку, у нас теперь есть два инновационных проекта, играющих для нашей общины роль привлекательной достопримечательности».

Фабио Грамазио (Fabio Gramazio), профессор ВТШ / ETH, специалист по внедрению цифровых технологий в область капитального строительства и сборочно-монтажных работ. Daniela Kienzler

Деревянная конструкция простоит около пяти лет, а затем будет демонтирована. В строительстве башни принимали участие самые разные местные компании, монтажные работы заняли всего двадцать недель, и это с учетом того, что на участке, где была собрана башня, находятся руины замка, обнаруженные в 1900 году местным монахом из монастыря Дисентиса. Как говорит Рене Эпп, люди здесь все знают друг друга, для свершения сделки достаточно рукопожатия, и именно поэтому им удалось привлечь к работе и кантонального археолога, который дал новому зданию свое благословение.

Творческий потенциал и вычислительная мощность

Из исторического Дисентиса перенесёмся на некоторое время в Цюрих, в лаборатории, расположенные на территории кампуса ETH-Hönggerberg. В лаборатории Digital Fabrication Lab чертежных столов, как в прошлом, уже не увидишь при всем желании. Теперь повсюду видны одни компьютерные экраны, промышленные роботы размахивают своими руками-манипуляторами. Решающую роль в проектировании и строительстве башни сыграли компьютерные программы, такие как AutoCAD Architecture, которые позволяют быстро делать сложные расчеты и проверять полученные результаты при помощи наглядных визуализаций.

Деревянная башня Кашлач (Caschlatsch) на дороге, ведущей к перевалу Лукманьер (Passtrasse des Lukmaniers). Daniela Kienzler

Идея башни была рождена студентами магистерской программы ВТШ Advanced Studies in Architecture and Digital Fabrication, интернациональной команды, в которую входят представители Албании, Португалии, Швейцарии и Кипра, а также Китая, Ирана, Японии, Индии и Тайваня. В процессе проектирования башни им помогала специальная компьютерная программа, которая позволяла быстро тестировать, отклонять или дорабатывать дизайнерские идеи. Это позволило объединить творческий потенциал дизайнера с вычислительной мощностью современного компьютера. Несущие балки башни были произведены на станке с ЧПУ, тестовая сборка была для начала проведена в тестовом формате с помощью программ дополненной реальности, установленной на мобильных телефонах.

Штефану М. Зайделю (Stefan M. Seydel) удалось реализовать свой проект в регионе исторического города Дисентис (Disentis) на востоке Швейцарии благодаря своим связям и контактам в Цюрихской высшей технической школе (ETH). Daniela Kienzler

Полученные результаты в любой момент можно было сравнить с базовой цифровой моделью, а Цзясян Луо, выпускник магистерской программы ETH из Китая, использовал полученные данные для создания увлекательной интерактивной компьютерной анимации, которая может быть представлена публике и всем тем, кто захочет подробнее узнать о процессе создания башни. А это правда башня? И зачем она нужна? Это башня, потому что на ее вершину можно забраться по лестнице. А нужна она потому, что ее можно еще рассматривать и как своего рода деревянную скульптуру. Локальный топоним Caschlatsch — это не единственное название проекта. Для его обозначения используется также термин «Воксельнест».

Термин «воксел» (в разговорной речи воксель), образован из английских слов «объёмный» (volumetric) и пиксель (pixel / «элемент объёмного изображения»). Воксели являются для трёхмерного пространства аналогами двумерных пикселей, а так называемые воксельные модели часто используются для визуализации медицинской и научной информации. Словом Nest в немецком языке обозначают «гнездо». И получается что-то вроде проекта под названием «Гнездоксель». Фабио Грамазио и его коллега Маттиас Колер (Matthias Kohler) не впервые пытаются расширять привычные архитектурные горизонты.

Поиск альтернативных стройматериалов

Например, в 2018 году они построили павильон для выставки роботов для Ремесленного музея (Gewerbemuseum) в Винтертуре, при этом они использовали только бечёвку и гравий. В основе лежал строительный метод «расклинцовки»: в данном случае идея состояла в том, чтобы сначала выложить плотную сетку из бечевки и добавить сверху слой гравия, а потом повторять эти действия несколько раз. В итоге можно получить достаточно прочную несущую конструкцию. В Винтертуре для укладки бечевки и засыпки гравия использовался промышленный робот.

Проекты деревянной конструкции рассчитываются с помощью компьютерных программ визуализации в лаборатории ETH. Daniela Kienzler

«Наша цель тогда заключалась в общей проверке этой концепции. Ведь данная технология может быть использована в гражданском строительстве, например при возведении плотин, причем гравия в стране у нас хватает везде. А когда и если конструкция придет в негодность, то гравий можно вывезти, а шнуры снова смотать». Маттиас Колер и Фабио Грамазио работают вместе под брендом Gramazio Kohler Research. В сферу их исследований и научных интересов входят инновационные методы проектирования и строительства. У них в мастерской установлен целый взвод промышленных роботов, есть и ряд 3D-принтеров для распечатки архитектурных элементов зданий в масштабе один к одному.

Центральную роль для них играют исследования в области альтернативных строительных материалов. Бетон, который долгое время считался строительным материалом будущего, имеет и свои недостатки. Он не вечен, его производство энергоемко, для его изготовления используется песок, который во многих регионах мира уже находится, как ни странно, в дефиците.

Плюсы и минусы дерева

А тем временем башня, этот самый «Гнездоксель», уже стоит на скале Кашлач в Граубюндене. Что будет с ней в будущем? Дерево подвергается воздействию неблагоприятных погодных условий, в отличие от знаменитых деревянных горных шале, у этой башни нет защитной крыши, под воздействием влаги древесина может начать гнить. При необходимости отдельные балки можно заменить, но можно и оставить башню сгнить совсем, и в один прекрасный день просто разобрать. «Башня не построена для того, чтобы существовать вечно», — говорит Фабио Грамазио.

Окончательная сборка деревянных модулей производится при помощи вертолета. © Gramazio Kohler Research, ETH Zürich. Michael Lyrenmann

По его словам, с одной стороны, дерево в качестве стройматериала обладает огромными преимуществами: оно легче стали и бетона, относится к категории возобновляемых ресурсов, оно может накапливать и связывать CO2. Тем не менее даже дерево не является универсальным инженерным решением. «Дело не в сравнении бетона и дерева. Речь идет о поиске решений для зданий будущего, которые будут представлять собой разумное сочетание различных строительных материалов. К таким материалам относится, например, даже глина», — резюмирует Фабио Грамазио.

Читайте также:

Немецкоязычный оригинал подготовлен под редакцией Давида Ойгстера, русскоязычный оригинал подготовлен русскоязычной редакцией SWI / ип / нк / ап.