Часть I. Концептуальные основы стратегии устойчивого развития 9 страница

Для городов с населением свыше 1 млн. жителей ширина зоны ограниченного развития должна быть 35...40 км, с населением 0, 5...1 млн. – 25...30 км, с населением 100...500 тыс. жителей – 20...25 км. За зоной ограниченного развития располагается зона активного развития. Для городов с населением от 100 до 500 тыс. человек ее ширина в среднем составит в первом случае не менее 40...50 км и во втором – не менее 30...35 км.

В последние годы активно возрождаются идеи о соединении города и природы в органичное единое образование. Выдающийся архитектор Паоло Солери выдвинул мысль об архитектурной экологии (аркологии). В Санкт-Петербурге разрабатывается «Экополис» – программа создания будущих агропромышленных комплексов с небольшим городом, частично обеспечивающим жителей продуктами питания с утилизацией всех видов энергии и направлением их на выращивание пищевых и технических растений. Город вписан в природную среду, все предприятия работают по безотходной технологии, к минимуму сведены загрязнения. Вокруг города сохранена природа в естественном виде. В этом несколько идеализированном поселении будущего, видимо, все здания будут построены на основе принципов строительной бионики и биоархитектуры, они должны быть биопозитивными и «умными», чтобы не только вписываться в природный ландшафт, сохранять и восстанавливать естественную природную среду, не выделять загрязнений, помогать очистке среды, но и повышать качество жизни человека.

От предложения идей экологизации городов в последние годы архитекторы, градостроители и строители перешли к разработке проектов эко-сити и к возведению первого в мировой практике эко-сити (эко-квартала в существующем городе как будущей модели эко-сити).

1.2. Архитектурно-строительная бионика и ландшафтная архитектура

Природный ландшафт играет существенную роль в санитарно-гигиенической комфортности городской среды.

Рельеф и гидрографическая сеть влияют на направление и силу воздушных потоков, причем в сочетании с элементами застройки и с учетом рельефа можно получить более благоприятный микроклимат улучшением проветривания, регулированием солнечной радиации, увлажнением, защитой от шума, организацией стока. Рельеф и гидрографическая сеть вместе с застройкой представляют собой климаторегулирующую систему города.

Растительность существенно снижает воздействие ряда негативных для человека факторов: шум, пыль, сильные ветры, излишняя сухость или влажность, перегрев, недостаточная аэрация. Озеленение улучшает состояние среды, снижая загрязнение воздуха, улучшая макроклимат, создавая контакт человека в городе с природой, воздействуя эстетически. Однако сады, парки, линейное озеленение, а также озеленение крыш, террас, фасадов зданий целесообразно проектировать учитывая климат, подбирая нужный состав и оптимальное соотношение растений, чтобы не снижалась аэрация, возрождались насаждения.

Издавна строители обращали внимание на сходство природных объектов и созданных человеком зданий и сооружений, на необходимость изучения природных принципов с целью их использования в строительстве. Выдающийся архитектор Альберти сравнивал здание с живым существом, создавая которое следует подражать природе. Уже установлено, что перспективным направлением развития конструкций и систем зданий является использование принципов строительства и функционирования живых систем при создании новых конструкционных материалов и форм, новых принципов функционирования зданий. Наибольшие исследования самого разнообразного круга вопросов архитектурной, градостроительной и строительной бионики проводятся в Штуттгартском техническом университете, в котором работает институт легких конструкций, руководимый до недавнего времени выдающимся конструктором и архитектором Отто Фрейем. Архитектурно-строительная бионика тесно связана с архитектурно-строительной экологией, так как позволяет выявить оптимальные, выработанные тысячелетиями решения в природе и использовать их в архитектуре и строительстве, т.е. она соответствует принципам биопозитивности.

В круг исследований по архитектурной, градостроительной и строительной бионике входят следующие вопросы: генеральные планы мест расселения; форма и красота природных конструкций; основные принципы строения природных конструкций; конструктивные системы в природе и их использование в архитектуре и строительстве (сжатые, растянутые и изгибаемые элементы, фундаменты, оболочки, структуры, мембраны, сетки); строение покровных тканей в природе; природные пассивные и активные материалы, биоморфность искусственных сооружений; органичная связь с ландшафтом, процедура роста природных конструкций и их разложения после выполнения функций; механизмы передвижения и разработки грунта и др.

В настоящее время, например, постоянно возрастает прочность конструкционных материалов в строительстве, но одновременно растет и их деформативность. Прочность и деформативные характеристики обычных «пассивных» материалов имеют предел, тогда как путем создания «активных» конструкционных материалов и конструкций можно получить тонкие сооружения заданной жесткости. Еще более перспективно изучение живых систем с целью создания зданий и сооружений, органично вписывающихся в природную среду, не наносящих ей вред, не выделяющих не свойственных природе отходов. Только начинается изучение принципов бионики в приложении к архитектурно-строительной экологии, а не в более узком смысле (например, для создания рациональных архитектурных и конструктивных форм). Сопоставление природных принципов функционирования живых организмов и их сообществ с принципами, используемыми в строительстве, показывает весьма эффективные направления в совершенствовании строительства – от использования природных материалов и вплоть до взаимоотношений сооружений с природой (табл. 2).

Таблица 2

Природные и строительно-экологические принципы

Некоторые из природно-бионических принципов носят исключительно ценный характер. Например, геомеостаз, метаболизм, обратная связь и реакция на изменение внешних воздействий, саморазвитие и разложение после завершения срока жизни и др. Использование этих принципов в строительстве позволит в будущем достичь экологического равновесия технологическими средствами, применением очень высоких технологий (метаболический дом, биотическое место расселения, создающее условия для существования любых живых организмов в построенным человеком зданиях и сооружениях; «умные» здания и сооружения с системами датчиков и обратной связи, реагирующие на изменения внешних воздействий и создающие благоприятную среду вне и внутри здания, повышающие качество жизни; саморастущие по программе объекты; саморазрушающиеся и разлагающиеся после истечения срока эксплуатации здания и сооружения и др.).

Градостроительные вопросы решают, принимая во внимание проблемы сохранения, экологичной реставрации или экологичного преобразования ландшафта с учетом охраны природных ресурсов территории (рельеф, гидрогеология, минерально-сырьевые ресурсы, воздух, вода, почва, растительный и животный мир), назначая урбоэкологические мероприятия для сохранения, восстановления и улучшения природы, создание пространственного экологического каркаса расселения и стабильных самоочищающихся экосистем, разработка природоохранных и гигиенических мероприятий, экологическая компенсация инженерно-техническими средствами, применение устойчивых к антропогенным нагрузкам ландшафтов, поддержание экологически обоснованного соотношения освоенных и естественных территорий, поддержка естественной природной среды. При проектировании мест расселения используют принципы «зеленых коридоров» (соединение между собой всех зеленых территорий города и объединение их с загородными естественными территориями) и пермакультуры – многофункционального озеленения всех возможных поверхностей. При озеленении территорий, чтобы очищать воздух улучшать визуальную среду, создавать возможность безопасной миграции животных и пеших прогулок жителей выращивать в городе овощи и фрукты. Как при новом строительстве, так и при экореконструкции используют решения, позволяющие создать максимально возможные поверхности естественного субстрата для вертикального и горизонтального озеленения зданий и всех инженерных сооружений.

Места расселения проектируют с учетом сенсорной экологии – видеоэкологии, экологии запахов и звуков назначая архитектурно-планировочные и конструктивные решения, не вызывающие визуального загрязнения, агрессивных зрительных, запаховых и шумовых полей и воздействий и приближающие городское поле сенсорных воздействий к природному ландшафту.

Архитектурно-планировочные решения варьируют из условий достижения максимального экологического комфорта и одновременно из критерия не загрязнения природной среды пропорциональные природному окружению здания не диссонирующие с природой, с озелененными внутренними дворами, с озеленением стен, крыш, террас.

Используют принципы фитомелиорации. Здания и сооружения в городе проектируют с максимальным сохранением земли, пригодной для естественно-ландшафтного, сельскохозяйственного, рекреационного, заповедного использования (снижая площадь застройки) здания на неудобъях (крутой рельеф, лощины, овраги и др.), подземные, надземные (на столбовых опорах), подземно-надземные.

Все здания и инженерные сооружения стремятся проектировать с учетом не прерывания ими естественного кругооборота веществ, водо– и светопроницаемые покрытия дорог, тротуаров с озеленением части покрытий, обеспечение доступа солнечного света и дождевой воды к поверхности грунта в городе. Избегают сплошных непроницаемых покрытий большой площади, чаще применяют «сквозные» покрытия с проемами, отверстиями для прохода воды и роста травы (например, покрытия из штучных плит).

При проектировании городских кварталов, зданий и сооружений используют принципы экологизации всего круга потребностей жителя города – биологических, экономических, трудовых, этнических и др. с целью их максимального удовлетворения с учетом ограниченности природно-ресурсного потенциала региона и города, в том числе потребности в достаточном жизненном пространстве без стресса переуплотнения, в физическом и др. комфорте, в здоровой среде в помещениях, в здоровой одежде и пище, в экологичном труде, в возможности развития личности, в здоровой социальной среде и др.

При разработке технологий возведения используют решения, минимально преобразующие рельеф, наносящие временный ущерб окружающей среде при условии возможности полного возвращения строительной площадки в естественное состояние: снятие и сохранение почвенного слоя на месте строительства, сборно-разборное покрытие автодорог, отсутствие складов (монтаж с колес), применение безотходных технологий, минимальные размеры строительных площадок при реконструкции с применением большепролетных покрытий над реконструируемым объектом и др.

Конструктивные решения должны позволять разборку (демонтаж) после завершения проектного срока эксплуатации, с возвращением занятой земли в естественное состояние (исключение необратимого уплотнения или закрепления естественного грунта под фундаментами, применение сборно-разборных фундаментов и конструкций вышележащей части). Здание в период эксплуатации не должно прерывать естественный поток грунтовых вод, способствовать естественному обороту воды и газов между атмосферой и почвой.

Результатом экологичного проектирования и строительства должны быть города и здания, гармонирующие с природной средой, положительно воспринимаемые органами чувств, оздоровляющие среду обитания и повышающие качество жизни, сохраняющие и восстанавливающие природные ресурсы, не отторгаемые природными экосистемами, удовлетворяющие весь круг потребностей жителей, устойчиво развивающиеся.

1.3. Экореконструкция города

Экореконструкция любой неэкологичной системы расселения и неэкологичного места расселения должна выполняться на всех уровнях от генеральной и региональной схем расселения, схем и проектов районной планировки и вплоть до отдельных зданий и инженерных сооружений. В состав комплекса мероприятий по экореконструкции могут войти следующие разделы.

Экореконструкция региона. Достижение экологически обоснованного соотношения урбанизированных и естественных территорий; постепенное создание экологического каркаса мест расселения и соответствующих зон (буферной, компенсационной, экологического равновесия и др.) вокруг мест расселения с целью достижения экологического равновесия между городом и прилегающими территориями, в том числе сельскими, обоснованная дезурбанизация отдельных территорий с превышенной демографической емкостью. Закрытие наиболее загрязняющих и нехарактерных для экономики региона производств, перенос производств, в соответствии с необходимыми расстояниями, до селитьбы и господствующими ветрами. Создание сети электротранспорта в пределах региона. Поощрение развития общественного транспорта, велотранспорта, создание условий для пешеходного движения. Совмещение этих мероприятий с работами по созданию экологического каркаса и переносу предприятий, чтобы уменьшить объемы перевозок, увеличить пешеходную доступность мест обслуживания и работы.

Экореконструкция населенных мест. Увеличение площади озелененных территорий, соединение всех озелененных территорий, озелененными переходами между собой и с загородными лесами и парками, создание озелененных полос вдоль берегов рек и водоемов, реконструкция сети улиц с целью обеспечения проветривания, перенос наиболее загрязняющих производств в пригородные зоны и их экологичная реконструкция, экореконструкция зданий и инженерных сооружений, экореконструкция промзон, вынос складов и гаражей из жилых кварталов, восстановление инсоляции, исключение затенения.

Экореконструкция с учетом требований сенсорной экологии (видеоэкологии и др.) и миниатюризации. Отказ от гигантских зданий и площадей, разборка верхних этажей высоких зданий, строительство новых зданий только в виде высокоплотной малоэтажной (не выше высоких деревьев) застройки, и др. Застройка и другое освоение неудобий и высвобождение территорий с ровным рельефом для последующего превращения в парки. Градостроительное освоение подземного пространства (строительство второго, подземного многоярусного города). Освобождение территорий в центральной части города для создания парков.

Биопозитивная реконструкция зданий и инженерных сооружений. Озеленение стен и кровель (иногда, при соответствующем обосновании – с разборкой верхних этажей высотных зданий), мероприятия по энергосбережению, использованию альтернативной энергии, архофитомелиорация существующих зданий и инженерных сооружений, повышение качества жизни и уровня удобств, а также внешнего вида старых зданий путем их экореконструкции и архофитомелиорации, устройство биопозитивных шумозащитных экранов, реконструкция проезжей части дорог и тротуаров с применением водопроницаемых покрытий.

Архофитомелиорация (улучшение архитектурной выразительности путем озеленения поверхности с устройством декоративных устройств для поддержания вьющихся зеленых насаждений и растительного грунта). Повышение площади растительного грунта и создание новых поверхностей для озеленения достигается путем пристройки к нижним частям стен зданий грунтовых террас, устройства вокруг инженерных сооружений (фонарных столбов, башен и др.) объемов растительного грунта, поддерживаемого декоративными стенками; озеленение всех возможных не озелененных ранее поверхностей. При этом в отмостках и в фундаментах при необходимости нужно проделать отверстия для свободного прохода корней вновь высаживаемых растений в естественный грунт, чтобы не требовался полив.

Постепенное создание системы подземного электротранспорта. Отказ от использования бензиновых и дизельных автомобилей с ДВС в пределах города. Использование только транспорта на газе и электротранспорта.

Создание системы глубокой очистки воды в местах расселения. Исключение сброса загрязненных вод и полное использование очищенной воды на полив парков, смыв в общественных туалетах и др. Постепенный переход на трехтрубную систему водоснабжения в домах: питьевая вода (очень тонкая труба с самым высоким качеством воды и минимальным водопотреблением 3–4 л/чел. в сутки), хозяйственная вода (для ванн и др.) и горячая вода. При этом для смыва в туалетах используется только хозяйственная вода после ее употребления в ваннах, душах, для стирки и др.

Создание системы подготовки и раздельного сбора твердых бытовых отходов и их полного рециклирования.

Экореконструкция и фитомелиорация всех компонентов ландшафтов в городе. Повышение индекса озелененности до 6–7 (по примеру Японии ввести использование индексов озелененности городских территорий: 1 – без озеленения, 2 – трава, 3 – кустарники,.6 – деревья среднего возраста,... 10 – естественный лес).

Дезодорация загрязнений и лечебно-оздоровительная одорация воздушной среды внутри зданий и в городе. Ароматизировать среду города с целью психологического, физиологического, терапевтического и маскирующего неприятные запахи воздействия.

Восстановление комплекса природных факторов, к которым, в частности относятся: естественный мир запахов, цвет, электромагнитные колебания, природный уровень и содержание (частоты, ритмы) шума, температура, давление, перепады света, содержание природных элементов в воде, почве, воздухе.

Экологизация водопотребления и водопользования в городе. Внедрение системы глубокой очистки поступающей в регион воды. Демонтаж всех без исключения водовыпусков сточных вод в водоемы. Внедрение системы экономного расходования воды жителями и предприятиями (счетчики воды, введение раздельных систем питьевой и технической воды, запрещение полива питьевой водой, устройство пробок в умывальниках, водосберегающие душ и ванна, водосберегающие краны, бытовые мойки для посуды, и др.). Замена технологий, требующих большого расхода воды, на водосберегающие. Применение замкнутого оборота воды на предприятиях. Внедрение наиболее экономичных систем полива в сельском хозяйстве, использование культур с минимальным водопотреблением. Применение подземных хранилищ для накопления запасов воды. Очистка и восстановление рек.

Особо можно коснуться проблемы экологичной реконструкции зданий в сейсмоопасных районах. До сих пор вопросы реконструкции старых зданий связывали только с повышением их сейсмостойкости. В то же время представляет несомненный интерес объединение сейсмостойкой и экологичной реконструкции. Повысить сейсмостойкость старых не сейсмостойких зданий и одновременно сделать их в той или иной степени экологичными можно несколькими путями: устройство нового внешнего замкнутого каркаса (стального или железобетонного), опирающегося на новые фундаменты и соединенного со старым зданием в нескольких наиболее ответственных местах (например, в уровне верхнего перекрытия, в уровнях всех перекрытий и др.). Этот каркас может быть выполнен по всей длине здания, или только по части его длины, с шагом, равным или кратным шагу простенков или колонн (пилястр).

На каркас навешивается внешнее остекление, вследствие чего здание приобретает пассивную систему солнечного отопления. На свободной поверхности грунта рядом со зданием и на плоской кровле устраивают оранжерею. Для вентиляции в теплое время года остекление может перемещаться или открываться. Таким образом, к обычному мероприятию по повышению сейсмостойкости с помощью внешнего каркаса добавляется озеленение и пассивная система солнечного отопления. Кроме того, с помощью высококачественных стекол можно повысить архитектурную выразительность здания и прекратить процесс разрушения старых стен под действием выветривания, устройство новых наклонных опор для создания новой (пространственной и более жесткой) конструктивной схемы здания. Новые наклонные опоры устанавливают на новые фундаменты и упирают в верхний и все промежуточные диски перекрытий. Далее устраивают такие же оранжереи, остекление наклонной поверхности и пассивную систему солнечного отопления, как и в предыдущем примере. Для такой схемы усиления нужны надежные диски перекрытий, работающие в горизонтальном направлении в новой пространственной конструкции.

Можно коснуться также вопросов повышения уровня комфортности (как одного из показателей экологичности) и безопасности людей в зданиях, возводимых в сейсмоопасных районах. Один из важнейших показателей экологичности зданий в таких районах – это отсутствие негативных воздействий на людей, находящихся в здании во время землетрясения, и создание потенциальной возможности спасения даже при разрушении здания. Известны конструкции сейсмостойких зданий, которые могут быть экологичными и исключать негативные воздействия на жителей: это – здания на кинематических опорах. Одним из привлекательных проектов является здание на кинематических опорах-колоннах высотой на этаж, вследствие чего можно озеленить всю поверхность грунта под зданием. При этом только нужно обеспечить возможность свободного наклона колонн в период колебаний, и выполнить фундамент с проемами для прохода корневой системы деревьев и сообщения озелененного грунта над фундаментом с грунтом в основании. С некоторыми технологическими затруднениями такое решение можно выполнить и при реконструкции с устройством под зданием сплошной плиты, нового фундамента, и последующим подъемом здания в проектное положение с установкой между фундаментом и плитой качающихся колонн. При наклоне таких колонн в соответствии с заранее намеченной формой их криволинейной торцевой поверхности происходит подъем здания с последующим возвратом центра тяжести на место. Поэтому при перемещении грунта под зданием в процессе землетрясения жильцы не ощущают колебаний, здание находится в состоянии инерции покоя. Интересна конструкция здания с качающимся верхним этажом. При реконструкции и устройстве качающегося в противофазе верхнего этажа (эксплуатируемого или неэксплуатируемого) можно выполнить кровлю-газон на этом этаже. Ее вес должен быть учтен в весе этажа. Качающийся этаж позволяет почти в самом начале колебаний здания исключать их рост и переход в резонанс.

Для надежного спасения находящихся в здании людей при невозможности обеспечения нужной сейсмостойкости могут быть устроены при реконструкции здания «спасательные кабины» из облегченных и прочных, железобетонных скорлуп, собираемых на месте в замкнутые яйцеобразные оболочки. Эти оболочки могут использоваться в период нормальной эксплуатации как, например, помещения туалета. Все оболочки снабжают тросами для вытаскивания, шлангами для подачи воздуха и воды. Тросы и шланги размещают в специальном коробе и их концы устанавливаются в закрытом колодце за пределами возможной площади обрушения. В начале толчков застигнутые землетрясением жильцы укрываются в оболочках кабин и закрывают прочную стальную дверь (изнутри кабины могут быть покрыты слоем мягкого демпфирующего материала). После обрушения в кабины может быть подан свежий воздух и питьевая вода, а прибывший трактор за крюки на тросах может быстро вытащить кабины из-под завалов.

Вообще здание может быть сейсмостойким, если все небольшое здание разместить на одной качающейся опоре. Но для старых зданий более приемлемо введение небольших качающихся опор между старым фундаментом (его нужно усилить железобетонным поясом для опирания колонн) и верхней над фундаментной частью здания. Вначале бетонируют усиление фундамента и новый железобетонный пояс, который состоит из двух балок, соединенных перемычками, забетонированными в пробитых в стене проемах. Затем в старой стене просверливают ряд расположенных рядом отверстий для уменьшения сечения стены. После этого домкратами, упирающимися в фундамент и в новый пояс, разрывают стену в месте ослабления ее сечения, и после подъема здания в проектное положение устанавливают между зданием и фундаментом качающиеся стойки. Здание при таком решении практически не испытывает сейсмических воздействий. В последние годы возникла проблема повышения уровня комфортности зданий массовой послевоенной застройки одновременно с улучшением их внешнего вида и повышением теплоизолирующей способности стен. Проблема повышения уровня комфортности осложняется тем, что площади квартир и некоторых помещений (кухни, лоджии) в этих зданиях недостаточны для современных требований по уровню комфортности, звукоизоляция недостаточна, а толщина наружных стен не удовлетворяет современным требованиям по теплоизоляции. Для таких зданий применима экологичная реконструкция, заключающаяся в наружном или внутреннем утеплении стен с помощью эффективной теплоизоляции и устройстве новой наружной отделки, в наклейке звукоизоляционных плит на потолки и стены, в замене полов на более звукоизолирующие; вместо неглубоких лоджий (которые разбирают) устраивают новые большие и архитектурно выразительные застекленные лоджии со специальными мерами гашения наружных шумов, причем часть площади этих лоджий может быть выполнена с теплыми стенами и отоплением и использована для повышения площади кухонь и подсобных помещений; кровлю устраивают в виде эксплуатируемой кровли-газона с выходом на нее из лестничной клетки, или делают черепичную крышу с эксплуатируемыми мансардными помещениями. К наружной стене пристраивают остекленную теплицу в нижней части здания (высотой на один или два этажа), к наружным глухим стенам здания в период их утепления и отделки прикрепляют декоративные керамические держатели для наружного сплошного вертикального озеленения, для укоренения которого устраивают декоративно оформленные проемы в отмостке. На кровле устанавливают гелиоколлекторы для нагрева воды и бак для горячей воды.