سازه ی تخم مرغیِ نورمن فاستر

1)معماری، تکنولوژی، سازه

معماری، تکنولوژی و سازه، همواره با یکدیگر در ارتباط بوده اند و این امر سبب تأثیر و تأثر آن ها از یکدیگر شده است. هنر مهندسی سازه، یعنی استفاده از مبانی محاسبه و طراحی سازه برای تبدیل ایده ها و مفاهیم به ساختمان هایی که در برابر نیروها پایدار باشند، از مواد و مصالح به نحو اقتصادی استفاده نمایند و به نیازهای زیبایی شناسی در ساختمان پاسخ مثبت دهند. مهندس سازه در این مسیر، نه تنها باید اصول طراحی را در انتخاب مناسب ترین سیستم های سازه ای در نظر بگیرد، بلکه باید عملکرد این سیستم را نیز در شرایط متفاوت برای رسیدن به خواسته ها و معیارهای فوق به صورت دقیق بررسی و ارزیابی کند تا فرآیند طراحی و محاسبات سازه ای به یک نتیجه واحد و مشترک که تأمین کننده تمامی نیازهای طرح باشد، منتهی شود. از طرف دیگر، مهندس سازه به دلیل نحوه نگرش خاص به مسائل ساختمان، یک فرد عمل گراست. در عین حال، یک معمار خوب نیز باید دارای دانش عمومی در مورد رفتار سازه ها باشد. به علاوه او باید یک هنرمند و متعهد به رعایت اصول طراحی معماری و معیارهای زیبایی شناسی باشد. با توجه به موارد مذکور، طرحی به طور کامل موفق خواهد بود که معمارِ آن، رفتار سازه ها را به خوبی درک کند و مهندس سازه ی آن، به طراحی معماری و معیارهای زیبایی شناسی آگاه و متعهد باشد.

در واژه "Architecture" به معنی "معماری" که در اکثر زبان های اروپایی رایج است، "تک" (Tech) منشأ یونانی دارد که در واژه Technology”" نیز موجود است و این خود موید این است که این دو تعاملی تاریخی با یکدیگر دارند. اگر درخصوص تأثیر تکنولوژی بر معماری سخن به میان آید، باید گفت که اگر معماری وتکنولوژی با یکدیگر همگام  و همقدم باشند، این تأثیر نامحسوس می باشد، ولی اگر معماری از تکنولوژی عقب بیفتد و همگام نباشد، این تأثیر محسوس خواهد بود و باعث دگرگونی هایی در معماری خواهد شد، لذا معماری همواره تحت تأثیر تکنولوژی و وابسته به آن است، خواه این تأثیرپذیری در جهت ارتقاء معماری از لحاظ خصوصیات فضایی و معنایی باشد و خواه در جهت تضعیف آن ها و نشان دادن تسلط تکنولوژی بر معماری و انسان.

"داویود" در خصوص لزوم تجلی هنر و مهندسی در یک شخص می گوید: چگونه ممکن است که با این همه پیچیدگی علوم و گستردگی هر دو رشته ی معماری و سازه، کسی بتواند در هر دو مورد صاحب تخصص و فن شود؟ جواب ساده ای برای این سوال وجود دارد: انسان ابزاری به نام تکنولوژی در دست دارد. تکنولوژی پویا و پیش رونده ی امروز، جوابی برای تمامی سوالات است. شناخت تکنولوژی و صورت های آن، به معمار و مهندس سازه این امکان را می دهد که بتواند با زبانی مشترک با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. زبانی که امروزه بسیار پیشرفته و در عین حال پیچیده گشته است. نمونه ی مناسبی از اثرات به کارگیری این زبان مشترک، مربوط به "تالار شورای شهر لندن" می باشد. این تالار توسط "نورمن فاستر" معمار برجسته ی بریتانیایی طراحی شده است.

2)تالار شورای شهر لندن

در سال 1998 میلادی، گروه معماری "فاستر و همکاران" موفق به کسب رتبه اول مسابقه طراحی ساختمان تالار شورای شهر لندن شد. عملیات اجرای این ساختمان در سال 2000 آغاز و در سال 2002 خاتمه پیدا کرد. تالار شهر (city hall) مکانی است برای کلیه امور اجتماعی شهر. این تالار در درجه نخست فضای استقرار انجمنها و شوراهای شهر و سپس مرکزی برای گردهمایی های عمومی و ارتباط و تعامل میان مردم در عرصه مسائل شهری است. تالار شهر متعلق به همه مردم شهر است و نماد معمارانه­ای از دموکراسی است. این ساختمان علاوه بر کاربرد دولتی، دارای یک آمفی تئاتر و بخش تجاری نیز می باشد.  این طرح در جنوب رود تایمز واقع شده ­است. از زمان شروع این پروژه آشکار بود که تیم طراحی و ساکنان آتی آن بر آنند تا ساختمانی پدید آورند که مثالی برای یک ساختمان با مصرف پایین انرژی باشد. مصرف انرژی در این بنا تا ۷۵ درصد نسبت به ساختمان های مشابه کمتر است

در درون ساختمان شوراء، راه پله هایی مدور قرار دارند که شخص را به بالاترین مکان ساختمان می رساند، یعنی جایی که یک بالکن با چشم اندازی 360 درجه، منظری زیبا از شهر لندن را به نمایش می گذارد. در نمای شمالی که رو به رودخانه قرار دارد، سه پانل مثلثی شیشه ای که در هم فرو رفته اند، اتاق ها را به سمت رودخانه باز می کنند و در دیگر نماها از پوسته ای نواری با پانل هایی جهت تهویه طبیعی توسط دریچه های بازشونده و ورود نور از طریق شیشه های شفاف استفاده شده است. 

3)مراحل شش گانه ی طراحی دیجیتال ساختمان تالار شورای شهر لندن

روند دیجیتالی که برای رسیدن به طرح نهایی تالار شورای شهر لندن طی شده است را میتوان در 6 مرحله شرح داد:

1)پس از موفقیت در مسابقه طراحی و برنده شدن طرح، پرسش نخست نحوه ساخت شکل عجیب ساختمان بود. برای این منظور، گروه طراحی، اقدام به شبیه سازی حجم تخم مرغی شکل بنا کرد.

2)از آنجایی که قرار بر بهینه سازی و رسیدن به طرحی بود که همه جوانب سازه ای، اقلیمی و... را رعایت کرده باشد، گروه مدل سازان، مدلی دیجیتالی تولید کرد که در آن، یک چندضلعی محاط بر کره مبنا تعریف شده بود و در این مرحله، به پرسش هایی درخصوص نوع فرم پاسخ داده شد و در نهایت، یک فرم پارامتریک تعریف شد.

3)در این مرحله، ساعات فراوانی صرف مدل سازی پارامتریک پروژه شد. همچنین پس از کسب تغییرات اعمال شده از سوی طراحان نیز، ماه ها وقت صرف شد تا گزینه های مختلف مورد نظر طراحان با یکدیگر مقایسه شوند. اما پس از نتیجه گیری نهایی در مورد شکل و حجم طرح، چند ضلعی پارامتریکی که محاط بر حجم فرض شده بود، از روی حجم نهایی حذف شده و مدل صلب دیجیتالی از طرح ساخته شد.

4)از این مرحله، طرح وارد مرحلة جزییات عملکردی شد. با برش مدل صلب به دست آمده(از طریق عبوردادن صفحات موازی از مدل)، مبنایی برای شکل کف طبقاتی که باید طراحی می شدند به دست آمد. بنابراین با رسیدن به این مبناء، طراحی پلان عملکردی طبقات می توانست توسط گروهی مجزا آغاز شود.

5)پس از مرحله چهارم، طراحی جزییات بنا آغاز شد. جزییات، اغلب در محیط های نرم افزاری مانند اتوکد ترسیم می شد، اما از آنجا که در این طرح، قطعات شیشه ای جداره نما، اشکال منحصر به فرد و مختلفی داشتند. نرم افزار مورد استفاده، به نوعی به دستگاه برش خودکار CNC متصل شد که به  وسیله آن، همه صفحات ابتدا برای آزمایش میزان دقت و درستی برش آن ها، یکبار به صورت واقعی و در ابعاد یک ماکت کارگاهی برش خورده و در جای خود نصب شدند.  در این مرحله، برای رسیدن به شکل و الگوی برش صفحات و مسیر حرکت آن ها روی نما، طراحان با به کارگیری روش ساده ای، با استفاده از مداد، روی مدل حجمی طرح مسیر مورد نظر خود را معین می کردند و پس از آن، این مسیرها به مدل کامپیوتری تبدیل می شد.

6)در این مرحله، طرح از نظر انرژی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. این تحلیل ها توسط شرکت آروپ انجام شد. یکی از نتایج در این تحلیل، تعیین ناحیه ی رأس حجم، به عنوان محل نصب صفحات فتوولتائیک بود.

4)فرم تخم مرغی

طرح ساختمان طوری در نظر گرفته شده است که در نمای شمالی، رو به رودخانه قرار گیرد. هندسه نامتعارف سازه ساختمان براساس تحلیل های علمی و شبیه سازی های کامپیوتری متعددی به وجود آمده. این حالت به گونه ای است که میزان جذب و اتلاف گرما از پوسته ساختمان را به کمترین میزان ممکن می رساند. این امر در اصل از طریق کاهش سطح خارجی ساختمان محقق شده است. سطح خارجی این فرم که از کره مشتق شده است، 25 درصد کمتر از سطحی است که یک مکعب با همان حجم به دست می دهد. انتخاب این فرم کاملا آگاهانه و بر مبنای اصول هندسی و محاسباتی صورت گرفته است، به طوریکه ضمن به حداقل رساندن نمای ساختمان در برابر خورشید، می تواند تمام عملکردهای مورد نظر را هم به خوبی برآورده سازد. فرم ساختمان باعث شده است که هر دیواره شیشه ای با زاویه متفاوتی نسبت به دیگری قرار گیرد. این دیواره ها با استفاده از تحلیل های نورپردازی سه بعدی کامپیوتری و روش شبیه سازی نور روز، طراحی شده اند. ساختمان در جهت شمالی و جنوبی متقارن است. انحنای این ساختمان در جهت شمالی جنوبی به گونه­ای است که حداقل سطح را در ضلع جنوبی در معرض تابش مستقیم خورشید داشته باشد. همچنین در این ضلع، حالت پله ای طبقات موجب می شود تا هر طبقه روی طبقه زیرین خود سایه انداخته و تابش مستقیم نور خورشید را تعدیل کند.

5)قاب های خورشیدی فتوولتائیک

قاب های خورشیدی فتوولتائیک در ساختمان شورای شهر لندن، حدود 70 درصد از انرژی مورد نیاز را تأمین می کند. این قاب ها موجب کاهش انتشار گاز CO2 خواهند شد و طبق برآورد کارشناسان، این مقدار صرفه جویی، چیزی در حدود 30000 تن در طول عمر ساختمان خواهد بود. چنانچه در طول  روز، فضاهای داخلی به نور خورشید نیاز داشته باشند، نور از دیوار شیشه ای عبور کرده و به داخل نفوذ می کند و هنگامیکه به جریان برق نیاز باشد، از نور خورشید تابیده شده در طول روز به سلول های فتوولتائیک، جهت سیستم روشنایی استفاده می شود. یکی از دستاوردهای این ساختمان، توانایی برقراری ارتباط با محیط شهری از طریق نوع جدیدی از شفافیت دیجیتالی است. پوسته ای هوشمند که در تعامل میان فضای داخلی ساختمان و فضاهای عمومی بیرونی عمل کرده و نمای ساختمان را به محیطی پاسخگو مبدل ساخته است.

6)تهویه مطبوع با کمک پمپاژ آب:

در این ساختمان، توجه به مصرف انرژی در ابعاد مختلف آن دارای اهمیت ویژه ای است. یکی از موارد فوق، بهره گیری از سوخت های آلی می باشد. با استفاده از این سوخت ها، تولید دی اکسید کربن به میزان 94 درصد کاهش می یابد. گرمای اضافی به صورت آبگرم در یک سفره آبده که در زیرزمین قرار دارد ذخیره می شود. سپس این آب به وسیله پمپ استخراج می شود و برای گرمایش ساختمان و همچنین فعال کردن سیستم خنک سازی به کار می رود. علاوه بر این، از این آب برای آبیاری فضای سبز و مصارف دیگر غیر آشامیدنی نیز بهره برداری می شود. انرژی آب، گونه پنجم تولید انرژی اکولوژیک می باشد و یک منبع انرژی پاک و تجدید پذیر است و امروزه 20 درصد از انرژی جهان و 52 درصد از انرژی الکتریکی تولید شده از منابع تجدید پذیر را تشکیل می دهد. علاوه بر این، هوای تازه از طریق دریچه های مشبک جاسازی شده در کف سطوح اداری تأمین می شود. در زمستان یک چرخه حرارتی رطوبت پذیر برای رطوبت دهی به هوای مکیده شده استفاده می­گردد. در تابستان نیز در زمانیکه دمای هوای خارج از هوای داخل زیادتر است، همان چرخه حرارتی هوای تازه ورودی را از قبل خنک می سازد. تهویه کننده­های بازشو در محیط اداره ها نیز تهویه طبیعی را به عهده دارند.دیوار های عایق­بندی شده هم نقشی مناسب خود ایفا می کنند.

7)فاستر و الهام گیری از اندیشه های "فولر":

آن چیزی که فاستر را به عنوان یک معمار تراز اول جهانی معرفی می کند، گرایش های زیست محیطی اوست. فاستر جزء اولین کسانی است که در گرایش به اندیشه های گروه های سبز، مفهوم معماری پایدار را در عمل به کار بست و حاصل کارش به قدری موفقیت آمیز بود که طرفداران معماری پایدار را در به تحقق رساندن ایده هایشان، امیدوار کرد. مهم ترین منبع الهام فاستر در دستیابی به چنین نگرشی، همکاری و بازآموزی اندیشه های معمار آمریکایی، "ریچارد باکمینستر فولر" است. فولر نقش مهمی در توسعه نگرش های بوم شناختی فاستر داشت. روش کار او، توجه به سازمان دهی عناصر شکل گیری معماری در یک نظام بوم شناختی بود. آنچه که فاستر را وام دار اندیشه های فولر می گرداند، برخورد با مفهوم طراحی معماری به مثابه ی درنگ و تأملی محتاطانه برای دستیابی به شناخت وسیع تر از عالم هستی است. فاستر در هر پروژه ای، به دنبال یافتن راهکارهای جدید طراحی است. به نظر او، بهترین طرح معماری، طرحی است که بتواند نیازهای اجتماعی، اقتصادی، تکنولوژیک، زیبایی شناختی و زیست محیطی را با هم برآورد و نتیجه ی آن باید یک سنتزی از همه عوامل دخیل در پروژه باشد، و همانگونه که خود او نیز متذکر می شود: معماری پایدار به معنی ایجاد بیشترین کار با کمترین امکانات است. جستجویی آگاهانه جهت فهم راهکارهایی برای استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی و استفاده بهینه از منابع طبیعی با در نظر گرفتن کیفیت مطلوب زندگی و اهتمام به حفظ منابع برای نسل های آینده.