Швейные технологии как междисциплинарные инновации в архитектуре

Сафонова Екатерина Владимировна доцент кафедры дизайна Института архитектуры и дизайна Сибирского федерального университета 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, проспект Свободный, 79, ауд. 2-64 Safonova Ekaterina Vladimirovna Associate Professor of the Department of Design of the Institute of Architecture and Design of the Siberian Federal University 660041, Russia, Krasnoyarsk Territory, Krasnoyarsk, Svobodny Avenue, 79, room 2-64 marina-kate@mail.ru Другие публикации этого автора

1. Введение

С развитием строительных технологий границы архитектурного проектирования существенно расширяются, и это открывает новые возможности использования альтернативных методов строительства. Также немаловажную роль в развитии архитектуры играет потребность в использовании экологичных материалов и экономия ресурсов. Инновационные концепции в архитектурном проектировании, производстве и методах строительства на основе интеграции и междисциплинарности обеспечиваются использованием всего потенциала цифровых технологий, и, в том числе, возможностей автоматизированного производства.

Постоянное качественное развитие технологических и информационных процессов в архитектуре способствуют междисциплинарному взаимодействию со смежными сферами в проектно-конструкторской деятельности и слиянию областей проектирования, включая конструирование костюма (одежды) и текстильное производство. В последние годы архитектурные проекты все чаще исследуют швейные технологии для создания инновационных и уникальных конструкций. Это связано с тем, что швейные технологии позволяют создавать новые формы и структуры, которые были бы невозможны при использовании традиционных методов и материалов.

Предметом исследования является инновационный потенциал швейных технологий в архитектурном проектировании и строительстве.

Целью исследования является рассмотрение перспектив междисциплинарного подхода в получении новых технологических решений на основе интеграции швейных и текстильных технологий в область архитектурного проектирования и строительства.

Задачи исследования связаны с решением таких вопросов как:

- определение основных технологических процессов изготовления швейных и текстильных изделий;

- выявление междисциплинарных идей в архитектуре, связанных с использованием в строительстве технологических процессов, аналогичных швейным;

- анализ адаптированных технологий швейного производства в исследовательских прототипах и реальных зданиях и сооружениях из дерева (шпона).

2. Материалы и методы

В конце ХХ - начале ХХI в. в современной культуре проектирования практически реализовалась тенденция взаимопроникновения дисциплин. Исходя из этого, исследование строится на междисциплинарном подходе с привлечением знаний из области истории архитектуры, прикладных искусств и дизайна, истории и теории искусств, философии, эстетики, информационных технологий и инженерии. Междисциплинарный подход, подразумевает применение теорий, методов и практик, перенятых из других областей знания, которые возможно использовать в архитектуре и архитектурном проектировании.

Таким образом, особенность междисциплинарного подхода состоит в достижении новых результатов путем интеграции в архитектуру инновационных проектных идей. Сравнивая результаты дисциплинарных исследований можно открыть новые, ранее не обнаруживаемые влияния, параллельно идущие процессы в исследуемых предметных областях, проанализировать интеграционные процессы, рост взаимодействия и обогащения методов и практик архитектурного проектирования. При этом междисциплинарные методы исследования позволяют рассмотреть данную тему под разными углами, расширить исследовательский поиск и использовать инструменты смежных наук.

3. Результаты и обсуждение

При рассмотрении междисциплинарного подхода в архитектуре необходимо определить этапы технологического процесса изготовления швейных изделий.

Процесс производства любого изделия состоит из трех основных этапов:

1) моделирование, конструирование и разработка лекал (проектирование изделия);

2) подготовка ткани к раскрою и раскрой (подготовка материалов, частей и элементов);

3) пошив изделия и его отделка (сборка изделия) ^[1].

Первый этап создания швейного изделия - это конструирование, которое заключается в разработке чертежей деталей и изготовлении лекал для раскроя материалов. Лекала являются шаблонами деталей одежды, которые должны быть преобразованы для создания объемной оболочки, покрывающей тело или его отдельные части. Конструкция представляет собой соединение всех деталей изделия между собой ^[2].

В производстве швейных изделий вторым этапом является подготовка ткани к раскрою, работа с выкройкой и перенос контурных линий. Этот этап не менее важен, чем сам раскрой, так как от него зависит качество готового продукта.

Третий этап - пошив изделия, который выполняется при помощи промышленных швейных машин. Машинный шов может быть соединительным, краевым или отделочным. Соединительные швы служат для прочного соединения деталей швейного изделия между собой. Один из видов соединительного (стачного) шва - накладной шов, в котором используется прямая строчка.

Экспериментируя с возможностью внедрения швейных технологий в современные объекты архитектуры, исследователи взяли на вооружение все этапы швейного производства, адаптируя их к различным строительным материалам и конструкциям.

Интересен пример Штутгартского университета в Германии - исследовательского университета, известного своими инновациями в области дизайна и технологий. Ахим Менгес (Achim Menges) является архитектором, профессором и директором-основателем Института вычислительного проектирования (ICD). Институт в рамках университета совместно с Институтом строительных конструкций и конструктивного проектирования Штутгартского университета (ITKE) занимается исследованием автоматизированных производственных процессов в архитектуре. Как отмечает А. Менгес, его «интересуют новинки как на техническом, так и на дизайнерском уровне. Благодаря этому можно внести в архитектуру долгосрочный культурный вклад» ^[3].

Экспериментальная работа архитектора основана на междисциплинарном подходе и сотрудничестве с инженерами-строителями, учеными-компьютерщиками, материаловедами, биологами и другими специалистами в различных областях науки и производства ^[4]. Проекты и исследования Менгеса получили множество международных наград, были опубликованы и представлены на выставках по всему миру. Проекты также являются частью нескольких известных музейных коллекций, в том числе постоянной коллекции Центра Помпиду в Париже и Музея Виктории и Альберта в Лондоне.

Ахим Менгес с коллективом единомышленников и студентами Штутгартского университета каждый год, начиная с 2010 года, создают новый исследовательский павильон ^[5]. Легкие бионические конструкции демонстрируют в том числе возможности применения швейного автоматизированного производства при создании экспериментальных архитектурных прототипов. Роботы-автоматы шьют и ткут здания, создавая прочные конструкции, сочетающие архитектурную элегантность и эффективное строительство, для которого используется сравнительно небольшое количество материала. «За последнее десятилетие материалы и процессы, находящиеся в нашем распоряжении, значительно изменились», - подчеркивает Ахим Менгес ^[3]. При этом основным материалом для исследований в институте является многослойный деревянный шпон (фанера) как наиболее подходящее по своим качествам, доступное, экологичное и ресурсосберегающее сырье.

Один из самых первых экспериментальных павильонов (Research Pavilion) был создан в 2015-2016 гг. ^[6].

Этот проект использует текстильные технологии для изготовления сверхлегких деревянных архитектурных объектов из ламинированной фанеры (деревянного шпона). Прослеживая этапы строительства павильона, можно убедиться, что в нем соблюдались этапы аналогичные швейному производству, но адаптированные для нетекстильного материала - деревянного шпона. Параллели между древесиной и текстилем становятся все более очевидными при толщине материала, значительно меньше той, которая обычно используется в деревянное строительство. Учитывая то, что используемый в проекте шпон был толщиной всего около 1 миллиметра, с ним стало возможно обращаться как с тканью.

Укрепляющая прокладка при шитье - различные клеевые материалы, используется для придания изделию или деталям изделия формоустойчивости. В зависимости от необходимой жесткости фанеры из шпона, на различные участки добавляли количество слоев и подвергали процессу ламинирования. Жесткость при изгибе, таким образом, была рассчитана и запрограммирована, т.е. шпон, как и текстильный материал при шитье, был укреплен в необходимых местах.

Затем отдельные детали конструкции вырезались из ламинированного листа фанеры с помощью 3-осевого фрезерного станка с ЧПУ. Этот процесс аналогичен выкраиванию деталей швейного изделия из текстильных материалов по заранее сконструированным чертежам с помощью технологического промышленного робота-раскройщика.

Павильон состоит из 151-го объемного сегмента, которые были изготовлены и изогнуты с помощью автоматизированного сшивания. Первоначально плоские детали соединялись по краям с помощью плоского шва, в результате чего были получены сложные трехмерные формы, основанные на двумерных выкройках, как при шитье текстильного изделия. Сегменты сшивались на стационарной промышленной швейной машине, что доказывает целесообразность шитья фанеры на машинах кожевенной и обивочной промышленности и указывает на высокое качество шитья, которого можно достичь с их помощью ^[7].

Адаптация швейной технологии заключалась в том, что при сшивании древесины сравнительно высокая прочность фанеры требовала корректировки процесса. Чтобы создать необходимое усилие для прокалывания слоев шпона, настройка промышленной швейной машины была изменена путем увеличения мощности и, следовательно, более высокой силы прокола. Кроме того, чтобы предотвратить поломку иглы и, следовательно, обеспечить непрерывный процесс изготовления при сшивании, игла должна была выдерживать высокие осевые усилия и одновременно проявлять определенную гибкость из-за деформации при прокалывании материала. Таким образом, была выбрана игла с покрытием из нитрида титана, обеспечивающая большую твердость, чем стандартные иглы, и лучшую защиту от износа и повреждений. Кроме того, при сшивании использовалась полиамидная нить, которая обеспечивала очень высокую прочность на разрыв и стойкость к истиранию.

Кроме того, что детали из фанеры изгибались и сшивались как объемные формы, также необходимо было пришить полосы ПВХ мембраны из полиэфирного волокна, чтобы в дальнейшем соединить сегменты между собой с помощью шнуровки. Технология шнуровки позволяла постепенно затягивать соединение между двумя сегментами в процессе сборки и, таким образом, при необходимости регулировать уже соединенные сегменты.

Конструкции других экспериментальных павильонов Штутгартского университета (ICD) демонстрируют возможности автоматизированного производства в деревянном строительстве на уровне прототипов.

В одном из таких исследовательских проектов обычные полосы фанеры сшивались вместе с использованием промышленной швейной машины в сочетании с двумя взаимодействующими роботами-манипуляторами, управляющими деревянной заготовкой. Конечным результатом стала небольшая установка, которая продемонстрировала возможность сшивания поверхностей двойной кривизны с помощью обычных полос из фанеры.

Еще одна конструкция - «Tailored Structures» - это дипломный проект 2016 года студентов института (ICD) Мартина Альвареса и Эрика Мартинеса ^[8]. Проект исследовал использование робототехники и сенсорных механизмов в сочетании с промышленными швейными технологиями для изучения нового способа изготовления деревянных конструкций.

The Sewn Timber Shell 2017 - это совместный проект Института вычислительного проектирования и строительства (ICD) Штутгартского университета и Исследовательского центра цифрового дизайна (DDRC) Университета Тунцзи в Шанхае ^[9]. Проект был представлен на выставке «Размышляя о цифровых технологиях» («Minding the Digital») в музее дизайна Китая в Шэньчжэне в 2017 году. Машинные швы позволили сшить трехмерные гибкие формы из плоского листового материала. Сшивание также было автоматизировано и на протяжении всего процесса деревянные детали последовательно добавлялись и прочно соединялись швами. В результате получился павильон из дерева с уникальной структурным и пространственным выражением. Можно сказать, что в этом павильоне традиционные методы кроя и шитья, которые используются в дизайне костюма заново интерпретируются в контексте нового материала.

Дизайн-студия Produce Workshop разработала павильон из фанеры «Fabricwood» ^[10]. 20-метровая арочная конструкция из 280 фанерных панелей расположена в магазине Herman Miller «Shop-in-Shop» в Сингапуре. Вдохновленные эргономическими исследованиями стульев бренда Herman Miller, архитекторы Produce Workshop разработали деревянную поверхность, отражающую четкое понимание бренда и его особенностей. Поверхность конструкции создает эффект стеганой ткани, натянутой на каркас, совсем как в мебельном производстве при обивке стульев тканью.

Процесс придания дереву вида ткани начинается с вырезания панелей конструкции с помощью станка с ЧПУ из листа плоской фанеры. Produce Workshop использует интерпретацию техники пошива изделия с вытачками, прорезая щели на поверхности фанеры. Вытачки - это вырезы, которые делаются на ткани для придания ей формы и облегчения пошива изделия. Вытачки на фанерной панели определяют кривизну плоскости в соединенном и закрытом состоянии раствора вытачки. Круглые вырезы используются в месте схождения вытачек, чтобы фанера могла гнуться и можно было избежать разрывов. Прорези «зашиваются» кабельными стяжками, а края модульных панелей соединяются заклепками. Вся конструкция очень легкая с минимальным каркасом и сделана симметричной. Таким образом, еще один прием швейного производства был успешно применен в реализованном сооружении из дерева. Интерьер «Shop-in-Shop» был назван лучшим интерьером 2017 года на Всемирном фестивале интерьеров INSIDE, который проходил одновременно с Всемирным архитектурным фестивалем 2017 в Берлине.

4. Заключение

1. В результате исследования определены три основных этапа технологических процессов изготовления швейных изделий, которые в адаптированном виде могут применяться при изготовлении архитектурных объектов:

1) разработка конструкции и лекал изделия;

2) подготовка материала к раскрою и раскрой;

3) сборка изделия путем сшивания.

2. В исследовании продемонстрировано, что междисциплинарные идеи применения швейных и текстильных технологий в архитектуре приводят к пересмотру приемов, методов и практик по отношению не только к архитектуре, но, и к областям строительной инженерии, автоматизации, цифрового производства и материаловедения ^[11]. Недавние разработки в области вычислительного проектирования и производства с компьютерным управлением значительно расширили спектр применения древесины в архитектуре. Многослойный шпон (фанера) демонстрирует отличные механические свойства и высокий потенциал для соединений, выходящих за рамки привычных соединений древесины в строительстве. Инновационный метод строительства с помощью сшивания строительного материала намного опережает существующие строительные нормы. Еще одним важным аспектом междисциплинарного сотрудничества является использование цифровых технологий и автоматизированного производства, которые значительно изменяют архитектуру.

3. Рассмотренные экспериментальные прототипы и сооружения обладают не только эффективными и ресурсосберегающими качествами и характеристиками, но и высоким уровнем архитектурно-художественного решения, что также подчеркивает необходимость и важность междисциплинарного подхода в современной архитектуре. В целом, заимствование принципов швейных и текстильных технологий помогает создавать все более инновационные, функциональные и эстетически привлекательные проекты в области архитектуры и дизайна интерьера.

Экспериментальные сооружения (прототипы) и реализованные архитектурные проекты с использованием методов швейных и текстильных технологий расширяют границы проектирования в современной архитектурной и инженерной практике. Использование швейных технологий открывает новые возможности для создания инновационных и уникальных форм и конструкций в архитектуре.