Архитектура меняется вместе с жизнью людей. Так, всего какие-то 20 лет кардинально поменяли облик жилых районов. О том, как математические модели находят свое воплощение в зданиях, почему важно найти баланс между стремящимися к небу небоскребами и историческим наследием мы поговорили с ректором Московского государственного строительного университета, академиком Российской академии архитектуры и строительных наук Павлом Алексеевичем Акимовым.
– Возведение здания – это работа множества специалистов. Кто вступает в работу первым?
Конечно, первым в работу вступает архитектор, который и воспринимает пожелания заказчика о строительстве того или иного объекта, воспринимает его замыслы и фантазии как должно выглядеть будущее здание и сооружение. Затем он старается воплотить его визуально, на бумаге, поэтому очень важно для наших архитекторов уметь хорошо рисовать, иметь компетенции в области инженерной графики. До сих пор, в этой связи, в архитектурно-строительные ВУЗы в качестве вступительного испытания сдают рисунок.
Жизнь не стоит на месте – архитектор имеет дело и с 3d-моделированием. Один из отчетов, который предоставляют заказчику – трехмерная модель здания. В дальнейшем архитектор передает сформированную коробку и стены, потолок и пол здания инженеру-конструктору, специалистам по сетям, которые проводят анализ прочности, устойчивости и безопасности здания или сооружения. Определяют размеры и варианты, из которых будут формироваться конструктивные элементы. Дальше вступают специалисты по сетям, тепловентиляции, водоснабжению и водоотведению, которые определяют параметры этих коммуникаций, их местоположение в здании и, конечно, важным специалистом является сметчик. На самом деле, в строительстве любого объекта задействовано огромное количество специалистов самых разных профессий.
– Но начинается все с архитектора и инженера?
Да, начинается все с архитектора и инженера. Могу сказать, что в Российской академии архитектуры и строительных наук, где я работал с 2014 по 2019 годы, коллеги архитекторы всегда любили повторять, что архитектор – это главный строитель, поэтому так архитекторов и воспринимают.
– Инженер и строитель имеет дело с точной математической частью. Как математические модели находят свое воплощение в зданиях?
Важный этап при подготовке любого строительного решения – расчетное обоснование здания, сооружения или комплекса. Для этого всегда использовались различные методы: аналитические подходы, экспериментальные исследования. В последние 10 лет достаточно прочно в практику специалистов-проектировщиков вошли численные методы, которые позволяют оценить прочность, устойчивость и надежность здания с использованием аппарата математического моделирования.
Математическая модель – это замена самого здания или сооружения идеализированной моделью, которой мы оперируем на математическом языке.
Такая практика в нашем университете развивается достаточно давно. У нас был вычислительный центр, который занимался вопросами автоматизации проектирования. Потом в первое десятилетие 2000-х был создан Научно-образовательный центр компьютерного моделирования. Сейчас специалисты нашего вуза участвуют в расчетном обосновании всех уникальных объектов, которые строились за последние годы и сейчас строятся. Это и объекты к Олимпийским играм 2014 года, и практически, все стадионы к Чемпионату мира 2018 года, и почти все высотные здания, которые возводятся в столице. Изобилие архитектурных форм накладывает особые обязательства на инженера - чем уникальнее форма и сложнее вид строительного объекта, тем сложнее расчетное обоснование. Есть система строительных норм и правил, где вроде бы все регламентировано, но многие вопросы остаются за гранью этой системы.
Например, есть большепролетное здание. Вопросы оценки снеговых воздействий, как снеговая нагрузка распространяется на перекрытия здания, или какое влияние ветровая нагрузка оказывает на высотный объект высотой несколько сотен метров. Это все можно узнать либо используя математический аппарат численного моделирования, либо аппарат экспериментального моделирования. Скажем, аэродинамическая труба, если мы говорим о ветровых нагрузках, которая, кстати, есть в нашем университете. Но в любом случае мощнейший инструмент – это именно математическое моделирование.
– Как в свое время автоматизированное проектирование CAD заменило карандаши и ватман, так сейчас на смену информационному моделированию BIM приходит технология 3-d моделирования. Облегчает ли это работу?
Эта система постепенно внедряется. Вообще строительная отрасль очень консервативна. Это очень хорошо, потому что риск ошибок – это риск для сотен и тысяч людей, которые заселяются или работают в том или ином здании или сооружении.
Когда я учился, у нас были работы, которые мы выполняли на ватмане, но уже тогда внедрялись автоматизированные системы проектирования CAD и так далее, которые заменили привычные кульман и рапидограф.
Сейчас перед строительной отраслью ставится задача активного внедрения системы информационного моделирования или BIM-технологии. Более того, с 1 января 2022 года они должны быть обязательными на всех строительных объектах госзаказов.
Цифровые двойники – это следующий этап после BIM. Мы говорим о геометрической модели, той самой трехмерной модели здания или сооружения, в альянсе с расчетной моделью, о которой говорилось выше. Все это объединяет понятие цифрового двойника, который нужно рассматривать не только на этапе возведения здания, но и на разных этапах жизненного цикла.
Мы к этому стремимся, стараемся внедрять для студентов такие дисциплины, знакомить их с передовыми технологиями BIM-решений, математического моделирования, мониторинга и наблюдения за уже построенным объектом. В последнем случае важно мониторить и состояние объекта, и оценивать ситуации, которые могут вызвать потенциальный риск для безопасности здания в целом.
– То есть, совсем скоро можно будет увидеть столицу в «цифре»?
Все к этому стремятся. Но на пути к идеальному образу, о котором мы говорим, очень много работы.
– Сейчас много внимания уделяется разработкам искусственного интеллекта. Например, компания SGSразработала систему строительного мониторинга на основе ИИ. Скажите, оправдывают ли себя такие технологии? Или лучше обязанности по контролю возложить на людей?
Вопросы мониторинга очень актуальны и важны в целом для любого уникального объекта. Но если говорить о передовом опыте, при возведении любого высотного здания важно предусмотреть систему мониторинга. Это набор датчиков, которые расставлены в определенных местах. Мониторятся самые разные моменты: перемещения между контрольными точками, связанные с наклоном здания или сооружения, отклонения от проектных отметок и так далее. Конечно, отводить это только на этап обследования не совсем правильно. Многие вещи можно контролировать только в автоматическом режиме. Другое дело, что сами технологии без их правильного понимания тоже не дают ответы на вопросы и могут привести к негативным последствиям. Чтобы спроектировать систему мониторинга, нужно применить серьезный интеллектуальный задел: правильно расставить датчики, подобрать оборудование и программное обеспечение, которое будет следить в том числе и за безопасностью этого объекта. Конечно, все это должен контролировать квалифицированный персонал, который может выявить острые места и принять превентивные решения, чтобы не допустить внештатных ситуаций.
– Возможно ли такое, что с присутствием искусственного интеллекта необходимость присутствия людей отпадет со временем?
Думаю, что да. Хотя я и не являюсь сторонником слишком оптимистичного взгляда на исчезновение многих профессий, о чем сейчас серьезно говорят. Но, безусловно, есть профессии и в строительной отрасли, которые со временем исчезают в силу того, что прогресс не стоит на месте. Другое дело, что мы стараемся готовить наши кадры таким образом, чтобы у них была, прежде всего, мощная фундаментальная подготовка, и потом на рабочем месте они могли осваивать что-то новое. Важнейшая роль любого университета – необходимость привить человеку стремление учиться и осваивать что-то новое. Если это есть, то для него не составит труда справиться с теми или иными технологическими решениями.
– Если говорить о Москве, то она меняется быстро и радикально. Насколько важно соблюдать архитектурный баланс для сохранения исторического облика? Например, комплекс Moscow Сityкардинально отличается от архитектуры 70-х или даже 90-х.
Опыт работы с Александром Кузьминым, бывшим главным архитектором Москвы, заставил меня очень внимательно относиться к таким вопросам. На самом деле трудно представить город, который остановился в своем развитии. Всегда появляется что-то новое. Если мы посмотрим на Москву, то она несколько раз перестраивалась. Были пожары войны 1812 года. В XV веке начали возводить Московский Кремль в том виде, в котором мы сейчас его видим. Каждое поколение привносило что-то новое.
Если говорить о «Москва Сити», очень важно, что было принято решение размещать его не в пределах Садового кольца, что, наверное, вызвало бы огромную дискуссию, а все-таки вне центра. Цель была разгрузить центр Москвы от наплыва представителей разного рода коммерческих организаций и фирм. Это общепринятая практика – формировать такие «сити», локализованные с точки зрения расположения, и этот центр ставится центром деловой активности, поэтому мне кажется, что «Москва Сити» – это некая визитная карточка города сейчас, демонстрация революционных решений в строительной отрасли в том числе.
Есть и другой вопрос, что часто строительство таких высотных объектов – не просто коммерческий проект, а вопрос репутации и стремления увековечить себя со стороны заказчика. Все стремятся построить здание как можно выше, опередить, установить рекорды в той или иной сфере. Это вопрос определенного имиджа города и страны.
– Почему здания так стремительно растут ввысь? Правда ли то, что такая практика набирает обороты в мире?
Есть общемировые оценки специалистов. Как правило, развитие высотного строительства определяется двумя факторами. Во-первых – это урбанизация, а во-вторых– экономический рост. По мере того, как город становится центром деловой активности, стоимость земли увеличивается. Чтобы иметь возможность как можно большемуколичеству разного рода сотрудников и организаций разместиться, возникает потребность в росте вверх.
Это связано и с экономическим фактором. Есть разные оценки экспертов. Например, рост на 1 % мирового ВВП приводит к примерно такому же росту количества небоскребов в мире. Первые небоскребы появились в Чикаго и в Нью-Йорке. Это были огромные центры деловой активности. Рост акций способствовал развитию высотного строительства. В конце прошлого столетия активно развивались Китай и Гонконг. Сейчас значительная часть высотного строительства локализована в этих регионах.
Есть даже такие исследования, что для разных регионов экономически оправданный уровень высотности также различен. Экономическая эффективность того или иного здания, его высота обусловлена местным рынком рабочей силы, местными технологиями, стоимостью земли. Если посмотреть на эту кривую экономической эффективности в зависимости от высоты, то она имеет U-образный вид. Большинство зданий в мире имеет высоту около 200 метров. Это некий сбалансированный показатель. А вообще только в трети государств есть высотное строительство. Это показатель уровня развития экономики и деловой активности в целом.
– То есть, «Москва Сити» – новая тенденция, и скоро вся Москва такая будет?
Я думаю, что все-таки нет. Это такой достаточно локализованный район, где еще остались проекты, которые только предстоит реализовать. Мне кажется, концентрация в одном месте такого большого количества зданий соответствует общемировой практике, но она не распространяется на всю территорию столицы.
– Это экономически выгодно, что люди могут в одном месте и работать, и жить?
Это соответствует мировому опыту. Единственное, что задачу, связанную с разгрузкой центра Москвы и упрощением транспортной коммуникации все-таки в той мере, в которой задумывалось, решить пока не удалось.
– Процесс строительства меняется с течением времени или что-то остается неизменным?
Конечно, меняется. Это можно наблюдать и по окружающим нас зданиям. Все мы помним, что начиналось все во второй половине прошлого столетия с массового панельного строительства. Это было оправданно, потому что нужно было как можно большему количеству граждан предоставить возможность проживать в отдельных квартирах. В принципе даже сейчас, если перед застройщиком ставится задача построить жилые массивы в короткое сроки и нет ограничений в части ресурсов, то очень часто выбирают панельное строительство.
В последние годы приходит монолитное строительство, и монолитно-кирпичные решения, и модульные здания. Применяются разные дополнительные конструктивные и фасадные решения. В строительную отрасль инновации постепенно, но все же проникают. И Внешний вид здания нынешнего и, скажем, построенного сто лет назад спутать сложно.
– Сейчас помимо привычных способов возведения зданий началось применение технологии модульного строительства, когда конструкция собирается не на стройке, а на заводе. Насколько это надежно?
Вы знаете, в этом году удалось воссоздать в новом виде попечительский совет нашего университета, который возглавил заместитель председателя Правительства РФ Марат Шакирзянович Хуснуллин. В него вошло и много представителей отраслевых бизнес-компаний. Скажем, один из старейших партнеров нашего университета –концерн «МонАрх», который много вкладывает интеллектуальных и финансовых ресурсов в модульное строительство.
Конечно, это очень перспективное направление, которое имеет множество преимуществ. Первое – хорошо, что отдельные модули изготавливаются в заводских условиях, потому что это позволяет обеспечить определенные стандарты качества, которых подчас очень трудно достичь на строительной площадке. Есть отдельные решения, при которых такие модули содержат даже мебель, предметы интерьера и так далее. И есть решения, когда достигается значительная высотность таких зданий, также это позволяет экономить ресурсы, которые привлекаются на строительной площадке. Сокращаются и сроки производства работ.
Есть один недостаток, сложное место, о котором все знают – транспортная доступность. Далеко не на каждую строительную площадку можно доставить такие модули, особенно, когда речь идет о труднодоступных регионах.
Если говорить про Москву, то у компании «МонАрх» есть завод, который позволяет использовать передовые технологические решения Европы. Я думаю, что в скором времени мы увидим на практике воплощение в столице на новом качественном уровне этого подхода к модульному строительству.
В части безопасности модулям уделяется большое внимание, потому что их надо транспортировать и потом поднимать кранами. В процессе транспортировки они могут испытывать определенного рода нагрузки, несравнимые с ожидаемыми в ходе эксплуатации здания. Это тоже требует определенных моментов усиления, поэтому если осуществляется сборка всего здания, то оно должно получиться надежным.
– В какой стране самый удачный опыт создания безопасных зданий?
В нашей стране и в советское время была очень мощная школа проектировщиков и расчетчиков. Я могу привести в пример Владимира Ильича Травуша. Это вице-президент Российской академии архитектуры и строительных наук. Он сейчас работает в компании «Горпроект». В свое время он был одним из авторов Останкинской телебашни, в последние годы занимался проектом «Лахта-центр» в Санкт-Петербурге. Это самое высокое здание в мире, построенное на болотистых грунтах. Также «Москва-сити» это его проект. На самом деле, те решения, которые использовали наши специалисты и ученые в области строительных наук, по праву относятся к числу передовых. Конечно, важно учитывать и зарубежный опыт, что сейчас и делается в отрасли. Скажем, мы затронули тему математического моделирования и информационных технологий. Они пришли к нам с Запада и это можно только приветствовать.
В целом хочу сказать, что строительные нормы, которые есть сейчас в Российской Федерации, собственная инженерная школа и школы, которые формируют кадры для отрасли – это то, что отличает серьезную страну от той, что только может ориентироваться на интеллектуальные ресурсы за рубежом.
– Что сейчас изучается в этой сфере в науке?
Много вопросов, которые актуальны для строительной отрасли. Это вопросы расчетного обоснования, оценки прочности, безопасности строительных конструкций, зданий, сооружений. Сами конструкции тоже меняются, применяются все более смелые архитектурные решения. Это вопросы строительного материаловедения, потому что применяются новые материалы. Для их описания требуются сложные математические модели, и это отдельный вопрос.
Если говорить про нашу страну, у нас присутствуют отдельные очень важные сегменты строительства. Это, например, гидротехническое строительство, строительство тепловых, атомных электростанций. Актуальны вопросы по организации строительных работ и технологии строительства на площадке, вопросы, связанные с цифровизацией строительства. Это вообще отдельное направление: 3d-печать зданий и сооружений, которое активно развивается во всех странах. Есть вопросы по экономике, вопросы, связанные с комплексной безопасностью в строительстве, пожарной безопасностью. Если говорить про университет, то у нас есть научно-технический комплекс, куда входит больше 25 различных научных подразделений, институтов, центров. И вопросы безопасности – это важнейшие моменты в работе.
Строительная отрасль обречена на то, чтобы всегда оставаться в числе важнейших.
Сейчас непростое время, коронавирус. Во все времена инструментом выхода из любого кризиса, локомотивом развития экономики государства, как правило, выступает строительство. Так было в США во времена Великой депрессии, так, я думаю, будет и сейчас.
По отрасли в целом, если брать наших выпускников, проблем с трудоустройством нет. Хотя сейчас непростая ситуация на рынке труда.
– Молодежь сейчас стремится попасть в эту сферу, чтобы заниматься наукой?
У нас много и тех, кто хочет заниматься практической деятельностью и пойти работать на строительную площадку или заниматься вопросами моделирования в проектно-конструкторской фирме. Есть те, кто остается для продолжения учебы в магистратуре и аспирантуре, что мы тоже приветствуем.
– Павел Алексеевич, не могу не задать вопрос о здании, в котором мы находимся. Это даже комплекс, который состоит из зданий разной высоты и формы. Расскажите, что это за проект?
Это, действительно, уникальный комплекс, который начал формироваться во второй половине двадцатого столетия. Огромная заслуга принадлежит бывшему руководителю нашего университета. Вносились определенные дополнения в этот ансамбль. Скажем, в 2016 году был сдан легкоатлетический манеж, в 2018 году плавательный бассейн, был построен новый ученый корпус, также достраивались сооружения, которые составляют гордость нашего научно-технического комплекса, та же аэродинамическая труба, улучшался облик кампуса. НИУ МГСУ еще и уникальное природное место - мы находимся вблизи национального парка «Лосиный остров». У нас здесь все сконцентрировано достаточно локально: студенческие общежития находятся недалеко от корпусов, где происходит учебный процесс. И наш филиал, который расположен в городе Мытищи, находится в зоне доступности, 15 минут на автомобильном транспорте. Такая концентрация зданий и сооружений полностью соответствует тому значению, которое сейчас вкладывают в понятие «кампус». Нашим преподавателям и студентам, которые проживают в общежитии, не нужно тратить много времени на переход из одного места в другое.
Конечно, предстоит много сделать в развитии кампуса. Сейчас мы согласовываем проект по строительству нового общежития на 960 мест для наших студентов. Правительство Москвы поддержало нас в строительстве ледовой арены, которая дополнит наш спортивный кластер.
Я считаю, что университет – это не только образование, но и социально-культурный центр.
Могу сказать, что территория нашего кампуса пользуется большой популярностью среди жителей Северо-Восточного административного округа. У нас проводится большое количество общественно-значимых мероприятий не только научно-образовательных, но и спортивных. В этом и есть важнейшая миссия любого ведущего университета.
– Расширение территории университета и строительство нового кампуса общежития говорит о том, что все больше молодых людей хотят стать архитекторами и строителями?
Да, и сейчас эти непростые этапы развития экономики укрепляют понимание родителей абитуриентов, да и самих абитуриентов, что есть такие профессии, которые будут востребованы всегда. Профессия зодчего является именно такой. Как бы не складывались экономические обстоятельства, все равно люди хотят жить в хороших комфортных и безопасных условиях, всегда стремятся к собственному жилью, а строительство решает все эти проблемы.
