Города уйдут под землю?

Города уйдут под землю?

// Новый тренд: мегаполисы в недрах
Авторы: Борис Картозия

Много лет назад, когда только появились настольные компьютеры, в одном из программных приложений я обнаружил рисунок-иконку. На ней был изображён город с перевёрнутым отражением. Эта картинка неизвестного автора на три десятилетия определила направление моих научных интересов... Я хотел бы предложить вниманию читателей доклад, посвящённый одной из проблем освоения подземного пространства — созданию подземной жилищной инфраструктуры мегаполиса. Безусловно, решение этой проблемы — вопрос не сегодняшнего дня и даже не завтрашнего. Однако проблема жизни в уже существующих и создаваемых городах представляется мне заслуживающей внимания. Я бы сформулировал существо вопроса так: «Где и как будут жить дети наших внуков?»

Недра — это не только полезные ископаемые

Во второй половине 90-х годов удалось преодолеть стереотип в понимании горного дела как исключительно добычи и переработки полезных ископаемых. Новая концепция включает все основные элементы освоения человеком земной коры. Отдельное место в классификации георесурсов занимают природные и техногенные полости — подземное пространство.

Борис Картозия

Доктор технических наук, профессор, советник ректората НИТУ МИСиС. Один из крупнейших специалистов в области подземного строительства. Автор многих изобретений, монографий, учебников. Лауреат Государственной премии СССР и других государственных наград.

Понятие подземного пространства существовало ещё в древнегреческой мифологии. После раздела мира между богами Зевсом, Посейдоном и Аидом последнему досталось подземное царство.

Если говорить о реальности, то к подземному пространству относят пещеры, карсты, горные выработки, пригодные для повторного использования, а также специально создаваемые сооружения. Во всём мире растёт интерес к освоению подземного пространства. У него много достоинств. Способность породы защищать от внешнего воздействия позволяет использовать подземные сооружения для укрытия от средств массового поражения, катастроф и стихийных бедствий. В подземных горных выработках соляных шахт лечат хронический бронхит, астму и другие заболевания. В пещерах размещаются хранилища, музеи, театры, церкви и концертные залы.

В городах строятся участки подземных железных дорог, линии подземных скоростных трамваев и метрополитенов, подземные гаражи и автостоянки, предприятия торговли и бытового обслуживания. В туннелях размещаются инженерные коммуникаций. Всё это позволяет частично уменьшить загруженность больших городов.

Появилось даже отдельное направление — подземная урбанистика (подземное градостроительство). По определению профессора Г.Е. Голубева, она является «областью архитектуры и градостроительства, связанной с комплексным использованием подземного пространства городов и других населённых пунктов».

Фото: wikipedia commons

Наша родина — пещера

Люди жили и работали под землёй ещё с античных времен. Одним из подобных поселений является городок Сетениль-де-лас-Бодегас (Испания). Часть его находится над землёй, а другая представляет собой сеть пещерных помещений под утёсами — там и сейчас проживает около трёх тысяч человек. Или древнее поселение Каппадокия (Турция): люди объединили несколько подземных городов в комплекс, вмещавший 60 тысяч человек.

Древнейшие подземные сооружения есть практически во всех странах мира. Известны такие поселения на Мальте (Валетта); в Крыму это пещерный город Чуфут-Кале, в Иране — Киш, в Грузии — пещерный монастырский комплекс Вардзиа. В пустынной части Австралии находится подземный город Кубер-Педи, там живут примерно 1600 человек. Кубер-Педи считается мировой столицей добычи полудрагоценного камня — опала.

В Польше с XIII века существует соляная шахта Величка. Она по праву может считаться подземным городом: длина ёе выработок — 300 километров, глубина — 327 метров. Эта шахта длительное время была жильём для семей рабочих, которые превратили соляные подземелья в архитектурные шедевры. Здесь стояли вырезанные из соли статуи, радовали глаз изумительной работы канделябры, уникальная соляная часовня до сих пор вызывает восхищение. Сейчас в шахте есть кинотеатр, кафе и даже небольшое искусственное озеро. Аналогичным образом была обустроена шахта по добыче серебра Sala Silvergruva в Швеции. Там на глубине 150 метров расположены отель, концертные залы, кафе и прочие объекты для отдыха.

Фото: Shutterstock

Иногда подземные поселения возникали вынужденно. Например, парижские и одесские катакомбы никогда не предназначались для жилья, но в годы Второй мировой войны они спасли тысячи людей. Аджимушкайские каменоломни в Керчи вмещали в себя около 10 тысяч солдат и беженцев.

Отдельная история — сооружения, созданные для нужд обороны. В 1960-е годы в США под горой Шайенн (штат Колорадо) был построен бункер, в котором размещался центр командования воздушно-космической обороны Северной Америки. В этих помещениях в случае ядерной войны могли спастись тысячи людей. Сейчас командование воздушно-космической обороны США перевели в другое место, но подземное поселение осталось, там по-прежнему живут люди.

Аналогичные защитные бункеры имеются во многих столицах мира. В Пекине подземное убежище, строительство которого началось в 1969 году, протянулось на 30 километров. В подземном городе возвели школы, больницы, магазины, парикмахерские, рестораны и даже каток. Одновременно там могли разместиться сорок процентов жителей Пекина! В 2000 году этот подземный комплекс был открыт для посещения.

Фото: wikipedia commons

На земле становится тесно

Сейчас в крупных городах всего мира резко обострилась проблема нехватки места. Это хорошо видно на примерах мегаполисов США, Канады, Мексики, Японии, Южной Кореи, Голландии. Уже сегодня население таких городов, как Мехико, Стамбул, Шанхай, Нью-Йорк, Токио, составляет от 11 до 18 миллионов, а плотность населения колеблется в пределах от 3 до 7 тысяч человек на квадратный километр. В Москве — около 4,8 тысячи. По прогнозам, к 2025 году население крупнейших мегаполисов составит от 19 до 35 миллионов человек в каждом.

В условиях когда свободного места практически не осталось, появляются футуристические, но при этом жизненно необходимые проекты строительства крупных подземных объектов. В известной степени это согласуется с японской концепцией градостроительства: «На сколько город растёт вверх, на столько же он должен опускаться вниз».

Подобные подземные объекты уже давно существуют во многих городах США, Японии, Южной Кореи, России. Чаще всего там размещаются пересадочные железнодорожные узлы, подземные парковки, магазины, торгово-развлекательные комплексы, метро. Однако, как показывает мировая практика, основные проблемы мегаполиса это не решает.

Поэтому с недавнего времени в подземной урбанистике всё отчётливее формируется принципиально новая концепция — переход к созданию подземных городов-дублёров. Главной особенностью такого подхода является то, что подземное пространство рассматривается как среда постоянного обитания городских жителей. Для этого нужно решить сложнейшие социальные и научно-технические проблемы мирового масштаба. Но, преодолев эти трудности, мы получим возможность рационально использовать своё жизненное пространство — может быть, не только в земных условиях.

Фото: wikipedia commons

Уже сегодня в некоторых странах (США, Южная Корея) созданы и функционируют научные лаборатории по проблемам освоения подземного пространства ближайших планет Солнечной системы. Фантастические проекты по переселению людей на другие планеты предусматривают в том числе строительство там подземных городов (например, на Луне, поверхность которой подвержена постоянному воздействию метеоритных дождей). В этой связи уместно процитировать слова доктора Юсефа Хэшэша: «Интенсивная урбанизация оставляет нам только два пути — можно двигаться вверх или вниз».

Так можно ли сменить традиционный город на его подземное «отражение», хотя бы частично? Самый убедительный ответ на этот вопрос даёт опыт канадского Монреаля. The Underground City, нередко именуемый «внутренним городом», является крупнейшим в своём роде подземельем мира. Площадь, используемая для жилья и работы, составляет более 3,5 миллиона квадратных метров. Зимой Underground City ежедневно посещает примерно полмиллиона человек.

Здесь есть почти всё нужное для жизни: торговые центры, отели, банки, музеи, университеты, станции метро, пересадочные узлы железной дороги, автостанция и другие объекты развлекательной и деловой инфраструктуры. Жители домов, соединённых с подземным городом, в холода спускаются за покупками, не выходя на улицу. Кроме того, они используют подземные дороги, чтобы быстрее добраться из одной точки наземного города в другую.

Монреаль — далеко не единственный пример. Желающие могут посмотреть фильм из цикла «Мегастройки» о проекте подземного города в Чикаго. В нём планируется создать около 100 этажей для квартир, офисов и автостоянок. Там смогут с комфортом разместиться десятки тысяч людей.

Чтобы построить такое чудо-подземелье, понадобится вырыть 230 миллионов кубометров твёрдого грунта, придумать инновационные методы вентиляции, освещения, вертикального транспорта, а также обеспечения высочайшего уровня безопасности. Это будет город с вертикальной планировкой — гигантский небоскрёб, построенный вниз, на глубину 400 метров. Он уже получил название «землескрёб». Кстати, первый небоскрёб был построен именно в Чикаго. По предварительным оценкам, стоимость строительства составит около 15 миллиардов долларов. Аналогичный землескрёб глубиной 400 метров планируется построить к 2058 году в Дубае (ОАЭ).

Фото: salasilvergruva.se

Есть проекты чуть менее масштабные, но тоже впечатляющие. Компания BNKR Arquitectura разрабатывает 70-этажный землескрёб в форме пирамиды. Он будет построен под Сокало — главной площадью Мехико. По прикидкам авторов проекта, суммарный метраж подземного комплекса составит 775 000 квадратных метров. На поверхности площадь останется прежней, только под ногами гуляющих вместо асфальта и плитки будет сверхпрочное стекло. На десяти верхних этажах планируется создать музейный комплекс, где будут размещены экспонаты доколумбовой Америки. Следующие десять этажей займут торговые комплексы, ещё ниже будут построены жилые апартаменты. Помещения на глубине 180–220 метров отдадут под офисы. Нижняя точка сооружения, вершина этой перевёрнутой пирамиды, будет находиться на глубине 300 метров.

Ещё один пример: архитекторы Университета Торонто разработали проект подземного города в пустыне Невада. Предполагается, что это место сможет стать вполне обитаемым и самодостаточным в плане воды и продовольствия. Куполообразное перекрытие подземного сооружения предусматривает устройство «сот» наподобие пчелиных. В этих сотах и будут находиться соединённые друг с другом города будущего со всей их инфраструктурой. Здесь будут жилые кварталы, огороды, парки. Каждая из сот сверху должна перекрываться специальной мембраной, необходимой для конденсации воды из атмосферы.

Фото:  denisbin/flickr.com

А не страшно?

«Где бы вы предпочли оказаться во время стихийного бедствия: на 50-м этаже небоскрёба или под землёй?» — спрашивает профессор Сэмюэль Ариаратнам, эксперт в области инженерии из Университета штата Аризона. Вопрос очень уместный (я бы добавил ещё техногенные катастрофы и теракты), но ответ на него очень непростой.

К сожалению, само понятие «подземное пространство», как и стремление человека его освоить, зачастую вызывает у обывателей негативные эмоции. «Из пещер вышли — и опять в пещеры хотят загнать!» Оказывается, на 102-м этаже небоскрёба жить не страшно, а сидеть в библиотечном зале на глубине 10–20 метров в тишине, с хорошим освещением и чистым воздухом — «просто ужас».

Такую реакцию понять несложно. О жизни в шикарных апартаментах небоскрёбов сведения черпаются из зарубежных, чаще всего голливудских фильмов, а чумазых, каждодневно рискующих жизнью шахтёров мы периодически видим в новостных сюжетах. Какой уж тут комфорт!

Представляется, что проживание в доме под землёй связано с отсутствием привычных условий и гарантий безопасности, в частности с минимальным количеством солнечного света. Хотя, в принципе, эти вопросы решаются. Некоторые архитекторы устраняют эту проблему за счёт особых окон, основанных на принципе перископных зеркал, или с использованием оптико-волоконной техники.

Фото: davis staedtler/flickr

Создатели подземного небоскрёба в Дубае собираются разместить гостиницу на глубине 350 метров — по их мнению, она будет вполне пригодна для жизни. Шум отсутствует. Система кондиционирования обеспечит постоянную комфортную температуру. Встроенные в стены гигантские экраны из органического материала — естественное освещение. Те же самые экраны могут при желании транслировать происходящее на поверхности. Архитекторы готовы предложить множество решений, позволяющих снизить риск клаустрофобии.

Возможным препятствием станут проблемы психологического характера. По мнению экспертов, полная адаптация к условиям подземного пространства невозможна из-за его замкнутости, ограниченности перемещений, длительной изолированности от привычных условий жизни.

И всё-таки учёные многих стран не без основания полагают, что и под землёй можно создать комфортные условия проживания, установив благоприятный микроклимат, подходящую температуру, влажность, скорость движения воздуха, освещённость. По мнению одного из признанных авторитетов в области проблем освоения подземного пространства Рэймонда Стерлинга, жизнь под землёй не вызовет большого психологического дискомфорта. «У большинства людей не возникает проблем при спуске в метро», — говорит он.

Многие жители крупных городов настолько привыкают к отсутствию дневного света, что не обращают внимания на искусственное освещение. Метро, подземные гаражи, торгово-развлекательные центры, расположенные под землёй, не вызывают у них клаустрофобии.

В каждой комнате будет храниться запас кислорода (аналогичными системами пользуются в самолётах), а запасные выходы позволят выбраться на открытый воздух через систему сообщающихся между собой подземных галерей, оборудованных движущимися дорожками. Проектируемая система эвакуации позволит покинуть здание при малейшей тревоге и никогда не остаться заблокированным. Проектируемая скорость 105 лифтов — 55 км/ч, поэтому, чтобы подняться c нижнего этажа на поверхность, преодолев 400 метров, достаточно будет одной минуты.

Иллюстрация: bunkerarquitectura.com

Где и как строить

Достаточно апробированных методов проектирования и технологий строительства гигантских подземных домов пока нет. Однако, учитывая, что для подобных сооружений будут отбираться монолитные участки массивов горных пород, обладающие высокой прочностью, скорее всего, будут использоваться технологии проведения вертикальных стволов большого диаметра и глубины. Не каждый массив горных пород пригоден для реализации подобных проектов.

По мнению геологов, наиболее подходящими для строительства подземных городов являются Канада, Швеция, Норвегия, Южная Африка и Китай. Что касается конфигурации подземных небоскрёбов, это зависит от их «высоты» и прочностных свойств породных массивов: в скальных возможна и пирамидальная, и прямоугольная формы, в слабых, особенно при большой глубине, предпочтительна круглая форма, наиболее устойчивая к внешним воздействиям. По существу, это здание, возводимое в шахтном стволе большого диаметра, как, например, в подземном комплексе Сеула. При этом возможен вариант здания атриумного типа, по крайней мере в верхней, жилой его части.

Важными факторами при строительстве подземного небоскрёба являются температура пород и грунтовые воды — строения окажутся ниже их уровня. Потребуются высокопроизводительные системы водоотлива, кондиционирования, очистки воздуха. Подземным жителям стран с суровым климатом, таких как Канада, Швеция, Россия, понадобится круглогодичное отопление, чтобы поднять температуру под землёй выше +10 °C. Однако чем ниже спускаемся, тем выше становится температура — на глубине 500 метров она достигает оптимальных +25 °C.

Большие сложности возникают с энергообеспечением подземного города: это требует колоссальных затрат электроэнергии. Принципиально новые решения потребуются для обеспечения скоростного и безопасного перемещения людей.

Научно-техническая проблема освоения подземного пространства носит комплексный характер. К её решению привлечён широкий круг учёных и специалистов, в первую очередь архитекторов, инженеров, в том числе горных, строителей, юристов, психологов, специалистов по безопасности жизнедеятельности.

Грядущая урбанизация подземного пространства в мегаполисах — это необходимость, вызванная их перенаселением и невозможностью дальнейшего расширения. Подчеркну, именно необходимость, а не неизбежность. Это вопрос не завтрашнего дня, а в будущем может возникнуть альтернатива: не исключено, что к тому времени будут решены вопросы освоения ближайших планет Солнечной системы.

Фото: Kevin Chan/flickr.com

Российский вариант

Очевидно, что при гигантской территории нашей страны подобный путь развития городов-мегаполисов в обозримой перспективе вряд ли будет актуален. Да и мегаполис мирового уровня у нас пока только один — Москва. А её недавнее расширение — аргумент явно не в пользу строительства подземного города-дублёра.

Однако масштабные подземные пространства, несомненно, будут осваиваться и у нас — скажем, в регионах с очень суровым климатом. Так, по примеру подземного поселения, проектируемого в карьере отработанного медного рудника в Аризоне (США), в городе Мирном (Якутия) разработан проект «Экогород-2020» вместимостью до 100 000 человек. Этот регион является одним из самых малонаселённых в мире: три человека на квадратный километр. Здесь физически тяжело жить. Резко континентальный климат с продолжительной (6–7 месяцев) суровой зимой, жарким коротким летом и кратковременными переходными периодами. Самым холодным месяцем является январь со средней температурой –35 °С, абсолютный минимум –62 °С. Самый тёплый месяц — июль со среднедневными температурами 28–30 градусов, абсолютный максимум 36 °С. Такие условия можно считать экстремальными.

В карьере, оставшемся от отработанного месторождения алмазов (кимберлитовая трубка «Мир»), глубиной 530 метров и диаметром около километра предполагается возвести подземный город, перекрытый прозрачным куполом. Здесь много солнца, поэтому купол будет состоять из панелей солнечных батарей. За счёт положительной температуры Земли в образовавшемся объёме климат будет мягче, чем снаружи. Пространство предлагается разделить на три яруса: нижний — для выращивания сельхозпродукции, так называемая вертикальная ферма, средний — лесопарковая зона, очищающая воздух, верхний — для постоянного пребывания людей. Вентиляция предусмотрена естественная, за счёт разницы в давлении холодного и тёплого воздуха.

Такое решение позволяет создать градостроительное образование без теплосберегающих ограждающих конструкций: их функцию выполняют стенки карьера. Расчётная энергоэффективность проекта делает его рентабельным. В верхнем ярусе будут размещаться не только жилые сооружения, но и административные здания, культурно-досуговая инфраструктура. Этот город может стать реабилитационным и рекреационным центром для жителей Якутии. А со временем — и центром международного туризма.

Иллюстрация: Shimizu Corp

P. S.

И последнее. Великий русский учёный и мыслитель Константин Циолковский говорил о неизбежности заселения человечеством околосолнечного пространства. Так вот, подземные города можно считать прототипами поселений землян на иных планетах, а потому необходимым этапом подготовки человечества к его великой миссии. Нужен опыт, не только зарубежный, но и отечественный. Во многих странах эта идея уже претворяется в конкретные действия.

P.P.S.

Статья была уже готова к печати, когда автору неожиданно попалось сообщение из Японии о том, что  через 15 лет неподалёку от побережья этой страны появится подводный город. Согласно концепции, представленной компанией Shimizu Corporation, он станет подводным жилищем для 5 тысяч человек. Люди будут жить и работать под водой. Вот, уж, эти японские инженеры!

 

 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №4 (16) за апрель 2016 г.