archirama.pl

PROJEKT ZAHY HADID: Na granicy możliwości Centrum Nauki phaeno

Centrum Nauki phaeno w Wolfsburgu, realizacja pracowni Zahy Hadid, odbiega od wszelkich konwencji kształtowania formy i dyspozycji funkcjonalnej budynku. Phaeno odrywa się od ziemi. Jego miękka, opływowa bryła, o wielkopowierzchniowych pochyłych ścianach, stojąc na dziesięciu żelbetowych „nogach”, pozwala przestrzeni miasta swobodnie przelewać się pod spodem i wokół budynku. Wielka żelbetowo-stalowa skorupa mieszcząca powierzchnię ekspozycyjną zamyka w sobie jednoprzestrzenne wnętrze urozmaicone zmiennym przebiegiem sufitu, podłóg i ścian, które tworzą wrażenie zagadkowego, niemalże księżycowego krajobrazu. Realizacja tych wizji nie byłaby możliwa bez nowoczesnych technologii budowlanych – a szczególnie bez betonu samozagęszczającego i jego specyficznych właściwości – ani bez ścisłej współpracy inżynierów i architektów.

Na granicy możliwości – Centrum Nauki phaeno

Fragment fasady phaeno od strony południowej

Fot: Roland Halbe

Idea budowy Centrum Nauki w położonym w środkowych Niemczech Wolfsburgu była przez władze lokalne propagowana w celu zwrócenia uwagi na ewolucję charakteru miasta – od przemysłowego (związanego z produkcją samochodów) do naukowo-usługowego. Nowy obiekt miał też uzupełnić istniejącą ofertę kulturalną – Autostadt („miasteczko nauki” wybudowane w roku 2003 przez firmę Volkswagen), muzeum sztuki czy Badeland (centrum sportowo-rozrywkowe). Realizacja projektu Zahy Hadid wpisuje się w nią w 100 procentach.

Phaeno, pierwszy tego typu obiekt powstały w Niemczech, pomyślano jako budynek budzący ciekawość i chęć poznania poprzez zagadkową geometrię i specyficzny układfunkcjonalny.

Mocny akcent projektu Zahy Hadid

Zlokalizowany w szczególnym miejscu w mieście – w pobliżu stacji kolejowej, w ciągu ważnych budynków autorstwa Aalto, Scharouna czy Schwegera – phaeno jest funkcjonalnym łącznikiem pomiędzy centrum miasta a Autostadt. Urbanistycznie zamyka od północy centralny obszar Wolfsburga, stanowiąc mocny akcent architektoniczny.
Bryła powtarza wielką skalę obiektów z najbliższego sąsiedztwa, natomiast w przyziemiu ta masywność zostaje rozbita i, pod względem wizualnym, budynek staje się „porowaty”. Wybiegające z układu miasta kierunki ruchu i osie ważnych obiektów przecinają się wewnątrz phaeno, a następnie, niczym w kalejdoskopie, zostają rozbite dziurawiąc elewację.

Budynek ma unikalną strukturę przestrzenną. Kolejne piętra nie tworzą ani typowego układu stropów, ani hali przekrytej jednym wielkim dachem.

Falująca podłoga

W projekcie Zahy Hadid główną przestrzeń wystawienniczą wsparto na układzie brył w kształcie odwróconych stożków, przenikających do wnętrza. Ich forma wynika z przedłużenia ważnych kierunków i osi pochodzących z kontekstu urbanistycznego, które następnie zostały powiązane z układem funkcjonalnym. I tak w jednym ze stożków zlokalizowano główne wejście, w innym – salę konferencyjną, trzy kolejne łączą się, tworząc większą przestrzeń wystawienniczą.

Przykrywająca podziemny garaż podłoga przyziemia i cały teren wokół budynku lekko faluje. Powstał w ten sposób obcy, lecz jednocześnie wewnętrznie spójny „pejzaż księżycowy”.

Idea dziwności znajduje odzwierciedlenie również w doborze różnorodnych materiałów i powierzchni – gładkich, porowatych, wygłuszających – które mają stworzyć nastrój dziewiczego terenu, dopiero czekającego na poznanie.

Oświetlenie Centrum Nauki jest architektonicznym narzędziem, pomagającym zorientować się w strukturze budynku. Dla uzyskania jak największej elastyczności funkcjonalnej wszystkie instalacje zintegrowano na poziomie dachu, tworząc moduł instalacyjny zawierający przyłącza dla oświetlenia, systemu ogrzewania i wentylacji. System ten pozwala na dowolną aranżację otwartej przestrzeni na potrzeby różnych ekspozycji, które – tam, gdzie to potrzebne – można oddzielać ścianami działowymi.
Uwalniając przyziemie, Hadid stworzyła specyficzną przestrzeń publiczną z lekko falującym terenem, przekrytą na wysokości siedmiu metrów główną bryłą budynku.
Awangardowy projekt Zahy Hadid wymagał przyjęcia rozwiązań konstrukcyjnych, wybiegających poza standardowe rozumienie pojęć podpory, wieńca, czy dachu.

Zamiast tego budynek formowano jako całość w sposób niemal rzeźbiarski. Wykonanie założonej geometrii było możliwe głównie dzięki zastosowaniu indywidualnie zaprojektowanych szalunków i betonu samozagęszczającego (self-compacting concrete). Bez tego, wykonanie wszystkich pochyłości, zaokrągleń, wywinięć, rozcięć czy przewieszeń byłoby niezwykle trudne. Phaeno jest dzisiaj największym w Europie budynkiem wykonanym z tego rodzaju betonu. Na jego budowę zużyto 67 000 m2 szalunku, 27 000 m3 betonu i 5000 ton stali.

Konstrukcja

Konstrukcję budynku stanowi 10 żelbetowych szachtów w kształcie odwróconych stożków, opartych bezpośrednio na ruszcie fundamentowym. Są one podparciem dla głównej bryły, mieszczącej wielofunkcyjną przestrzeń ekspozycyjną, pozbawionej jakichkolwiek dodatkowych podpór pośrednich (słupów, podciągów). Każdy szacht ma inny kształt, a jego rzut dodatkowo zmienia się wraz z wysokością. Sześć z nich przechodzi do wnętrza i tu się kończy, natomiast cztery pozostałe pną się aż do poziomu stalowego rusztu dachu, który podpierają. Dodatkowo szachty porozcinano otworami wejściowymi i okiennymi – stanowią one jednocześnie przestrzeń komunikacyjną łączącą przyziemie budynku z wnętrzem. Dzięki nieregularności bryły stożków, w strefie ich kontaktu ze stropami następuje wyjątkowe zderzenie kształtów.

Szachty wylewano na miejscu z betonu, którego powierzchnia miała pozostać widoczna. Dlatego pomiędzy stropami należało prowadzić betonowanie w sposób ciągły, by nie było widać linii przerw technologicznych. Wymagało to ciągłego betonowania nawet do siedmiu metrów wysokości z odchyleniem aż do 50o od pionu.

Zaistniały w związku z tym dwa problemy:
– duże ciśnienie betonu wywierane na szalunek podczas wylewania;
– konieczność kontroli procesu gęstnienia i powstawania powierzchni, widocznej po zakończeniu.
Pierwszy z nich można rozwiązać wzmacniając konstrukcję szalunku i uszczelniając połączenia pomiędzy jego elementami dla uniknięcia odprowadzania wody  (bleeding). Drugi problem wymaga zazwyczaj wprowadzenia do wnętrza szalunku wibratorów, które zapewniają kontrolę nad gęstnieniem betonu. W wielu miejscach byłoby to jednak utrudnione w związku ze skalą pochylonych ścian i bardzo skomplikowaną geometrią obiektu. Zaistniała też obawa, czy uda się w tych warunkach uzyskać gładką powierzchnię. Dlatego zdecydowano się na beton samozagęszczający (self compacting concrete – SCC).

Ten rodzaj betonu powstaje przez zwiększenie zawartości cząstek drobnych (poniżej 0,125 mm średnicy), co w połączeniu z wodą i upłynniaczem pozwala uzyskać silnie upłynnioną i homogeniczną mieszankę betonową. Recepturę SCC opracowano w Japonii, w celu szybkiego uzyskiwania wczesnej wytrzymałości konstrukcji. Szybko jednak zorientowano się, że jego właściwości, mogą być przydatne podczas samego procesu wylewania: dobra urabialność, homogeniczność (brak efektu rozsegregowania), czy mały skurcz (dzięki mniejsziej zawartości wody).

Szalunki dla stożkowych szachtów wykonywano poczynając od zewnętrznej powłoki, następnie montowano kolejne warstwy zbrojenia i na koniec wewnętrzną powłokę. Przed wylaniem każdy szalunek uzupełniano formami na otwory instalacyjne i architektoniczne.

Najistotniejszym elementem podczas wylewania było ciągłe dostarczanie betonu o ustalonej jakości – ten problem, powszechny w pracach betoniarskich – jest szczególnie widoczny przy szybciej gęstniejącym betonie SCC. Szalunki zdejmowano po 3-4 dniach, pozostawiając podpory czasowe – aż do momentu wylania stropu, który połączył wszystkie szachty w jedną konstrukcyjną całość.

Jako materiał na szalunki wykorzystano sklejkę – absorbowała ona część uchodzącego powietrza, które byłoby uwięzione w przypadku użycia szalunku stalowego. Ponad poziomem gruntu we wnętrzu szalunku dodatkowo wykonano wzór z pionowo ustawionych desek – ich wierne odwzorowanie na powierzchni szachtów stało się dowodem na to, że beton SCC można z powodzeniem stosować do wykonania powierzchni o subtelnej fakturze i skomplikowanej geometrii.

Strop nad przyziemiem jest żelbetową płytą gęstożebrową o grubości 90 cm. Do wykonania żeber stosuje się pustaki szalunkowe, które można pozostawić po zabetonowaniu wewnątrz płyty lub wyjąć – w miejscach określonych przez projekt architektoniczny. Powstaje w ten sposób porowata powierzchnia spodu stropu. Romboidalny kształt pustaków ustalono zgodnie z dynamicznym kształtem rzutu budynku.

Główną przestrzeń wystawienniczą podzielono wewnętrznymi stropami, niezależnymi konstrukcyjnie od systemu podpierających całość stożkowych szachtów.

Konstrukcję dachu stanowi ruszt powstały z dwóch promienistych układów prefabrykowanych kratownic o długości do 18 metrów. Każda z nich jest ramą typu vierendeel o zmiennym przebiegu pasa dolnego, co nadaje charakterystyczny „krajobrazowy” wyraz powierzchni sufitu. Podparcie dachu stanowią cztery stożkowe szachty, przechodzące przez całą wysokość przestrzeni wystawienniczej oraz obwodowa konstrukcja stalowa. Daje to otwartą przestrzeń pozbawioną przeszkód w aranżacji.

Projekt oświetlenia

Podstawowym założeniem projektu oświetlenia było zintegrowanie z koncepcją architektoniczną elementów doprowadzających światło sztuczne i naturalne. Miało to na celu podkreślenie charakteru architektonicznego budynku i wymagało ścisłej współpracy pomiędzy architektami a specjalistami od oświetlenia. Dużym wyzwaniem była nie tylko skomplikowana geometria obiektu, lecz również konieczność spójnego zaprojektowania detali architektonicznych i oświetleniowych.

Należało też oczywiście spełnić wymogi odpowiednich przepisów i norm dotyczących zarówno oświetlenia eksponatów, jak powierzchni podłóg czy ścian. Liczne szczeliny świetlne, zaprojektowane dla wielu miejsc wewnątrz i na zewnątrz budynku, spełniają wymagania mocy elementów oświetleniowych i podkreślają architekturę.

Oprawy oświetleniowe są w przeważającej części schowane, a światło rozprowadzone jest jako świecące powierzchnie lub linie w posadzkach, ścianach i sufitach. W przestrzeni wystawienniczej przewidziano podwieszone systemy szynowe, by ułatwić aranżację różnych ekspozycji. Rozłożenie szyn odpowiada układowi konstrukcji dachu – również w trzecim wymiarze, ponieważ geometria sufitu się zmienia.

Oświetlenie liniowe w posadzce wokół phaeno wybiega z budynku i rozchodzi się po okolicy w kierunku dworca kolejowego, lub – błądząc po powierzchni wielkich podpór łączy się w końcu z konstrukcją kładki dla pieszych i przebiega na drugą stronę torów – do Autostadt. Linie świetlne tworzą elementy LED (Light Emitting Diode) zamontowane w rynnach biegnących w posadzce.

W nocy oderwanie phaeno od ziemi oraz rozmycie granicy pomiędzy wnętrzem i zewnętrzem jest jeszcze mocniej odczuwalne, dzięki podświetleniu głównej bryły lampami zamontowanymi w spodzie stropu nad przyziemiem.

Instalacje

Phaeno ma skomplikowaną geometrię i rozkład funkcji, których w zasadzie nie wydzielano przegrodami budowlanymi. Powoduje to zróżnicowanie parametrów środowiska wewnętrznego. Podstawą do projektu instalacji wewnętrznych budynku była dynamiczna, komputerowa symulacja parametrów termicznych budynku (DTM), powstała na podstawie trójwymiarowego modelu architektonicznego.

Symulacje wykonano w oprogramowaniu typu TAS (Thermal Analysis Software). Określono zużycie energii dla projektowanych systemów klimatyzacji w przełożeniu na zużycie mocy i obciążenie instalacji elektrycznej. Podobnie analizowano działanie mechanicznej wentylacji, szacując zużycie energii przez wentylatory, systemy chłodzenia i ogrzewania dostarczanego powietrza. Przeprowadzono też analizy rozkładu temperatur dla systemu naturalnej wentylacji w obszarze głównego wejścia, „kieszeniach” przestrzeni ekspozycyjnej oraz pomieszczeniach administracyjnych podczas eksploatacji budynku. Ostatecznie wydzielono ponad 40 stref, w których indywidualnie analizowano wymagania dotyczące systemów grzewczych i chłodzących. Badania te pozwoliły na wprowadzenie odpowiednich środków oszczędności energii.

W celu oszacowania rocznego zużycia energii przeprowadzono symulacje działania systemów (instalacji), na podstawie danych pogodowych z regionu Hanoweru, gdzie położony jest Wolfsburg i przy uwzględnienieniu funkcji budynku. Roczne zużycie ciepła przewidziano na poziomie 948 559 kWh, a energii elektrycznej 5 528 139 kWh.
Wykazano, że zamontowanie urządzeń odzysku ciepła w przewodach doprowadzających świeże powietrze spowoduje oszczędność energii o 400 894 kWh rocznie. Natomiast dwukrotna redukcja pobierania świeżego powietrza z zewnątrz, kiedy temperatura zewnętrzna spada poniżej 0 oC lub wzrasta powyżej 32 oC, umożliwi oszczędność energii o 392 030 kWh.

Modelowanie wentylacji naturalnej

W okresach przejściowych i w ciepłe dni (okresy, kiedy nie trzeba ogrzewać pomieszczeń), wentylacja naturalna jest stosowana do chłodzenia „kieszeni” sal ekspozycyjnych, w tym głównego wejścia oraz pomieszczeń administracyjnych. Otwory fasady zaprojektowano tak, aby do budynku mogło wpływać chłodniejsze powietrze z zewnątrz.

Strategia energetyczna

Najważniejszym elementem programu kontroli klimatu w części wystawowej jest komórkowy, „oddychający” dach, którego działanie można porównać do membrany. Został on wyposażony w dużą liczbę wentylatorów, pozwalających zmieniać i kontrolować mikroklimat wewnątrz, w strefie ekspozycyjnej bez stosowania skomplikowanego systemu przewodów wentylacyjnych. Elastyczność tego rozwiązania umożliwia dostarczanie takiej ilości powietrza, jaka rzeczywiście jest wymagana w danej strefie budynku.

Dodatkowo chłodne powietrze może być doprowadzane przez stożkowe trzony otwarte na przestrzeń wystawienniczą oraz poprzez otwory w północnej fasadzie – zapobiega to przegrzewaniu.

Wszystkie główne instalacje budynku są połączone w Lokalną Sieć Operacyjną (Local Operating Network – LON), dzięki czemu ich funkcjonowanie może być kontrolowane i optymalizowane.

Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej (Combined Heat and Power – CHP) było integralną częścią koncepcji energetycznej phaeno. Zastosowanie generatora Diesla do ogrzewania i produkcji energii przynosi korzyści energetyczne, ekologiczne i ekonomiczne.

Centrum Nauki phaeno Wolfsburg, Niemcy

Autorzy: Zaha Hadid Architects (Wielka Brytania) i Mayer Baehrle Freie Architekten BDA (Niemcy)
Zespoły projektowe:
Zaha Hadid Architects – Christos Passas, Sara Klomps, Gernot Finselbach, Helmut Kinzler, David Salazar

Współpraca: Zaha Hadid Architects – Patrik Schumacher, Silvia Forlati, Guenter Barczik, Lida Charsouli, Marcus Liermann, Kenneth Bostock, Enrico Kleinke, Constanze Stinnes, Liam Young, Chris Dopheide, Barbara Kuit, Niki Neerpasch, Markus Dochantschi;
Mayer Baehrle Architects – Rene Keuter, Tim Oldenburg, Sylvia Chiarappa, Stefan Hoppe, Andreas Gaiser, Roman Bockemühl, Annette Finke, Stefanie Lippardt, Marcus Liermann, Jens Hecht, Christoph Volkmar

Konstrukcja: Adams Kara Taylor (Wielka Brytania), Tokarz Freirichs Leipold, (Niemcy)

Instalacje: NEK (Niemcy), Buro Happold (Berlin, Londyn)

Oświetlenie: Fahlke & Dettmer (Niemcy), Office for Visual Interaction (USA)

Inwestor: Neuland Wohnbaugesellschaft mbH na zlecenie miasta Wolfsburg

Powierzchnia Centrum Nauki: 12 000 m2 (9 000 m2 dostępne dla zwiedzających)

Powierzchnia parkingu podziemnego: 15 000 m2

Szacowana liczba zwiedzających: 180 000 rocznie

Projekt: 2000 (I nagroda w konkursie architektonicznym)

Realizacja: 2001-2005

Koszt realizacji: 79 milionów EUR

Źródło: "Architektura-murator"02/2006
Autor: Christian Fahlke, Ewan McLeod, Paul Scott
Zdjęcia: Werner Huthmacher, Roland Halbe, Hans Bertram, red., Klemens Ortmeyer
Data publikacji: 17.06.2011 10:15

Dział Architektura wprowadzi Cię w wyjątkowy świat budynków oraz rozwiązań architektonicznych. Architektura w Polsce i na świecie. Dowiesz się, jakie inwestycje architektoniczne planowane są w rodzimych miastach. Dział Architektura przybliży Ci obrazy poszczególnych miast kraju oraz świata. To tu znajdują się aktualności związane z lokalizacją obiektów sportowych oraz ich konstrukcją. Specjaliści z działu Architektura zwrócą uwagę na niecodzienne budowle, bryły architektoniczne oraz funkcjonalne rozwiązania. Możesz znaleźć tu również ekskluzywne budowle: architektura, która na pewno zwróci Twoją uwagę. W dziale Architektura znajdziesz znajdziesz informacje na temat architektów, biur projektowych, najnowszych realizacji, a także ajniki aranżacji ogrodu, aby przykuwał uwagę przybywających gości. Możesz liczyć także na przegląd zabytków, które być może wskażą Ci kierunek wakacyjnych eskapad. Zajrzyj do działu Architektura, a na pewno nie pożałujesz!