Функциональное зонирование и архитектурные решения современных производственных предприятий

PRINCIPLES OF FORMATION OF ARCHITECTURAL AND PLANNING ORGANIZATION OF LARGE SETTLEMENTS DEVELOPMENT TAKING INTO ACCOUNT LOCATION OF ETHNO-CULTURAL TOURIST CLUSTERS

O.L. Bantserova, A.R. Kasimova

FSBEI of HE «National Research Moscow State University of Civil Engineering», Moscow

Abstract:

The purpose of this study is to study the issue of enriching the architectural and planning organization of large settlements by building ethno-cultural tourist clusters. Landscape and natural characteristics and planning organization of large settlements of the Russian-Kazakh borderland are considered. As a result of research the conclusion has been made that construction of ethno-cultural tourist clusters will promote improvement of an economic situation in settlements, and also to enrich building of the given settlements.

Key words:

ethno-cultural tourism, ethno-cultural tourist cluster, Russian-Kazakh border, large settlements, planning organization, area development

Date of receipt in edition: 15.05.19 Date of acceptance for printing: 18.05.19

УДК 725.4.05+721.05

Ш

ce э

I-

u ш

I-м

X

и

се <

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗОНИРОВАНИЕ И АРХИТЕКТУРНЫЕ РЕШЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

А.О. Дмитриева, А.А. Хрусталев

ФГБУ ВО Московский Архитектурный институт (государственная академия), г. Москва Federal State Budgetary Institution of Higher Education Moscow Architectural institute (State academy), Moscow

Аннотация

В статье рассмотрены основные изменения в соотношении площадей функциональных зон прогрессивных производственных объектов, происходящие под влиянием глобальных изменений. Введено понятие функциональной диверсификации и разных ее степеней применительно к современным промышленным предприятиям. Приведены многочисленные примеры новейших производственных зданий, иллюстрирующие позиции, изложенные в тексте.

Ключевые слова:

промышленная архитектура, прогрессивный производственный объект, функциональное зонирование, функциональная диверсификация, фабрика будущего История статьи:

Дата поступления в редакцию 15.05.19 Дата принятия к печати 18.05.19

ф л

0 I

1 I Л ф

ç £

ГО ф

х а

о m

s о

J о

е <Ь

ш

ф

5 Î Î

U ï

tL >

X £

< IS

< g

< го

ш s

ш s

s и

" ü S

± m

E °

Q a s

Рациональное расположение и оптимальное соотношение площадей функциональных зон архитектурного объекта способствует комфортной и эффективной его эксплуатации. При этом экономическая составляющая является ключевым аспектом для любого производственного предприятия.

Авторами статьи было изучено несколько десятков современных промышленных зданий и комплексов. В типологические границы исследования входили предприятия приборостроения, легкого машиностроения, сборочные и электромеханические цеха, объекты прецизионного станкостроения и радиоэлектронного производства, научно-производственные центры, которые в совокупности обозначены как прогрессивные производственные объекты. В процессе многоаспектного анализа было выявлено несколько особенностей функционального зонирования и архитектурных решений таких предприятий.

Под влиянием развития технологий и социальных преобразований происходят изменения соотношения площадей функциональных зон в структуре прогрессивных производственных объектов. Предпосылками к этим нововведениям и функциональной реорганизации новейших предприятий являются:

- Четвертая промышленная революция и «прорывные технологии», вносящие глобальные изменения во все области человеческой деятельности [5];

- концепция «фабрики будущего» (Smart Factory, Factory of the Future) — организация компьютеризированного, адаптивного и высокоэффективного производства, основанного на последних достижениях научно-технического прогресса [9];

- процесс неоиндустриализации, стимулирующий рост материального производства в постиндустриальных странах и интеграцию производственных объектов в урбанизированную среду;

- ужесточение требований по энергоэффективности и экологической безопасности объектов строительства;

- изменение характера труда и гуманизация производственной среды.

В современных промышленных объектах можно выделить следующие основные функциональные зоны: производственная, подсобно-складская, лабораторно-конструкторская (research & development), административно-офисная, санитарно-бытовая, социально-рекреационная и инженерно-техническая.

В ходе исследования было определено несколько актуальных тенденций функционального зонирования прогрессивных производственных объектов, по сравнению с традиционными промышленными предприятиями (Рис. 1).

Путем совершенствования технологических цепочек в соответствии принципами «бережливого производства» (Lean Manufacturing) [12], происходит уплотнение производственной зоны — одна из наиболее существенных тенденций. Современные производственные линии строятся на основе гибких производственных модулей (ГПМ) — единиц технологического оборудования (с оснасткой, инструментарием и материалами), способных автономно функционировать и в короткие сроки адаптироваться к широкому спектру изменяемых производственных задач. В зависимости от специфики производства, размеров, конфигурации и площадей цехов ГПМ можно комбинировать так, чтобы обеспечивать максимальную производительность. Виртуальное моделирование производственных процессов подтвердило, что площади, занимаемые традиционными технологическими системами, могут быть значительно сокращены [4]. Кроме того, производительность ГПМ на 50-60% выше, чем КПД обычного оборудования. Наиболее показательными примерами реализации этой тенденции в архитектурно-строительной практике являются инновационная фабрика Aesculap (арх. бюро Orange Blu Architekten, Германия 2014 г.) и модульная фабрика Automotive Modine (арх. бюро RMA Architekten, Германия 2003 г.). Объемно-планировочная структура этих промышленных объектов решена в соответствии с современными принципами организации технологических процессов, так чтобы максимально гибко и эффективно использовать объемы производственных зон.

Стремление к кастомизации1 и, следовательно, мелкосерийности, совершенствование систем логистики приводит к уменьшению складской зоны. А современные принципы организации производ-

'Кастомизация — индивидуализация продукции под заказы конкретных потребителей путём внесения конструктивных или дизайнерских изменений.

ственных процессов (принцип «точно вовремя») позволяют сократить до минимума или полностью отказаться от мест промежуточного складирования заготовок и расходных материалов [11, С. 225]. С точки зрения экономичности и эффективности функционального зонирования целесообразно проектирование автоматизированных высотных складов, встроенных в производственные здания. Примерами таких объектов являются: здание Linn Products (арх. R. Rogers, Англия 1987 г.) и производственный цех Uhlmann (арх. бюро Barkow & Leibinger Architects, Германия 2016 г.).

Физическая близость разных функциональных зон ускоряет и улучшает качество обмена информацией. Экологическая безопасность новейших промышленных объектов (отсутствие пыли, значительных тепловыделений и шумового загрязнения и других вредностей) создает оптимальные условия для размещения административно-офисной зоны рядом с производственными помещениями. Неоиндустриализация и возвращение промышленных предприятий в урбанизированную среду делает их более привлекательными для интеграции офисных пространств в структуру производственных зданий. Таким образом, еще одной тенденцией функционального зонирования прогрессивных промышленных объектов становится увеличение офисной составляющей. В качестве примеров производственных зданий с развитой административно-офисной функцией необходимо отметить завод по производству солнечных фотоэлементов Хевел (г. Новочебоксарск 2015 г.), «умную фабрику» Trumpf (арх. бюро Barkow & Leibinger Architects, США 2017 г.) и производственный центр BOBST (арх. бюро Richter Dahl Rocha & Associés, Швейцария 2012 г.).

Автоматизация и технологизация производства ведет к изменению характера условий труда. Тяжелая, низкоквалифицированная работа выполняется роботами, оставляя за человеком функции контроля, решения творческих и интеллектуальных задач. Рабочая среда производственных цехов сближается с комфортными условиями работы в офисных помещениях и научно-исследовательских отделах. Эти изменения приводят к редуцированию санитарно-бытовой зоны, что является еще одной тенденцией.

На прогрессивных предприятиях предъявляются повышенные требования к чистоте [1] и жестко регламентируется температурно-влажностный режим цехов и освещенность рабочей поверхности [2, С. 10]. Механическая вентиляция всех помещений и увеличенный воздухообмен, кондиционирование и очистка воздуха ведут к увеличению площадей для размещения инженерного оборудования, а также требуют воздуховодов с большими сечениями. Из-за высокой степени роботизации и автоматизации технологических процессов возрастает потребление электроэнергии. Цифровизация производства, сбор, обработка и применение Больших данных2 диктуют потребность в пространствах для размещения серверного и компьютерного оборудования и дополнительном энергопитании. Необходимость бесперебойного энергоснабжения и одновременного сокращения расходов ставит задачу выделения специальных площадей для инсталляции мини-электростанций, когенерационных установок или фотоэлектрических панелей. Размещение такого инженерного оборудования предусмотрено в здании центра энергетических технологий Tyree (арх. бюро: Francis-Jones Morehen ^orp, Австралия 2012 г.) и станкостроительном заводе DMG MORI (г. Ульяновск 2015 г.). Таким образом можно сделать вывод, что наметилась устойчивая тенденция к увеличению доли площадей инженерно-технических помещений.

В настоящее время особое внимание уделяется проектированию расширенных социально-рекреационных зон. Комфортные и озелененные зоны отдыха стимулируют обмен новыми идеями и неформальное общение между сотрудниками [11, С. 225]. Рекреационно-коммуникативные пространства способствуют созданию осведомленности (awareness) — одного из ключевых факторов, необходимых для осуществления инновационной деятельности любого промышленного объекта

2Большие данные — структурированные и неструктурированные цифровые данные огромных объемов, которые можно эффективно обработать при помощи различных программных инструментов.

Ш

СС Э I-

и ш

I-м

X

и

се <

ф л

0 i

1 i л Ф Ç £ ГО ф X а о m s о J о

е <Ь

ш

ф

а

ф

SÎ £

& Il

> £

ù. >

X £

< IS

< g

< го

ш s

ш s

s и

" i S

± m

Е 0

Q a s

[7, С. 3]. При этом формируется благоприятная психологическая обстановка на всем предприятии, повышается производительность труда и творческая активность. Объекты-представители с развитой рекреационной зоной — это «умная фабрика» Future Stitch (арх. бюро AZL Architects, Китай 2018 г.) и инновационная фабрика Wittenstein (арх. G. Henn, Германия 2014 г.).

Рис.1. Актуальные тенденции изменения соотношения площадей функциональных зон.

В контексте настоящей статьи, диверсификация — это расширение номенклатуры функций, включенных в архитектурный объект, это привнесение новых составляющих, не свойственных традиционным промышленным зданиям, с целью повышения эффективности и рентабельности предприятий, получения экономической выгоды.

На базе аналитических исследований большого числа прогрессивных производственных объектов авторами статьи предложено различать три степени функциональной диверсификации современных производственных объектов: низкую, среднюю и высокую.

Низкая степень функциональной диверсификации подразумевает, что основная производственная функция занимает главенствующее (центральное) положение при организации функционального зонирования и объемно-планировочного решения промышленного объекта. Подсобные и вспомогательные функции (складская, административная, санитарно-бытовая, инженерно-техническая) представлены минимальным составом помещений, достаточным для нормальной эксплуатации объекта. Так, например, на инновационной фабрике Aesculap производство занимает около 65% от общей полезной площади, в промышленном здании Hettingen (арх. бюро Barkow & Leibinger Architects, Германия 2013 г.) — около 76%, в производственном центре HAWE (арх. бюро Barkow & Leibinger Architects, Германия 2014 г.) — около 68% (Рис. 2).

производственный центр HAWE инновационная фабрика . ^ ^

ПРОИЗВ - 65% ПРОИЗВ- 76% ПРОИЗВ - 68%

  .............

100% 100% 100%

Рис.2.. Объекты-представители с низкой степенью функциональной диверсификации

Средняя степень функциональной диверсификации заключается в том, что помимо основной производственной функции, которую обслуживают вспомогательные помещения минимально требуемой площади, в состав промышленного объекта вводится еще одно дополнительное функционально-структурное подразделение.

В производственных объектах со средней степенью функциональной диверсификации в дополнение к производственно-подсобным зонам могут быть введены следующие составляющие:

- расширенные административно-офисные помещения;

- зоны для ведения научно-исследовательских работ;

- развитые объемы для размещения логистической функции;

- помещения сервисного назначения;

При этом, в зависимости от конкретных требований к объекту, эта дополнительная зона может занимать как подчиненное, так и равноправное, а в ряде случаев, и превалирующее положение. В качестве примера, иллюстрирующего эти варианты, представлены объекты с расширенной административно-офисной функцией: завод Neo Solar Power Corporation (арх. J. J. Pan & Partners. Тайвань 2009 г.), где производственные помещения занимают 54%, а административно-офисные — 32%, «умная фабрика» Trumpf, соответственно 44% и 41% и производственный центр BOBST — 35% и 42% (Рис. 3).

Рис.3. Варианты соотношения основной и дополнительной функциональных зон объектов-представителей со средней степенью функциональной диверсификации

Для зданий с низкой и средней степенью функциональной диверсификации характерны простота функционального зонирования, компактность объемно-планировочных решений и ортогональные формы планов. Широко распространен прием сплошной планировки — размещение всех функциональных зон «под одной крышей» [3]. Площади производственных объектов низкой и средней степени функциональной диверсификации находятся в границах от 5 до 30 тыс. кв. м.

Промышленные здания с высокой степенью функциональной диверсификации, помимо производственной и подсобно-складской зон, предполагают одновременное включение нескольких дополнительных составляющих. Этим промышленным объектам также присущи факультативные функции, не свойственные традиционным производственным предприятиям:

- образовательная составляющая, возникающая в результате взаимной интеграции отраслевых вузов и передовых промышленных объектов в соответствующих областях;

- сервисная функция, связанная с продажей и обслуживанием выпускаемой продукции;

- демонстрационно-выставочная зона, позволяющая потенциальным покупателям и всем желающим ознакомиться с технологиями производства, ассортиментом и новейшими разработками компании;

- разнообразные функции не связанные с основной сферой деятельности предприятия.

Ш Q¿ Э Н

и ш н

ы X

и <

(Ц .0

о х

X X

¿ (U

^ Z

ГО <Ц

х а

о ш

s о

j и

* к

> i

е и з

со

(U

ё а

< 5 í

и J

о. >

х *

< s

< S

ш s

S Ф

É S

S

~ ш

Е 0

3 а s

Объекты с высокой степенью функциональной диверсификации имеют более сложную объемно-планировочную структуру, как правило, более развитое и выразительное архитектурно-композиционное решение. Средняя площадь таких зданий совпадает с показателями объектов со средней и низкой степенями диверсификации, но может достигать и 50 — 80 тыс. кв. м.

Опираясь на анализ проектирования и строительства объектов-представителей с высокой степенью функциональной диверсификации можно выделить несколько их основных типов:

- головные офисы (headquarters) промышленных компаний, сочетающие в себе производственные, научно-исследовательские, расширенные административно-офисные, логистические, социально-рекреационные и сервисные (например, выставочные) функции;

- объекты научно-производственного назначения, находящиеся в технопарковых структурах и включающие все стадии производства нового продукта (научные исследования и разработки, моделирование и опытное производство, мелкосерийное производство) административно-офисные и рекреационные функции;

- учебно-производственные учреждения при крупных университетских кампусах, где производственная составляющая редуцируется до цеха опытного производства, с появлением дополнительных функциональных зон, связанных с обучением (аудитории, актовые залы и учебные лаборатории).

Девиз новой штаб-квартиры приборостроительной фирмы HAFNER (арх. бюро Gernot Schulz architektur, Германия 2015 г.) — всё под одной крышей [10]. В здании помимо производства и головного офиса компании размещаются отделы исследований и разработок, продаж, открытая рекреационно-ком-муникативная зона, корпоративная столовая, тренажерный и конференц залы (Рис. 4). Просторная входная группа плавно переходит в пространство коммуникативной оси, которое является соединительным элементом между административно-офисной и производственной зонами. Административно-офисная зона организована по принципу «открытого пространства», а для решения более ответственных и сложных задач, требующих высокого уровня концентрации, в отделе исследований и разработок созданы изолированные рабочие места. Из зоны обслуживания клиентов, находящейся вблизи главного входа, сквозь стеклянные перегородки посетителям открывается панорамный вид на производственный цех и отдел разработок. На объекте создана рабочая среда, в которой сотрудники чувствуют себя комфортно и способны с энтузиазмом и полной вовлеченностью решать ежедневные задачи.

Рис. 4. Штаб-квартира HAFNER. Общий вид. План 1 этажа Соотношение основных функциональных зон

Научно-производственное предприятие BMG MIS (арх. бюро ATP Architects and Engineers, Германия 2012 г.) [8] по выпуску комплектующих для жидкокристаллических экранов размещается на территории научного парка Ulm Science Park II. Лаборатории, офисные, производственные и складские помещения, и даже полуподземная парковочная зона максимально эффективно разместились на компактном участке прямоугольной формы (Рис. 5). Для уменьшения пятна застройки офисные и производственные про-

странства спроектированы многоэтажными. Между основными функциональными зонами располагаются небольшие внутренние дворики. Остекленная галерея, пристроенная с западного торца здания, связывает производственные помещения, офисы и лаборатории. Продуманные расположение и организация пространства позволяют в каждой функциональной зоне (если этому не противоречат технологические требования) создать эффективное естественное освещение и панорамный вид на пейзажи Ульма и гор вдалеке.

Рис. 5. Научно-производственное предприятие BMG MIS. Общий вид.

План типового этажа. Соотношение основных функциональных зон

В качестве примера учебно-производственного объекта можно привести здание Advanced Manufacturing Building (арх. бюро Bond Bryan Architects Англия 2018) [6], расположенное на территории кампуса Джубили университета Ноттингема (Рис. 6). Композиция здания строится на контрасте двух объемов. В простом, прямоугольном в плане блоке размещается высокая зона опытного производства. Лаборатории и офисная зона, отдел исследований и разработок, учебные аудитории и помещения для деловых встреч, переговоров и конференций сформировали более динамичный протяженный объем криволинейной формы. Центральный атриум — это сложное и интересное с точки зрения геометрии пространство, с открытыми галереями, лестницами и зонами отдыха. Он объединяет и одновременно разграничивает пространства учебных и офисных помещений и более рациональный объем производственных мастерских. Внутренняя организация пространства выражается во внешнем облике здания, путем использования контрастных по цвету отделочных материалов фасада.

Рис. 6. Здание Advanced Manufacturing Building. Общий вид. План 1 этажа. Соотношение основных функциональных зон

Ш d Э

н

и

ш

н

и

а <

щ л

о х

X X

Л <и

^ Z

(С щ

х а

о со

X о

J о

* к

х £ >

е

CQ Ш

с; <

н

и >

а

X

х

<и Э

Щ

а

а>

х

а >

<и и

< ^ < &

m S

ш s S и

CL х

s I £

Выводы

На сегодняшний день в урбанизированной среде в примерно равной степени распространены объекты с низкой (28%), средней (38%) и высокой (33%) степенью функциональной диверсификации.

На основе анализа функционального зонирования нескольких десятков современных промышленных объектов низкой и средней степеней функциональной диверсификации были получены усредненные соотношения площадей основных функциональных зон (Рис. 7). Также установлено, что у объектов-представителей с высокой степенью функциональной диверсификации соотношения площадей и набор функциональных зон очень вариативны. В связи с этим не представляется возможным определить их усредненные показатели.

---------------

произв ' | адIvi-ob j

произв 1 ii 1псерв

низкая степень функциональной диверсификации

средняя степень

функциональной диверсификации

100%

Рис.7. Усредненные соотношения площадей основных функциональных зон прогрессивных производственных объектов

Тенденции к изменению соотношения площадей функциональных зон промышленных объектов ведут к поиску новых объемно-планировочных и архитектурно-композиционных решений прогрессивных производственных предприятий. Грамотное и рациональное функционально-технологическое зонирование производственных предприятий будет способствовать развитию высокоэффективной современной промышленности.

Расширение номенклатуры функций современных предприятий положительно сказывается на рентабельности и эксплуатационной эффективности. Мировой опыт формирования архитектурных решений промышленных объектов и взаиморасположения разных функциональных зон следует применять (не следует игнорировать) в отечественной практике проектирования новейших производственных зданий.

литература:

1. ГОСТ Р 50766-95 Помещения чистые. Классификация. Методы аттестации. Основные требования [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://docs.cntd.ru/document/1200003838 (дата обращения 05.05.2019).

2. ГОСТ 12.2.072-98 Роботы промышленные. Роботизированные технологические комплексы. Требования безопасности и методы испытаний. — М. : ИПК Издательство стандартов, 2001. — 19 с.

3. Крылов, В.В. Архитектурная типология промышленных зданий : учебное пособие / В.В. Крылов, Российская Федерация М-во образования и науки, ФГБОУ ВПО Тюменский гос. архитектурно-строит. ун-т, ин-т архитектуры и дизайна, Каф. архитектуры и дизайна. — Тюмень : Изд-во Тюменского гос. ун-та, 2014. — 159 с.

4. Трубашевский Д., Цифровые фабрики Индустрии 4.0. Осязаемые прототипы нового технологического уклада [Электронный ресурс] / Д. Трубашевский В. Ежеленко. — Режим доступа : http://www.umpro.ru/index.php?page_ id=17&art_id_1=731&group_id_4=55 (дата обращения 10.10.2018).

5. Шваб, К. Четвертая промышленная революция / К. Шваб. — М.: Эксмо, 2016. — 138 с. — (Top Business Awards).

6. Advanced Manufacturing Building, The University of Nottingham [Electronic resource]. — Access mode: https:// www.architecture.com/awards-and-competitions-landing-page/awards/riba-regional-awards/riba-east-midlands-award-winners/2018/advanced-manufacturing-building (access data: 01.02.2019).

7. Allen, TH. J. The Organization and Architecture of Innovation: Managing the Flow of Technology / TH. J. Allen G. W. Henn. — Oxford (UK): Butterworth-Heinemann, 2006. — 136 p.

8. BMG MIS [Electronic resource], — Access mode: https://www.chinese-architects.com/en/projects/view/bmg-mis-1 (access data: 01.09.2018).

9. Burke, R. The smart factory: Responsive, adaptive, connected manufacturing [Electronic resource] / R. Burke, A. Mussomeli, St. Laaper, M. Hartigan, Br. Sniderman. — Access mode: https://www2.deloitte.com/insights/us/en/focus/ industry-4-0/smart-factory-connected-manufacturing.html (access data: 01.08.2018).

10. Firma Philipp Hafner GmbH & Co. KG [Electronic resource]. — Access mode: https://www.world-architects.com/ ca/gernot-schulz-architektur-koln/project/firma-philipp-hafner-gmbh-and-co-kg (access data: 25.10.2018).

11. "We Are Not Concerned With Corporate Identity, But With Quality" — a Discussion With Frank Barkow and Regine Leibinger / F. Kaltenbach // Detail. — 2015. — № 3. — P. 222-227.

12. Weber, Au. Lean manufacturing layout / Au. Weber // Assembly Magazine. — 2012. — March. — Access mode: https://www.assemblymag.com/articles/89823-lean-plant-layout (date of access 8.01.19).

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

А.О. Дмитриева, А.А. Хрусталев. Функциональное зонирование и архитектурные решения современных производственных предприятий. — Системные технологии. — 2019. — № 31. — С. 103—111.

FUNCTIONAL ZONING AND ARCHITECTURAL DESIGN OF CONTEMPORARY INDUSTRIAL FACILITIES

A. Dmitrieva, A. Khrustalev

Federal State Budgetary Institution of Higher Education Moscow Architectural institute (State academy), Moscow

Ш

ce

Э I-

u

Ш

I-м

X

и

ce <

Abstract:

The article describes the main changes in the ratio of areas of functional areas of progressive production facilities that occur under the influence of global changes. The concept of functional diversification and its different degrees in relation to modern industrial enterprises is introduced. Numerous examples of the contemporary industrial buildings are given, illustrating the positions set out in the text

Key words:

industrial architecture, progressive production facility, functional zoning, functional diversification, factory of the future Date of receipt in edition: 15.05.19 Date of acceptance for printing: 18.05.19

ф Л

О X

X X

Л Ф

ç £

ГО ф

x a

о m

х о

J о

e <b

ш

ф

a

ф

si £

& Il

tL >

X £

< IS

< g

< го ш s

Ш s

s <u

" s

S

± m

E °

Q а x