Проектирование и моделирование (Античные правила проектирования сооружений)

Передавался труд к потомкам от отца, Но каждый камень, взвешен и размерен, Ложился в свой черед по замыслу творца. И линий общий строй был строг и верен, И каждый малый свод продуман до конца.
В. Брюсов

Любое крупное сооружение начинается с проекта. В специализированных проектных институтах вначале на бумаге рождается будущий стадион, мост или гидроузел. На первой стадии проектирования решаются технико-экономические и организационные вопросы строительства, прорабатываются архитектурные и конструктивные решения будущих зданий и сооружений, составляется смета строительства, т. е. план предстоящих денежных расходов и материалов. На второй стадии разрабатываются рабочие чертежи, производится уточнение и деталировка предусмотренных проектом технических решений.
А как же приступали к строительству в Древнем Риме? Однозначно ответить на этот вопрос трудно. Однако по фактам, которые накопились к настоящему времени, можно с достаточной уверенностью предположить, что римляне умели выполнять элементарные расчеты своих сооружений, знали и пользовались чертежами и, вероятно, проводили испытания строительных материалов, в том числе и бетона. Для подтверждения этих предположений достаточно, казалось бы, посмотреть на совершенные в архитектурном плане здания и сооружения римлян или, к примеру, на геометрически правильные развалины домов-садов в городе Остии, или на аркады акведука Понт-дю-Гар, в котором архитектурное изящество сочетается с точностью инженерных расчетов.
Тем не менее и сегодня не все ученые признают эти факты. Одни из них продолжают считать римлян, как и их предшественников "голыми" эмпириками, которые в любом деле, включая и строительство, следовали опыту своих отцов и дедов; другие не согласны с ними.
Если внимательно отнестись к документальным и археологическим источникам, то окажется, что уже при Витрувии в основе проектирования зданий и сооружений лежал главный принцип - придание постройке необходимого запаса прочности. При этом сами требования к прочности Витрувий сформулировал в виде ряда положений и правил.
Так, он писал, что при закладке фундамента зданий необходимо "...копать ров до материка, да и в самом материке на глубину, соответствующую размерам возводимой постройки и шириною больше будущих подземных стен, и заполнять его самой основательной каменной кладкой" (кн. I, гл. 5). При возведении крепостных стен "...сквозь всю толщу стен должны как можно чаще закладываться брусья из обожженного маслиничного дерева, чтобы стена, связанная с обеих сторон этими брусьями, как скрепами, навеки сохранила свою прочность" (кн. I, гл. 5). Мотивируя соотношение между диаметром и высотой колонн, он пишет: "...размышляя, каким способом их (колонны) сделали так, чтобы они были пригодны для поддержания тяжести и обладали правильным и красивым обличием, они измерили след мужской ступни по отношению к человеческому росту и, найдя, что ступня составляет шестую долю, применили это соотношение к колонне, и сообразно с толщиной основания ее ствола, вывели ее высоту в шесть раз больше, включая сюда и капитель. Таким образом, дорийская колонна стала воспроизводить в зданиях пропорции, крепость и красоту мужского тела" (кн. IV, гл. I).
Далее Витрувий продолжает: "...надо озаботиться облегчить нагрузки стены посредством сводов из клинчатых камней... Ведь если над перемычками или притолоками будут клинчатые арки, то, во-первых, от облегчения нагрузки дерево не будет прогибаться, а, во-вторых, при какой-нибудь порче от ветхости его можно будет легко заменить без устройства подпорок".
Кроме советов о запасах прочности сооружений в трактате Витрувия имеется ряд предосторожностей "...Особое внимание, - говорит он, - должно быть обращено на фундаменты, потому что земляная засыпка может причинить им безмерный вред. Она ведь не может всегда сохранять одинаковый вес, обычный для нее летом, но в зимнее время, впитав в себя обилие дождевой воды, она и своим весом, и своим объемом разрушает и распирает каменную кладку фундамента". Такое внимание к фундаментам, вероятно, было оправдано горьким опытом случившихся катастроф. Так, римский историк Тацит описывает, в 27 г. н. э. "произошло непредвидимое несчастье... Некто Атилий, вольноотпущенник, решившись выстроить в Фиденах амфитеатр для гладиаторских представлений, не укрепил его основание на прочном грунте и не скрепил прочными связями деревянного остова, как человек, который не имел ни достаточно денег, ни желания угодить гражданам своего города, но взялся за это дело для грязной выгоды. Стеклось большое множество народа, жадного до таких зрелищ..., собралось особенно много мужчин и женщин и людей всякого возраста... Переполненное здание пошатнулось и обрушилось внутрь, стремглав увлекло с собой и завалило огромное множество людей...
Пятьдесят тысяч человек было при этой катастрофе изувечено или раздавлено. Поэтому было постановлено Сенатом, чтобы никто не давал гладиаторского зрелища, у кого имущества было менее 400 тыс. сестерциев, и чтобы амфитеатр строился не иначе, как на почве, твердость которой была удостоверена осмотром. Атилий был отправлен в ссылку". Светоний также пишет, что у "...Фиден во время гладиаторского боя вследствие обвала амфитеатра погибло свыше 20 тыс. человек".
Началу строительных работ, как было принято, предшествовало представление архитектором сметы, имеющей форму договора между заказчиком и подрядчиком, а при строительстве ответственных сооружений - между сенатом или императором и строительной коллегией. В сметах обычно перечисляли все виды работ, связанные с возведением данного сооружения. При этом предусматривались мельчайшие подробности, благодаря чему они служили как бы инструкцией для подрядчиков и рабочих. Витрувий приводит интересные сведения, касающиеся ответственности архитектора за соблюдение финансовой дисциплины.
"...В известном городе Ebhesus, - пишет он, - существовал строгий, но справедливый обычай. Когда архитектор договаривался о подряде, он составлял смету и представлял ее на утверждение..., а свое состояние закладывал до окончания строительства. Если стоимость строительных работ соответствовала смете, то архитектору воздавались официальные почести, составлялся почетный указ и выдавалась грамота. Если стоимость не превышала 1/4 части запланированной сметы, то разность между фактической стоимостью и стоимостью по смете вычиталась (за счет города) и на архитектора штраф не накладывался. Если же перерасход стоимости был больше 1/4 части составленной сметы, то недостающая сумма взыскивалась из личных средств архитектора..." Витрувий жалеет, что в его время такие правила распространялись не на все сооружения. Он продолжает "...Если бы наши бессмертные боги создали такой закон не только для общественных зданий, но и для частных построек, тогда бы люди, которые в этом деле мало понимают, не оставались безнаказанными..."
Вероятно, к смете проекта обычно прилагалась пояснительная записка. Так, известно, что греческие архитекторы составляли подобные пояснения, в которых раскрывали замысел сооружения и способы его строительства, хотя ни одно из этих письменных свидетельств не дошло до наших дней. В известном сочинении Юлия Цезаря "Записка о Галльской войне" сказано, что при строительстве моста через Рейн, составлялись многочисленные записки и планы.
Совсем недавно группой западногерманских археологов был обнаружен архив "строительных чертежей". Они находились в руинах знаменитого храма Аполлона в Дидимах, к югу от современного турецкого города Секе. Выгравированные на стенах чертежи занимают площадь свыше 200 м² и представляют собой наиболее подробный и полный из известных нам "комплектов" древних строительных чертежей. Установлено, что это были рабочие чертежи, представляющие собой заключительную стадию архитектурного проектирования. Они были предназначены непосредственно для производства работ.
Заключительной стадии, вероятно, предшествовало несколько этапов предварительного проектирования. Сами же предварительные эскизы могли выполняться на папирусе, пергаменте, отбеленных деревянных досках и даже на плоских каменных плитах, что подтверждается находками западногерманских археологов.
В пользу существования чертежей у римлян говорит также наличие самих смет, которые очень трудно составить, не имея чертежей с размерами всего сооружения и его деталей. Наконец, еще одним доказательством существования чертежей и проектов в Древнем Риме была быстрота строительства, которая диктовалась короткими, не более полутора-двух лет, сроками полномочий консулов, цензоров или преторов, которые отвечали перед сенатом и народным собранием за сдачу объектов. Чтобы организовать труд большого количества людей в такой короткий срок, была необходима предельная четкость и ясность в ведении работ, которые невозможно представить без наличия чертежей и проекта. Скорее всего, римляне не были знакомы только с масштабными чертежами, и, тем не менее они проводили маркшейдерские работы, составляли детальные планы местности, делали подробные зарисовки и, видимо, чертежи деталей как образцы для скульпторов или резчиков по камню. Примером подобного технического решения может служить подробная схема раки в Капуе, выполненная в натуральную величину.
Известно, что в случае необходимости римляне изготавливали модели будущих сооружений. Интересное упоминание о моделях водопроводов с долинами рек, тоннелями и мостами имеется у Фронтина. Встречаются портретные изображения императоров и царей, в руках которых находятся миниатюрные сооружения.