Здания и другие сооружения
Громадное разнообразие строительных стилей и видов украшения зданий можно свести к четырем фундаментальным структурным компонентам: стены, колонны, балки и арки. Только человеческий труд и несколько простых инструментов требовались, чтобы создавать эти компоненты из трех базовых строительных материалов доиндустриальной эпохи: дерева, камня и кирпичей, обожженных либо на солнце, либо в специальной печи. Дерево можно было срубить и обработать топором, камень добывали в карьере с помощью молотов и клиньев, а обрабатывали долотом. Кирпичи, способные высохнуть на солнце, лепили из легкодоступной аллювиальной глины. Нехватка больших деревьев ограничивала применение древесины во многих регионах, а дороговизна транспортировки камня не позволяла использовать его вдали от мест добычи. Вследствие этого часто очень трудоемкая тонкая обработка дерева и камня могла значительно увеличить расход энергии при строительстве.
Высушенные на солнце кирпичи, широко распространенные на Ближнем Востоке и в средиземноморской Европе, были самыми дешевыми с точки зрения энергии строительными блоками. Их производство достигало больших объемов даже в самых первых оседлых поселениях. Вот как шумерская столица Урук описана в эпической поэме «Гильгамеш», одном из древнейших художественных произведений, дошедших до нас (относится к 2500 году до н. э.) (Gardner 2011): «Одна часть – город, одна часть – сад, и одна – глиняные ямы. Три части, включая глиняные ямы, и формируют Урук». Кирпичи делали из комьев глины, воды и мякины из нарубленной соломы, иногда добавляя навоз и песок; смесь уплотняли, быстро придавали нужные очертания в деревянных формах (до 250 кусков в час) и оставляли сохнуть на солнце. Размеры варьировались от массивных вавилонских кирпичей (40x40x10 см) до более тонких, вытянутых (45x30x3,75 см) римских. Глиняные кирпичи плохо проводят тепло, и это помогает сохранять прохладу внутри зданий в жарком климате пустыни. У них также есть важное механическое преимущество: свод из такого материала не требует балок для поддержки (Van Веек 1987). При достаточном количестве глины и труда кирпичи можно производить в колоссальных объемах.
Обожженные кирпичи использовали в древней Месопотамии, позже они распространились как в Римской империи, так и в Китае при династии Хань. Столетиями глину обжигали прямо в грудах или в ямах, при этом расходовалось очень много топлива, а обжиг получался неравномерным. Позже, когда технология улучшилась, правильно сложенные кирпичи обжигали при температуре до 800 °C, и в результате получалась более однородная продукция. Полностью закрытые горизонтальные топки обеспечили постоянство горения и повышенную эффективность сгорания. У них были правильно устроенные дымоходы, поднимающиеся горячие газы отражались от куполообразной крыши, но для функционирования таким печам требовались дерево или древесный уголь. В Европе потребность в кирпичах выросла в XVI веке, когда ими начали заменять мазанки и деревянные конструкции и стали их использовать и для фундаментов, и для стен.
Вне зависимости от использованных материалов, при строительстве в доиндустриальную эпоху умело координировался труд большого количества людей (включая опытных строителей), или людей и животных, что позволяло решать задачи, сложные даже по стандартам сегодняшнего механизированного мира.
Все карьерные разработки велись вручную, животные перевозили камень к месту строительства, иногда их использовали, чтобы приводить в движение подъемные машины и поднимать тяжелые детали. Но в остальном традиционное строительство полагалось исключительно на человеческий труд. Ремесленники использовали пилы, топоры, молоты, долота, насыпи, буры, совки и наборы шкивов и даже настоящие краны, чтобы поднимать древесину, камни и стекло (Wilson 1990).
Краны, приводимые в движение вращающими лебедку или шагающими по ступальному барабану людьми, хорошо, пусть и медленно, справлялись со своей задачей. А некоторые машины – включая движимый волами ворот Филиппо Брунеллески (1377–1446), использованный для подъема камня при строительстве купола кафедрального собора Санта-Мария-дель-Фьоре во Флоренции, и вращающийся кран, потребовавшийся при монтаже «фонаря» (Prager and Scaglia 1970) – были сконструированы для решения отдельных сложных задач (примечание 4.17). Некоторые проекты были завершены быстро: Парфенон за 15 лет (447–432 до н. э.), Айя-София в Константинополе, громадная византийская церковь, позже ставшая мечетью – менее чем за пять (527–532).
Примечание 4.17. Хитроумные машины Брунеллески
Работа Филиппо Брунеллески над строительством Санта-Мария-дель-Фьоре является прекрасной иллюстрацией той роли, которую могли сыграть нестандартные изобретения в получении необходимого количества энергии эффективным способом. Тягловые животные и рабочие были наготове, чтобы предоставить нужную мощность, но рекордные размеры купола (внутренний диаметр 41,5 м) и не имевшую прецедентов манеру его возведения (без опирающихся на землю подмостков) обеспечили именно машины Брунеллески (Prager and Scaglia 1970; King 2000; Ricci 2014). Машины эти разобрали после того, как строительство закончилось, но, к счастью, их изображения сохранились в Zibaldone, рукописи Буонаккорсо Гиберти.
В их числе были стоящие на земле и поднятые краны с возможностью обратной тяги, вращающийся кран, использованный при установке «фонаря», тщательно изготовленные домкраты и, возможно, самая хитроумная из всех машин, устройство для позиционирования груза (не обязательно собственное изобретение Брунеллески, но совершенно точно отличное воплощение идеи). Материалы для купола поднимались с помощью центральной лебедки (ее вращали волы). Кирпичи с легкостью подавались каменщикам, которые возводили поднимающуюся изогнутую конструкцию, но тяжелые каменные блоки, использованные для обвязных колец (нужны, чтобы все не расползалось в стороны) нельзя было двигать от центральной точки подъема к точно определенным местам установки с помощью тяги или толкания. Задача была выполнена с помощью устройства для позиционирования с двумя горизонтальными скользящими поверхностями, приводимыми в движение винтами, которые монтировались на вертикальном стержне и имели противовес.
Выделяют несколько разновидностей больших строительных проектов, и, несомненно, лучше всего известны различные церемониальные объекты, в первую очередь погребальные памятники и места поклонения. Наиболее важные сооружения первой группы, пирамиды и захоронения, различаются по массивности, храмы и соборы сочетают монументальность и сложность с красотой. Среди утилитарных объектов доиндустриального времени я бы отметил акведуки из-за их длины и структуры: комбинация каналов, тоннелей, мостов и обратных сифонов. Невозможно точно рассчитать, сколько энергии потребовалось на создание того или иного античного сооружения, и даже энергозатраты при строительстве в Средневековье оценить сложно. Примерные расчеты показывают значительные различия в общих энергетических потребностях, и даже большие вариации в средних потоках мощности.
Впечатляющие погребальные или религиозные сооружения, требующие огромных и постоянных потоков энергии – масштабного планирования, выдающейся организации, массовой мобилизации труда – возводились в каждой из высоких доиндустриальных культур (Ching, Jarzombek and Prakash 2011). Эти гробницы и храмы выражают универсальное человеческое стремление к совершенству, к вечному, лежащему за гранью обыденного (рис. 4.23). Я бы с большим удовольствием сказал что-нибудь определенное по поводу строительного процесса и энергетических потребностей при возведении египетских пирамид, величайших сооружений античного мира. Мы знаем, что их создание потребовало долговременного планирования, продуманной логистики в больших масштабах, эффективного наблюдения и обслуживания и потрясающих, пусть и совершенно не понятных для нас технических навыков.
