Светодинамические фонтаны музея-усадьбы «Царицыно»

Легенда гласит, что летом 1775 г. Екатерина II во время своего пребывания в Москве посетила пригородное место, прозванное Черной грязью. Очарованная его красотой она приняла решение о возведении здесь дворцово-паркового ансамбля и назвала это место – Царицыно. С этого момента начинается сложная и длинная история жизни этого уникального объекта с его взлетами и надеждами на процветание, с периодом полного забвения и так и не раскрывшегося в своей красе полностью за 225 лет существования. Великолепная плеяда архитекторов (В.И. Баженов, М.Ф. Казаков и др.) создали совершенно оригинальный образ Царицынского ансамбля. Немногие постройки сохранились до нашего времени, но те, что остались, несут дух той эпохи.
В 1984 г. ансамбль был превращён в Историко-архитектурный, художественный и ландшафтный музей-заповедник (550 га). В целях сохранения, развития и рационального использования этого уникального природного и историко-культурного достояния в 2005 г. начался современный этап реконструкции непосредственно парковой зоны.
Проект реконструкции центральной части парка ведет Моспроект – мастерская № 10. С учетом исторических и сложившихся во времени пешеходных связей был разработан план территории. Ландшафтно-планировочные организации парка – пример трехчастного функционального зонирования с природным водным ядром, активной входной группой и исторической пейзажно-пешеходной зоной.
В исторической части парка по проекту предусмотрены реставрационные работы. Входная группа спроектирована в режиме благоустройства в соответствии с историко-архитектурными исследованиями. С главной аллеей входной группы открывается панорамный вид на водную гладь пруда с пейзажными берегами. Проектом предусмотрены смотровые площади с видовыми точками на дворцовый ансамбль через акваторию пруда.
Средний пруд (от плотины Верхнего пруда до Новоцарицынского шоссе) играет важнейшую роль в пространственной и функциональной организации дворцово-паркового ансамбля Царицына. Его акватория является центральным элементом видовых раскрытий и пейзажных картин, изображающих панорамы дворцовой части парка со стороны главного подъезда к ансамблю.
По историко-архи тектурному опорному плану, восстановлению подлежали акватория Среднего пруда и остров Подкова.

Рис. 1. Компьютерное моделирование фонтанов

 
В результате проектных работ возникла идея реализации фонтанной композиции на острове. Важно было, чтобы каждый фрагмент реконструкции парка, в том числе и фонтан, своим появлением не перешел за тонкую грань, за которой возможна потеря культурной ценности исторического ансамбля. Поэтому странные противоречивые чувства испытали мы, подойдя к разработке фонтана. Нужно было постараться тактично соединить поэтичность места с профессиональным опытом и знаниями новейших технологий в аквапластике. Попытаться в процессе проектирования уловить и осознать момент скольжения времени, таинственного перехода из векового старого в еще не наступившее новое.
С учетом визуальных и пешеходных связей была разработана концепция гидропластического решения фонтана, которая включала 3 варианта планировки технологического оборудования.
Хотелось создать свой, не похожий на другие аналогии свето-музыкальный фонтан. Набор выразительных средств большой, но не бесконечный. Это как в музыке, в гамме которой только 7 нот, но масса вариантов разнообразных звучаний.
I вариант. Включает максимальное количество расставленного оборудования и максимально заполненный прожекторами объем чаши фонтана. Интересен он в композиционном плане масштабным струйным куполом диаметром 50 метров.
II вариант. Можно назвать его оптимальным решением расстановки оборудования и композиционно-художественных гидропластических эффектов.
III вариант. Разрабатывался как альтернативный двум предыдущим.
Варианты были смоделированы, продуманы и гидродинамические эффекты проверены, как с точки зрения эстетики, так и с точки зрения технологических возможностей. В результате был выбран второй вариант.
В основу струйного дизайна этого фонтана лег образ дворцовых построек, подсказавший решение основных рисунков струйной композиции. Изначально была заложена максимальная палитра водяных эффектов, как необходимый набор пластических средств. Их сочетания в разных комбинациях с изменяющейся высотой и направлением движения воды придают всей акватории пруда динамический характер.
Здесь и легкая графика тонких струй классических композиций, и крутящиеся, словно вальсирующие пируэты, высокие торжественные воздухонаполненные водяные колоссы, достигающие в высоту 30 метров, большие и малые стенки, купола. Было важно создать естественный синтез исторических пейзажей с новыми контрастными решениями и с помощью гидропластики фонтанов.
Размещение светомузыкального фонтана предопределено соседством Оперного дома, который задает театральный характер этого места.

Рис. 2. Фонтаны днём

 
Проектирование такого фонтана представляло интересную техническую задачу. Сама концепция реконструкции Царицынского музея-заповедника не предусматривала строительство насосной станции и электрощитовой на берегу пруда. Поэтому для осуществления задуманного было принято решение использовать высоконапорные погружные насосы и разместить их в чаше фонтана. Как показали испытания при проведении пусконаладочных работ и дальнейшая эксплуатация фонтана, такое решение, помимо очевидной выгоды отсутствия насосной станции и уменьшения длин технологических трубопроводов, положительно сказалось на общей динамике фонтана, о чем будет подробно упомянуто ниже.
На этапе предварительной проработки проекта количество погружных насосов доходило до 248 шт. и такого же количества композиций (здесь под композицией подразумевается технологическая связка насос-коллектор с установленными форсунками). Такое решение было оправдано с точки зрения удобства модульного монтажа, т.к всю конструкцию можно было предварительно смонтировать в цеховых или заводских условиях и провести необходимые испытания, и с точки зрения удобства демонтажных работ на зимний период времени. Но с экономической и эксплуатационной точек зрения оказалось неоправданным, т.к. Требовало дополнительных соединительных элементов, установки огромного числа пускорегулирующего оборудования и прокладки такого же большого количества кабельных трасс. Для эксплуатации такого количества насосов требовался соответствующий ЗИП, для хранения которого необходимо было выделить целый склад. Поэтому при проектировании фонтана были приняты решения по объединению части композиций в единое целое, что позволило в итоге уменьшить количество насосов до 82 шт. (с соответствующим увеличением мощности каждого из них) без ущерба для динамических и высотных характеристик струй.
Когда вопрос с гидравликой был решен, необходимо было обеспечить декоративное освещение фонтана в соответствии с дизайн-проектом. Не секрет, что для подводного освещения фонтанов широко используются два типа светильников – с галогенными лампами накаливания (ГЛН) или со светодиодами (СД).
Достоинством ГЛН является большой выбор мощностей, простота и отработанность конструкции, а также умеренная стоимость. Но наряду с этими достоинствами имеются и недостатки, на первый взгляд являющиеся несущественными, но при проектировании светодинамических фонтанов выходящие на первый план. К этим недостаткам относится работа только в алгоритме «включено/выключено», без возможности регулирования яркости не меняя напряжения сети и применение цветных светофильтров, что неэффективно.
В последние годы бурное развитие светодиодных технологий и, в частности, появление сверхъярких СД позволило всерьез рассматривать их как замену стандартным ГЛН. Преимущества светильника с СД очевидны: меньшая потребляемая электрическая мощность при том же световом потоке, возможность размещения большого количества СД на одной плате для создания световых линеек, обеспечивающих равномерное освещение наклонных струй, отсутствие запаздывания на режимах включения/выключения. И самый, наверное, значимый плюс для светодинамических систем – это возможность размещения на плате СД различных цветов (красный, синий, зеленый). При помощи современных систем управления такие светильники могут давать практически любой цвет излучения. Но, наряду с достоинствами, необходимо упомянуть их два самых значительных недостатка, существующих на данный момент, а именно: высокая стоимость светильника с СД и излишне высокая направленность излучения.

Рис. 3. Разнообразие струйных композиций и используемой палитры красок при освещении фонтанов

 
Разработанный существующий дизайн-проект предусматривал как цветное динамическое освещение, так и освещение только белым светом. Поэтому в проекте были использованы оба типа светильников – как с ГЛН, так и с полноцветными СД. Стоит отметить, что применение светильников с одноцветными СД не рассматривалось по причине динамичной и музыкальной концепции фонтана. После предварительных расчетов и размещения светильников на плане чаши общее количество светильников с ГЛН получилось равным 1900 шт., а с СД – 1350 шт. В светильниках с ГЛН предусматривалось применение ламп Halospot мощностью 65 Вт. Электрическая мощность светильников с СД составляла 120 Вт.
Разработан сценарий, по которому предусмотрена работа фонтана как в стационарном, так и в динамическом режимах. Вечером эмоциональную поддержку водным эффектам оказывает и светодинамика. В зависимости от программы и выбранного музыкального произведения происходит изменение цветовой гаммы.
При реконструкции парка было предусмотрено проведение культмассовых мероприятий, для чего в состав проекта фонтана заложен вариант светомузыкального водного шоу.
При проектировании звуковой системы прилегающая к фонтану площадь была разделена на две зоны: внутреннюю, которая включала сам фонтан и территорию острова Подкова, и внешнюю, включающую близлежащие берега пруда и центральный вход на территорию ГМЗ «Царицыно». Причем две зоны не должны были «мешать» друг другу. С этой целью пришлось решить сложную акустическую задачу.
Для каждого праздника планируется разработать индивидуальные программы, которые, меняя цвет и ритм, будут передавать разные эмоции и настроения. Дизайн-проектом было предусмотрено применение различных струйных композиций. Часть динамических эффектов предусматривала мгновенное включение/отключение струй для создания эффектов бегущей волны, «прыгающих струй» и т.д. Все эти эффекты выполнимы только при условии использования быстродействующих клапанов-отсекателей. Общее количество использованных в проекте специальных клапанов составляет 1250 шт.
Теперь у нас были все составляющие головоломки под названием светодинамический фонтан (см. таблицу). Осталось только предусмотреть соответствующую пускорегулирующую аппаратуру и сердце фонтана – промышленный компьютер с программой управления.

Таблица.

Параметры светодинамичного фонтана музея-усадьбы «Царицыно»

 
Не секрет, что для плавного управления динамикой фонтанов повсеместно используется принцип частотного управления вращением вала электродвигателя насосов. И в данном случае этот принцип представлялся оптимальным. В качестве поставщика пускорегулирующего оборудования была выбрана компания Schneider Electric, с которой у нашей компании давние и прочные отношения. Частотные преобразователи данного производителя имеют развитые средства диагностирования работы насоса в различных режимах и предотвращения аварийных ситуаций. Количество используемых преобразователей соответствует количеству насосов – 82 шт.
Ни о какой синхронности, а тем более эффектной световой и водной динамике не может идти речи без системы управления. Использовать какую-либо готовую систему управления, а тем более промышленный контроллер, не представлялось возможным из-за специфических требований, а главное – из-за отсутствия готовых и отработанных решений по управлению фонтаном с таким количеством оборудования. Поэтому в качестве базы для системы была использована программа управления, разработанная для светильников с СД и успешно применяющаяся на объектах ММДЦ Москва-Сити – Citylight Control. Программа уже «умела» управлять светильниками с СД, в том числе в подводном исполнении. Управление цветом излучения светильника с полноцветными СД основано на принципе смешения базовых цветов пространства RGB (этот же принцип используется в мониторах, телевизорах и т.д.). Если использовать для описания принципа работы программы простые термины, то система позволяет задавать значение скважности токов светодиодных кристаллов каждого из цветов (красного, зеленого, синего), из которых складывается результирующий цвет, видимый человеческим глазом. Программа имеет собственный протокол, основанный на стандартном интерфейсе. Управляющий компьютер в данном случае выступает ведущим устройством в сети. Все светильники, подключены в сеть последовательно друг за другом. В каждый светильник встроено устройство управления, состоящее из двух блоков: блока буферной памяти и блока управления СД. Программа передает для каждого из светильников значения скважности тока светодиодных кристаллов каждого из 3-х цветов. Эти значения запоминаются в буферной памяти светильника, но не передаются в блок управления СД – т.е. светильник в этот момент остается выключенным. Для включения светильника используется специальная команда. При получении этой команды блок буферной памяти передает всю накопленную информацию в блок управления СД и ожидает следующей части данных. Таким образом изменение цвета излучения происходит только при получении специальной команды – команды на изменение состояния. Светильник сохраняет свой цвет излучения, даже если в буферную память были загружены новые данные. Данная технология позволяет разделить каналы данных и каналы управления и одним импульсом синхронно изменять цвет всех светильников на заранее заданный. Частота передачи сигналов в системе может составлять от 0,1 до 2 МГц.
Главная задача гидропластического решения фонтана – дать возможность увидеть пейзаж ансамбля в новом аспекте.
Пластика архитектуры фонтанного комплекса, ландшафтные приемы оформления территории, гидропластический и светодекоративный дизайн – все эти факторы вместе предлагают не только переосмыслить «романтический характер» этого места, но и располагают людей погружаться в размышления об окружающем их пространстве.
Руководитель авторского коллектива – А.И. Холинов; начальник проектно-инженерного отдела – А.В. Харихин; инженерно-техническое решение регулирования освещения – А.А. Варшавчук; технологические решения – С.А. Муслаева; силовое электрооборудование, электроосвещение щитовой – Т.М. Сморчкова, Д.Ю. Северин; конструкции металлические – А.В. Мамаев.