المباني وبصمة ظل سنوية

كل مبنى له بصمتان. الأولى هي تلك التي نرسمها، الإطار الخارجي حيث يلتقي الهيكل بالأرض، ثابتة ومحددة ومطبوعة على كل مسقط أفقي للموقع. والثانية هي بصمة لا يرسمها أحد تقريباً، رغم أنها أكبر حجماً، وحية، وتتحرك باستمرار. إنها “بصمة ظل المبنى”، وهي المنطقة التي يقتطعها الهيكل من مساحة الشمس على مدار عام كامل، كاسحةً المنطقة المحيطة بالقاعدة كعقرب ساعة ضخمة وغير منتظمة. نحن نصمم البصمة الأولى بعناية مهووسة. لكننا نتعامل مع الثانية كحادث عرضي، أو منتج ثانوي، أو شيء يحدث ببساطة بمجرد الانتهاء من التصميم الحقيقي. هذا إغفال غريب، لأن بصمة الظل هي المكان الذي يتفاوض فيه المبنى فعلياً مع السماء، وهي الجزء من المبنى الذي يتغير بشكل دراماتيكي اعتماداً على متغير واحد نادراً ما نصمم حوله على الإطلاق، وهو: أين يقع المبنى على كوكب الأرض.

إليك التجربة الفكرية التي تفتح باب هذا التساؤل. خذ مبنى واحداً، تماماً كما رُسم، بنفس الارتفاع، ونفس التوجيه، ونفس المسقط الأفقي، وضعه في أربعة أماكن: عند خط الاستواء، وعلى المدار بالقرب من خط عرض 23.5 درجة، وفي خطوط العرض الوسطى، وبالقرب من الدائرة القطبية الشمالية. حافظ على تطابق كل شيء باستثناء خط العرض. الآن، لا تسجل طول ظله عند الظهيرة (وهو سؤال يطرحه عالم الفلك)، بل سجل “بصمة الظل السنوية” بأكملها، وهي المساحة الإجمالية المتراكمة التي يزورها ظله عبر جميع ساعات وأيام السنة. ما ستجده هو أن المبنى نفسه يُلقي بأربعة كائنات مختلفة جذرياً على الأرض؛ أربعة أشكال متمايزة بمساحات مختلفة، وتوجيهات مختلفة، وسلوكيات مختلفة، وأن هذه الاختلافات ليست تنويعات طفيفة بل تحدد علاقات مختلفة تماماً بين الهيكل والمساحة المحيطة به. المبنى متطابق. لكن “بصمة ظله” (shadow signature) لا يمكن التعرف عليها عند الانتقال من خط عرض إلى آخر. وتقريباً لا أحد في مجال الـ عمارة يُصمم جاعلاً من هذه البصمة نقطة البداية.

أربعة مبانٍ هي في الواقع مبنى واحد

تأمل ما يحدث فعلياً في كل حالة من الحالات الأربع، لأن الفيزياء تنتج ظروفاً معمارية مختلفة بصدق بدلاً من تدرج سلس. بالقرب من خط الاستواء، يحدث شيء لا يحدث أبداً في أي مكان آخر ولا يضطر معظم معماريي المناطق المعتدلة للتفكير فيه أبداً. تعبر الشمس إلى شمال المبنى لجزء من العام وإلى جنوبه لبقية العام، وتمر فوقه مباشرة مرتين. هذا يعني أن ظل المبنى لا يبقى على جانب واحد. بل يتأرجح بالكامل، فيسقط نحو الجنوب لعدة أشهر ثم نحو الشمال لعدة أشهر، وفي تواريخ العبور (الاعتدالين)، يكاد ظل الظهيرة أن يختفي. وبالتالي، فإن المبنى عند خط الاستواء لا يمتلك واجهة مظللة بشكل دائم ولا واجهة مشمسة بشكل دائم. كل واجهة تأخذ دورها. “بصمة الظل السنوية” هنا هي شيء غريب، ومتوازن، وثنائي الفصوص يلتف حول الهيكل بأكمله، والنتيجة الـ تصميمية لذلك عميقة. لا يوجد جدار شمالي بارد وموثوق لوضع الأشياء التي يجب أن تبقى بعيدة عن الشمس، لأن الجدار الشمالي يصبح جداراً جنوبياً، في الواقع، مرتين في السنة.

انتقل إلى المدار، وسيميل السلوك نحو عدم التماثل. لا تزال الشمس تمر فوق المبنى مرة واحدة في السنة، ولكن في الغالبية العظمى من العام تستقر على جانب واحد، لذلك يطور الظل اتجاهاً مهيمناً قوياً مع انعكاس سنوي قصير. في خطوط العرض الوسطى —وهي الحالة التي تتعامل معها معظم المهنة بوعي أو بدونه على أنها حالة “عالمية”— لا تعبر الشمس أبداً إلى الجانب الآخر. بل تبقى بثبات في النصف الجنوبي من السماء (في نصف الكرة الشمالي)، ولذلك يسقط الظل دائماً نحو الشمال بشكل عام، كاسحاً شكل مروحة يتغير عرضها وطولها مع الفصول ولكن اتجاهها الأساسي لا ينعكس أبداً. هذه هي الحالة التي أنتجت تقريباً كل حدسنا التصميمي الموروث: الواجهة الشمالية المظللة بشكل دائم، الفناء المحروم من الشمس في الجانب الخطأ، وقواعد التوجيه الموثوقة التي تُدرس في كل مدرسة معمارية، ويستحق الأمر أن نوضح أن هذه القواعد ليست “قوانين عالمية” للبناء. إنها مجرد “لهجة محلية” لنطاق خطوط عرض واحد، تم الخلط بينها وبين اللغة العالمية.

ثم اتجه شمالاً إلى الدائرة القطبية الشمالية، وسيصبح الظل أقرب إلى ظاهرة طبيعية منه إلى تفصيلة تصميمية. بالقرب من الانقلابات الشمسية (solstices)، بالكاد تتجاوز الشمس الأفق، ويرمي مبنى بارتفاع عادي ظلاً بطول استثنائي، وهو ممر مظلم يمتد لمئات الأمتار عبر المناظر الطبيعية، ويدور بالكامل تقريباً حول المبنى خلال يوم الصيف الطويل عندما لا تغرب الشمس أبداً. في الشتاء، قد لا تشرق الشمس على الإطلاق، ولا يلقي المبنى أي ظل لأنه لا يوجد ضوء لإلقائه، فقط غسق مستمر يذوب فيه مفهوم “بصمة الظل” نفسه. “بصمة الظل السنوية” هنا هائلة، ودورانية، وتتخللها فترات من الغياب التام، وهي مشكلة تصميمية مختلفة تماماً عن أي شيء يتوقعه كتاب قواعد المناطق المعتدلة. الـ مدن في أقصى الشمال محكومة بهندسة شمسية قد تبدو كخيال علمي لمعماري تدرب فقط في خطوط العرض الوسطى.

الشكل الذي لم نتعلم قراءته أبداً

السبب في أهمية هذا الأمر، والسبب في أنه يشكل فجوة بحثية حقيقية بدلاً من كونه مسألة محسومة، يكمن في ما تغطيه وما لا تغطيه الأدبيات الحالية. علم الفلك موثق بدقة؛ فمخطط “الأنالمة” (Analemma)، وهو الرقم 8 الأنيق الذي ترسمه الشمس عند تصويرها في نفس الوقت من اليوم على مدار عام، تم تسجيله فوتوغرافياً منذ أول صورة التقطها دينيس دي سيكو بإطار واحد في عامي 1978 و 1979، باستخدام كاميرات ذات ثقب (pinhole) على مدار سنوات كاملة، وتمت دراسته كمخطط لمتغيرين: الانحراف الشمسي (solar declination) الناتج عن ميل محور الأرض بحوالي 23.5 درجة، ومعادلة الوقت (equation of time) الناتجة عن الجمع بين ذلك الميل وانحراف مدار الأرض. نسخة الظل من هذا المنحنى، وهو الرقم 8 المقلوب الذي يرسمه طرف الشاخص (gnomon) على الأرض، تم توثيقها أيضاً من خلال تجارب تحديد الظل لمدرسي الفيزياء وحملات المراقبين الذين يرسمون الانحراف من عصا في الأرض. كل هذا حقيقي، وصارم، ومكتمل في علم الفلك.

لكن لاحظ ما تدرسه كل هذه الأمور. إنها تدرس “نقطة”. الأنالمة هي مسار مركز الشمس أو طرف ظل واحد، منحنى أحادي البعد يرسمه شاخص (gnomon) مثالي. ما لا تدرسه هو المساحة “ثنائية الأبعاد” التي يمسحها مبنى حقيقي ذو عرض حقيقي وعمق حقيقي وارتفاع حقيقي، عبر جميع ساعات النهار بدلاً من وقت ثابت واحد. يسأل عالم الفلك أين يقع طرف الظل عند الظهيرة. بينما يحتاج المعماري إلى معرفة المساحة الإجمالية التي يغطيها ظل المبنى بالكامل على مدار العام بأكمله؛ شكلها، تداخلاتها، الأرض التي لا يمسها أبداً، والأرض التي يدفنها في الظل لشهور. هذه أسئلة مختلفة، والسؤال الثاني (السؤال المعماري) يعاني من نقص واضح في التوثيق. لدينا رياضيات رائعة ودقيقة للشمس كـ “نقطة”، ولا نملك تقريباً أي لغة منهجية للظل كـ “مساحة” (منطقة). إن الـ بناء هو في الأساس إلقاء لظل متحرك على مدار العام، وليس لدينا رسم (مخطط) قياسي يعبر عن ذلك.

المكان الوحيد الذي تحولت فيه الهندسة إلى أداة تصميم هو “المزولة الشمسية الأنالمية” (analemmatic sundial)، وهي المزولة الأفقية ذات القائم المتحرك الذي يمر ظله عبر نفس نقاط الساعات طوال العام، وتتحول هندستها إلى شكل بيضاوي، وكذلك تقاليد مسار الشمس الكلاسيكية المنحدرة من فيتروفيوس وبطليموس عبر “برج الرياح” إلى المخططات الحديثة لمسار الشمس المستخدمة في توجيه الألواح الشمسية ودراسات التعرض للشمس في المباني. بل إن باحثي الرؤية الحاسوبية (Computer vision) قاموا بتشغيل المنطق بشكل عكسي، حيث استعادوا خط عرض وكاميرا وخط طولها من مسارات الظل في لقطاتها، وهو دليل صامت على أن الظل هو “بصمة جغرافية دقيقة”، وبصمة للمكان. لكن كل هؤلاء يتعاملون مع الظل كوسيلة لغاية أخرى: معرفة الوقت، وضع مُجمع شمسي، تحديد موقع كاميرا. لا أحد منهم يتعامل مع “بصمة الظل السنوية” بحد ذاتها كـ “موضوع أساسي” للتصميم المعماري، الشيء الذي تشكل المبنى حوله بدلاً من حسابه بعد تشكيل المبنى.

التصميم من الظل نحو الداخل

هنا تصبح الفجوة فرصة، وهنا أعتقد أن منهجية تصميم جديدة بصدق تنتظر من يبنيها. تخيل عكس الترتيب المعتاد للتصميم. بدلاً من رسم المبنى ثم فحص ظله، تبدأ بـ “بصمة الظل السنوية” التي تريدها، المساحة التي ترغب في إبقائها في الظل والمساحة التي يجب أن تبقيها في الشمس، وتستنتج ارتفاع المبنى، وتوجيهه، والمسافات البينية، وحتى مسقطه الأفقي بناءً على تلك البصمة المرغوبة. في المناخ الحار بالقرب من خط الاستواء، حيث يتأرجح الظل في كل الاتجاهات، قد تصمم مبنى يقود شكله هذا الظل الدوار عن عمد عبر سلسلة من الأفنية، بحيث تكون بعض الغرف الخارجية مظللة دائماً بغض النظر عن الموسم؛ وهي كوريغرافيا (تصميم حركي) مستحيلة في خط عرض يشير فيه الظل دائماً في اتجاه واحد. الـ مشاريع التي هي في أمس الحاجة إلى هذا هي بالتحديد تلك التي تُبنى بأسرع وتيرة، في المدن الحارة ذات خطوط العرض المنخفضة حيث تم استيراد “كتاب قواعد المناطق المعتدلة” بالكامل، وحيث تكون افتراضاته حول الواجهة المظللة بشكل دائم مجرد افتراضات خاطئة.

أدوات (روافع) التصميم التي يفتحها هذا النهج ملموسة ومحددة. يمكن ضبط نِسَب الأفنية (Courtyards) بناءً على التأرجح الفعلي للظل في خط العرض الخاص بها بدلاً من النسب الموروثة؛ فنجعلها عميقة وضيقة حيث تبقى الشمس منخفضة وعلى جانب واحد، وواسعة ومفتوحة حيث ترتفع الشمس عالياً ويتراجع الظل إلى قاعدة المبنى. يمكن اشتقاق التباعد بين المباني —الارتداد الحضري (setback) الذي يحدد ما إذا كان برج ما سيحكم على جاره بالظلام— من البصمة السنوية بدلاً من قاعدة شاملة، لأن الارتداد الذي يضمن شمس الشتاء في خط عرض معين لا يضمن أي شيء في خط عرض آخر. يمكن وضع الغطاء النباتي وفقاً للأرض التي لا يمسها الظل أبداً، وهي المنطقة المشمسة بشكل موثوق حيث ستزدهر الشجرة فعلياً، والمنطقة المظللة بشكل موثوق حيث ستعاني؛ وهي خريطة تتغير تماماً باختلاف خط العرض. تصميم الواجهة يمكن أن يستجيب للجدران التي تتلقى الشمس فعلياً على مدار العام بدلاً من قاعدة البوصلة التي تفترض جانباً مشمساً ثابتاً، ومعالجة جدار تشرق عليه الشمس لثمانية أشهر ويُظلل لأربعة هو مشكلة مختلفة عن جدار مظلل بشكل دائم. حتى النسخة الأكثر غموضاً وإثارة للاهتمام من السؤال لها قيمة تصميمية، وهي: رسم خريطة للأرض التي لا يمسها أي ظل للمبنى على مدار عام كامل مقابل الأرض التي يحتلها الظل، مما سيعطي كل موقع “منطقة شمسية دائمة”، جزء من الأرض مضمون له الشمس وجزء مضمون له الظل، ميراث مكاني ثابت كخط الملكية وأكثر فائدة بكثير.

لا شيء من هذا موجود كمنهجية قياسية، وهذا الغياب هو بيت القصيد. الـ بحث المعماري الذي من شأنه أن يؤسس لهذه المنهجية —التوثيق المنهجي لبصمات الظل الخاصة بكل خط عرض لنماذج المباني القياسية، وتحويل تلك البصمات إلى قواعد تصميمية للأفنية والارتدادات والزراعة والواجهات، والتعامل مع بصمة الظل السنوية كـ “كائن مُصمم” وليس كفكرة حسابية لاحقة— لم يتم القيام به إلى حد كبير، وما هو موجود يجلس مبعثراً عبر علم الفلك، والهندسة الشمسية، والرؤية الحاسوبية بدلاً من جمعه في تخصص معماري. تحتفل الـ أخبار والجوائز بشكل المبنى في صور فوتوغرافية تُلتقط في يوم مشمس واحد، وتكافئ الـ مسابقات الكائن (المبنى) في لحظة كشف النقاب عنه، بينما يمر ظل العام بأكمله، البصمة الحقيقية والأكبر للمبنى، دون أن يُرسم ودون أن يُقيّم. بل إن هناك حجة مرتبطة بـ الاستدامة مدفونة هنا، لأن المبنى المصمم من “ظله نحو الداخل” سيضع الظل والشمس حيث تشتد الحاجة إليهما فعلياً، مبرداً ما يجب أن يكون بارداً ومسخناً ما يجب أن يكون دافئاً من خلال الهندسة وحدها، قبل تشغيل نظام ميكانيكي واحد.

لذلك فإن الاستنتاج ليس أن الشمس تتصرف بشكل مختلف في خطوط العرض المختلفة، وهو أمر يعرفه كل تلميذ، بل هو شيء لم تستوعبه المهنة بعد: المبنى ليس كائناً ثابتاً يصادف أنه يلقي ظلاً. بل هو “أداة لإنتاج الظل”، وأهم مخرجاته —وهو إقليم النور والظلام الذي يخلقه حول نفسه على مدار العام— يتغير تماماً باختلاف خط العرض لدرجة أن نفس الرسم ينتج أربعة مبانٍ مختلفة في أربعة أماكن مختلفة، وليس لدينا نظام تصميمي يراعي هذا الأمر. لقد أتقنا بصمة المبنى الأولى، الصغيرة والثابتة حيث يلامس الأرض. أما بصمته الثانية، الشاسعة والمتحركة حيث يلامس “الزمن (العام)”، فلا تزال غير مرسومة تقريباً، والمعماري الذي يتعلم رسم تلك البصمة الثانية أولاً، ليصمم من الظل نحو الداخل، سيصمم باستخدام المتغير الوحيد الذي تجاهلته أقدم القواعد والذي لا تستطيع أكثر مدن الأرض حرارة وأسرعها نمواً تحمل تكلفة ارتكاب أخطاء بشأنه.

✦ رؤية ArchUp التحريرية

إن غياب “بصمة الظل السنوية” عن أعراف الرسم المعماري ليس سهواً ناتجاً عن الجهل — إنه النتيجة المنطقية لثقافة مهنية نظمت طرق إنتاجها، وتعليمها، وجوائزها، وتوثيقها حول “الصورة الثابتة والمفردة” للكائن المكتمل، وهي ثقافة تتبعها هذا الأرشيف من مقال تعفن الدماغ في جحر الأرنب مروراً بمقال صناعة الأسقف (Ceilography) وصولاً إلى مقال أفتقد الريندر: ففي كل حالة، تحدد أداة التمثيل التي تحكم التقييم الذاتي للمهنة أي عواقب لوجود المبنى تُعامل كـ “مشاكل تصميم” وأيها يتم تصديرها كـ “ظرف يتحمله شخص آخر”. إن “كتاب قواعد التصميم المعتدل” الذي يُساء فهمه على أنه “قانون عالمي” هو المعادل المعماري لـ “آلية نقل المسؤولية” التي حددها هذا الأرشيف عبر عشرات الحالات — القرار المُتخذ في خط عرض واحد، من قبل ممارسين (معماريين) برمج تكوينهم المهني هندسة شمسية محددة كواقع افتراضي، ويتم تصديره بالكامل إلى المدن الحارة ذات خطوط العرض المنخفضة حيث تكون تلك الهندسة ببساطة خاطئة، وحيث لا تتحمل شركة التصميم التي طبقت القاعدة الخاطئة العواقب الحرارية لـ “واجهة شمالية مظللة دائماً” (والتي في الواقع تكون مظللة لجزء من العام فقط)، بل يتحملها “الشاغل” (المُقيم) الذي يدفع فاتورة التبريد داخل المبنى الذي أنتجته تلك القاعدة. إن المساهمة الأكثر تأثيراً من الناحية الهيكلية في هذا المقال هي تحديده لبصمة الظل السنوية كـ “إقليم مُصمم” (Designed territory) بدلاً من كونها فكرة حسابية لاحقة — وهي إعادة صياغة ترتبط مباشرة بما أثبته مقال ألكسندر كالدر باعتباره الذكاء الأكثر غياباً باستمرار في المهنة: القدرة على تصميم “الظروف” التي سيتصرف ضمنها الكائن عبر الزمن بدلاً من الكائن نفسه، ومعاملة العاقبة المتحركة والممتدة لعام كامل لوجود المبنى على أنها “الرسم الأساسي” الذي يجب اشتقاق كل قرار آخر منه، بدلاً من كونها الفحص النهائي الذي يُجرى بعد أن يكون التصميم الحقيقي قد انتهى بالفعل، وبعد أن تكون المسؤولية عن أخطائه قد وُزعت بالفعل على الأرض التي سيظللها طوال الخمسين عاماً القادمة.

المصادر

1. Gangui A, Lastra C, Karaseur F. On times and shadows: the observational analemma. The Physics Teacher, 2018, 56(6), 367 to 369.
2. Shaw SG. Resurrecting the analemma. Navigation, 2002, 49(1), 1 to 5.
3. Davis DM. An analemma experiment. The Physics Teacher, 2000, 38(9), 570 to 573.
4. Gangui A. Fixing the shadows while moving the gnomon. The Physics Teacher, 2015, 53(4), 199 to 200.
5. Hooper R. Pinhole camera captures figure of eight traced by sun. New Scientist, 2014, 222(2963), 26 to 27.
6. Dodwell L. Gallery: half a year of sun. New Scientist, 2008, 200(2676), 46.
7. Rees WG. Calculating the parameters of the Earth’s orbit. European Journal of Physics, 1991, 12(2), 96 to 100.
8. Nurick A. A closed form equation of the time component for the tilt of the Earth’s axis. Solar Energy, 2011, 85(2), 295 to 298.
9. Kittler R, Darula S. Analemma, the ancient sketch of fictitious sunpath geometry: sun, time and history of mathematics. Architectural Science Review, 2004, 47(2), 141 to 144.
10. Rohr R. Le cadran solaire analemmatique. Centaurus, 1976, 20(4), 276 to 278.
11. Chen MD. Analysis of Guo Shou-Jing’s gnomon shadow measurements. Chinese Astronomy and Astrophysics, 1983, 7(1), 69 to 73.
12. Mumtahana F, et al. Tutulemma of near equator partial solar eclipse 2016. Journal of Physics Conference Series, 2016, 771, 012021.
13. Wu L, Cao X. Geo location estimation from two shadow trajectories. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2010, 585 to 590.