O museu é uma das obras que compõem o Projeto Porto Maravilha, de revitalização da Zona Portuária do Rio de Janeiro. Inspirado em elementos da Floresta Atlântica, o projeto prevê a construção de um edifício de 12,5 mil m² com coletores solares móveis na fachada. O investimento é estimado em R$ 130 milhões.
Segundo informações da Fundação Roberto Marinho, o Museu do Amanhã terá dois níveis conectados por rampas. No térreo, ficarão a loja, auditório, restaurante, salas de exposições temporárias e salas de pesquisa e ações educativas, além das áreas administrativas do museu. Já no pavimento superior estarão as salas das exposições permanentes, um belvedere para contemplação da vista e um café.


Calatrava também criou um espelho d'água ao redor do prédio, que servirá não só para mimetizar o museu com as águas da Baía de Guanabara, como também para mostrar como funciona um sistema de filtragem da água do mar. Além disso, a água vai gerar um microclima mais ameno em volta do Museu. O projeto ainda aproveita, ao máximo, a ventilação natural e a ventilação cruzada.
A proposta do museu é criar uma experiência da passagem do hoje para o amanhã, de modo que o presente opere como um portal. Um dos eixos ao longo dos quais se estrutura a construção é o da polaridade entre as ciências cósmicas e as terrestres.
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