WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Город, как диссипативную структуру, можно изучать с применением методов синергетики, в том числе и математического аппарата. Основной метод, применяемый в синергетике, теория динамических систем. Динамическая система – математическая абстракция, предназначенная для описания и изучения систем, эволюционирующих с течением времени. Данная теория направлена на выполнение основной задачи синергетики – выявление законов построения и организации системы и возникновения упорядоченности. Конечно, основной акцент делается на выяснении принципов возникновения, развития и самоусложнения организаций. Одним из важных свойств динамической системы является детерминированность: зная состояние системы в начальной фазе, мы можем предсказать ее дальнейшее поведение. Следующей важной характеристикой является фазовое пространство – это множество состояний системы в фиксированный момент времени. Каждое состояние задается некоторым набором чисел – фазовых координат. Таким образом, эволюция системы наглядно демонстрируется посредствам построения траектории развития.

Рассмотрим применение изложенного метода на примере города Екатеринбурга, возникшего в 1723 году как завод-крепость. Момент заложения города есть фазовая координата. От нее кривая развития растет вверх, поскольку качество городской среды улучшается с развитием полиса. Это объясняется активными экономическими вложениями в «молодой» город, благодаря чему развивается его инфраструктура, удовлетворяются потребности жителей (усиливается диффузия); но при этом еще сохраняется связь с естественной средой – природой, удобство ориентирования, низкая плотность застройки, пешеходная доступность различных объектов города, низкая загазованность, отсутствует транспортная проблема и т.д. То есть, активность проникающих потоков в диссипативную структуру велика.

Однако, через какое-то время ситуация меняется. Во-первых, ухудшается качество среды города из-за увеличения его размеров, числа жителей, временных затрат на передвижение; появляется множество ветхих сооружений, зданий, требующих ремонта. Изнашивается коммуникационная структура. Во-вторых, исходящие потоки субстанций могут многократно превысить входящие (налоги, отток населения и т.п.). В-третьих, могут снизиться входящие потоки (например, снизится экономическая поддержка по каким-либо внешним причинам). Результатом подобных процессов на графике является смена направления роста кривой развития с восходящей на нисходящую. Если же происходит какое-либо изменение на мегауровне системы, возникает точка бифуркации, после которой направление кривой вновь меняется. Например, появление в городе гужевого транспорта или открытие в 1783 году Большого Сибирского тракта, строительство железной дороги, что положительно сказалось на экономическом развитии Екатеринбурга. В 1991 году состоялось открытие первой очереди метрополитена. Следствием подобных изменений стало значительное улучшение качества городской среды, т.е. резкая смена направления роста кривой. Стоит отметить, что при возникновении точек бифуркации, система приобретает поливероятностный выбор дальнейшего развития, т.е. несколько аттракторов. В этот момент происходит эволюционный отбор альтернатив развития макроуровня, после чего система уже не может вернуться к точке бифуркации и выбрать иной аттрактор.

Итогом анализа эволюции Екатеринбурга является график – фазовое пространство, где отражены основные изменения в территориальном развитии города. На нем наглядно продемонстрировано, что новый полис, активно формируясь, достигает оптимального состояния, после чего следует спад – переломный момент, когда финансовые, земельные и человеческие ресурсы истощены. На графике эти перемены в структуре ясно видны за счет изменения направления роста кривой k=f(t). Нисхождение линии развития свидетельствует об ухудшении качества городской среды. В этом случае у полиса есть следующие варианты дальнейшего существования:

развитие прекращается, наступает стадия увядания, проявляющаяся в износе дорожного покрытия, появлении ветхой застройки, оттоке населения и т.п. (нисходящая кривая);

поиск новых источников ресурсов, привлечение капитала, создание новых рабочих мест, активизация торговли и развлечений и т.п. Результатом второго варианта является бурный рост города, увеличение площади застроенной территории, плотности застройки, этажности зданий, количества жителей, автомобилей, появление новых предприятий и т.д. (точки ветвления с восходящими кривыми).

Следует заметить, что в обоих случаях происходит ухудшение качества среды полиса. Динамика изменения качества урбанизированной среды напрямую связана с типом города.

Времення эволюция синергетических систем зависит от причин, которые не могут быть предсказаны с абсолютной точностью. Вследствие этого полученное фазовое пространство нельзя рассматривать как абсолютное множество состояний системы. К тому же город является открытой системой (неустойчивая система, в которой возврат к первоначальному состоянию не является обязательным условием), потому возможны различные бифуркации в графике, где поведение системы становится неоднозначным. Именно поэтому построение модели развития города должно включать информацию о разновременных состояниях (коэволюцию) полиса, его инвариантах и их связях (микроуровень), силах и воздействиях, управляющих развитием структуры (мегауровень).

Таким образом, при изучении города как диссипативной самоусложняющейся системы целесообразно применять методы синергетики, позволяющие детерминировать его состояния в различные временные моменты с помощью математических абстракций. Это, в свою очередь, позволяет предсказывать возникающие гомеостазы и флуктуации, используя их потенциал в выгодном для дальнейшего развития ракурсе.

Вторая глава «Синтетический подход к исследованию структуры архитектурных и градостроительных образований» состоит из двух параграфов: «Формализация архитектурной науки и градостроительства»; «Постановка архитектурной задачи и общенаучные методы ее решения».

В ней раскрывается вопрос математизации архитектуры с целью выявления скрытых механизмов развития урбанизированной структуры, предложены математические методы формирования пространства города, а также разработана конструктивная модель анализа существующей городской ситуации. Представлены способы применения математических методов в практической деятельности архитектора.

В процессе математизации наук в основном используются три метода: математическое моделирование, формализация и аксиоматизация.

Математическое моделирование – это теоретико-экспериментальный метод познавательно-созидательной деятельности, это метод исследования и объяснения явлений, процессов и систем (объектов-оригиналов) на основе создания новых объектов - математических моделей. Это эффективный метод анализа и решения задач, позволяющий объединять разобщенные элементы в системы с логически обоснованными взаимосвязями. Он широко представлен в градостроительстве на уровне оценочных моделей.

Формализация является методом математики, который заключается в замене объектов реальности и их взаимосвязей набором символов некоторого искусственного языка. Важным шагом этого действия является создание соответствующего понятийного аппарата, отображающего градостроительные определения и явления, а также результаты мышления в точных понятиях или формулах. Это позволит элементы объективной реальности (города) представить в виде объектов математики, но при формализации необходимо внимательно отнестись к взаимосвязям «переводимых» элементов, сохраняя их значение и качество.

Формализация бывает двух видов: алгебраическая и геометрическая. Применение алгебраической формализации в градостроительстве позволит выделить основные составляющие города – инварианты, их взаимосвязи и характеристики. Например, с точки зрения функций полиса, можно определить и обозначить с помощью букв следующие компоненты: A – жилые здания; B – торговые центры; C – производственные объекты; D – объекты образования и воспитания; E – развлекательные центры; F – рекреационные зоны; G – объекты бытового обслуживания; О – общественные сооружения.

Это действие позволяет создать формулу полноценного пространства архитектурной среды с точки зрения функции, одним из вариантов выражения которой является следующая запись:

R = (A·х1+B·х2+C·х3+D·х4+E·х5+F·х6+G·х7)·F,

где х = (w, h, к, v, t, m, s, q, е, p, i, с); R – городское пространство; w – характер эксплуатации (постоянный, временный, сезонный); h – этажность (малоэтажное, средней этажности, многоэтажное, высотное); к – конструктивное решение; v – объемно-пространственное решение; t – частота спроса (повседневная, периодическая, эпизодическая); m – материалы ограждающих конструкций; s – площадь застройки; q – экономическая выгодность; е – эстетическая ценность; p – эффективность использования (рациональность, многофункциональность); i – транспортная инфраструктура; с – стоимость земли; + - аддитивная связь элементов; - мультипликативная связь элементов.

Запись архитектурного пространства посредствам символьного кода позволяет оценить насколько гармонично данная территория с позиции функциональной насыщенности. Наглядное изображение городского пространства посредствам алгебраического кода дает полное представление о составе изучаемой системы, связях между её элементами (аддитивные или мультипликативные) и их иерархии. Работая с отдельно взятым элементом целого, проектировщик может периодически «возвращать» его в формулу.

Метод алгебраической формализации удобен при описании бинарных систем, что позволяет использовать ЭВМ при дальнейшей работе с ними. Так, городская ткань состоит из пространств двух видов: застроенного какими-либо сооружениями и свободного от них (лакуна). Тогда, используя двоичную систему кодировки информации, одно из них обозначим как 1, другое – 0; это позволит перейти к компьютерному моделированию городской ткани.

Следующий метод – геометрическая формализация заключается в возможности кодирования информации путем построения графиков, схем (например, теория графов) или линейных композиций. В последнем случае изображение создается по законам подобия, самоподобия и в соответствии с постулатами симметрии. При данном виде формализации может быть применена аппроксимация.

Аксиоматизация заключается в построении какого-либо исследования на основе одного или нескольких исходных положений – аксиом или постулатов, из которых путем строения логических рассуждений выводятся последующие утверждения (теоремы). Аксиоматизация с той позиции как ее «понимает» математика в градостроительстве не нашла должного отражения. Единственным приближением к этому методу являются многочисленные СНИПы и ГОСТы, а также основные принципы проектирования и типология зданий и сооружений, хотя все перечисленное скорее относится к такой форме суждения как постулаты.

Город заключает в себе большое количество исходной неопределенной информации, для обработки которой следует воспользоваться следующими математическими методами: вспомогательное условие, комбинирование частных решений, соответствующая процедура, изоляция и комбинация, рекурсия, последовательный охват неизвестных, мобилизация и организация, пополнение и перегруппировка.

Решение градостроительной задачи – практическое искусство, цель которого извлечь максимальную пользу из прилагаемых к проектированию усилий. Для минимизирования усилий, используемых в этом процессе, необходимо обратиться к понятию алгоритма.

Алгоритм – точное предписание о выполнении в определенном порядке некоторой системы операций, ведущих к решению всех задач данного типа. Для архитектуры эта последовательность может быть представлена так:

  • определение цели задачи (желаемый результат);
  • определение типа задачи;
  • формирование условия задачи с привлечением методов работы с данными;
  • выбор пути решения;
  • выбор методов решения;
  • верификация полученных результатов.

Таким образом, при решении архитектурных и градостроительных задач необходимо применять математические методы, способные упорядочить и классифицировать элементы, составляющие исследуемый объект, выявить и проанализировать их взаимосвязи, степень влияния друг на друга.

Третья глава «Перспективы использования синтетических методов решения архитектурных и градостроительных задач (на примере города Екатеринбурга)» состоит из двух параграфов: «Проектирование на основе математических методов»; «Модель структуры современного города».

В данной главе рассмотрены примеры практического применения синергетических и математических методов в архитектурном проектировании, а также методы решения архитектурных и градостроительных задач, основанные на синергетическом подходе и предложенных математических методах.

На основе математических методов обработки информации были выведены следующие способы решения архитектурных задач:

  • поэтапное решение творческой задачи;
  • идеализация (упрощение) творческой задачи;
  • геометрическая формализация архитектурной композиции;
  • алгебраическая формализация творческой задачи.

Поскольку архитектурное пространство относится к сложным социально-экономическим системам с множеством прямых и обратных связей, творческие задачи архитекторов перегружены данными. Это, несомненно, сдерживает фантазию индивидуума, поскольку на него сразу «выливается» поток информации. Именно поэтому необходимо обратиться к математике, где существуют такие методы работы с данными как изоляция, последовательный охват неизвестных, комбинация, пополнение и перегруппировка, позволяющие постепенно добавлять информацию в поставленную задачу. Тем самым мы даем архитектору возможность полностью самовыразиться в его работе.

Суть метода поэтапного решения проектной задачи заключается в «порционном» введении данных в условие архитектурной задачи. Для его апробации был проведен эксперимент, состоящий из двух частей, с участием студентов ГОУ ВПО «УралГАХА» шестого года обучения. В качестве изучаемого участка была принята территория завода Уралмаш и прилежащих кварталов (обоснование выбора территории: программа по выносу промышленных предприятий за черту города). Данный метод предоставляет возможность зодчему создать интуитивное изображение, основанное на ощущении прекрасного, затем развить его до конкретного проектного решения, подкрепленного доказательной базой из логических рассуждений.

Эксперимент еще раз подтвердил утверждение о том, что город – сложносоставной объект, являющийся результатом взаимодействия множества простейших его элементов – инвариантов, которые определяют его типологию, структуру, композицию. Следовательно, выделение таких деталей и их классификация, определение взаимосвязей позволит корректировать архитектурную среду на любом этапе развития.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»