Архитектон: известия вузов. №3 (19) Сентябрь, 2007

Теория архитектуры

СИНЕРГЕТИЧЕСКИ-ПЛАНИРОВОЧНЫЙ АНАЛИЗ РЕГИОНАЛЬНОЙ УРБАНИЗАЦИИ

Аннотация

Исследование развёрнутых во времени процессов урбанизации на уровне масштабов городской и районной планировки необходимо для создания генеральных планов и планов стратегического развития территорий. Организация пространства, как основная задача архитектуры, предполагает учёт и взаимоувязку синергетических и кибернетических подходов, моделирующих динамику взаимодействия самоорганизации и управления. Раскрытие архитектурными средствами урбанизационного потенциала таких обширных регионов как область, край и даже федеральный округ невозможно без определения начальных условий, прослеживания изменчивости со временем краевых условий, связей между локальными образованиями, изменения метрических свойств организуемых пространств по географическим, геологическим, экологическим и другим условиям, включая специфику сложного рельефа и развитие инфраструктуры. Описание, понимание и моделирование всех этих взаимосвязанных явлений позволяет не только экстраполировать их эволюцию с предвидением дальнейших событий, но и корректировать ход урабанизационных процессов через профессиональный консалтинг регионального руководства, оптимально сочетая в нормативных актах и документах планирования возможности управления, контроля и самодеятельной активности входящих в регион территорий. Изложенный в данной работе подход позволит также глубже раскрыть архитектурные аспекты регионального своеобразия Урала в их историческом развёртывании. Предложенный материал следует рассматривать как теоретический подход к синергетическому анализу процесса урбанизации, вплоть до пространственных масштабов районной планировки и временных масштабов нескольких столетий.

Теоретическое изложение необходимо начать с рассмотрения динамической модели планировочной сети города (или другого архитектурного макрообъекта) на сложном рельефе. Далее следует определить структуру информационного документа системы моделирования такого макрообъекта как иерархически организованной системы с учетом не только пространственных, но и временных параметров и непостоянных атрибутов. Такой учет нужен, например, при эволюционном моделировании урбанизированного комплекса высокого технологического потенциала, целенаправленно модифицирующем собственный ландшафт. Этим целям служат также математические, синергетические и кибернетические подходы, опыт применения, предпосылки и границы которых нуждаются в подробном сравнительном анализе при помощи анализа пространственно-распределенных градообразующих факторов, формирующих урбанизированную территорию вместе с ее ландшафтной подосновой. На основе этих представлений строятся математические основания теории геоинформационных систем архитектурного рельефа, что позволяет перенести основные уравнения синергетики типа реакции-диффузии с классического случая «идеальной равнины» на реальные ситуации посредством использования изменяющейся во времени неевклидовой метрики риманова пространства. В качестве ее приложений рассматриваются возможные требования и описания реализующих эти модели компьютерных систем. Кроме того, в этом направлении дается удовлетворительное решение ряда локальных задач. Так, для гористого ландшафта рассматривается эстетическая ценность линии горизонта и ее особенности. Рассмотрены также задачи привязки и размещения.

В статье сделан акцент на своеобразии проблем Уральского региона как одного из районов естественной применимости построенных моделей. Рассмотрены модели города с учетом архитектурного ландшафта, как инструменты для ретроспективных и прогностических исследований – раскрыты направления, которые обычно весьма схематично присутствуют в аналитической литературе по теории градостроительства, архитектурной экологии и моделированию застройки на сложном рельефе с учетом всех существенных ее архитектурно-планировочных качеств. Это такие аспекты, как слияние с природой, особые потребности формирования городского пространства при нетривиальной горно-геологической и архитектурно-ландшафтной ситуации. Предлагаемые компьютерные модели уральских городов, составленные на основе анализа городских образований Урала, могут использоваться как для ретроспективных, так и прогностических предпроектных исследований, при выполнении оценочно-экспертных заданий. Разработка компьютерной динамичной модели исторического уральского города позволяет корректировать перспективные генеральные планы развития городов и использовать модель для исследований по ландшафтной урбанистике, в том числе для промышленных и селитебных зон не только Уральского региона.

Исторический анализ начальной стадии урбанизации полезен при исследовании развития новых урбанизированных территорий, таких, например, как возникшие в середине двадцатого века, в том числе и на Урале, целые созвездия закрытых городов, «почтовых ящиков», по современной терминологии – закрытых административно-территориальных образований (ЗАТО). Итак, в начале XVIII в. здесь, на Урале, было построено более 200 металлургических заводов, с поселениями вокруг них. К концу XIX в. построено еще около 200 городов-заводов [1]. На этой территории было все: полезные ископаемые, вода (для получения энергии), лес (для производства древесного угля). На реке образовывали плотину: по одну сторону образовывался пруд, а по другую сторону устраивали водяные колеса и возводили производственные сооружения. Поселение размещалось вокруг пруда и вдоль русла реки, что соответствовало характерной для русского этноса системе расселения по речным долинам. Такие города-заводы строились в течение 2-3 лет, они становились центрами регионального развития, имеющими и теперь высокий природный, техногенный и социо-культурный потенциал.

Пруд, образованный в результате строительства плотины, являлся композиционным центром малого города или центрального района большого мегаполиса. Перпендикулярные композиционные оси «река-плотина» становились основой ортогональной планировки этого поселения. Окружающие пруд возвышенности логично вплетались в ткань города; лесные массивы, расположенные вдоль русла реки, зелеными клиньями подходили к самому центру. Уральская природа не нуждается в специальном описании: преимущественно хвойные породы деревьев, множество воды в виде озер, рек, ручейков, наличие открытых пространств, через которые воспринимаются дали обросших лесом гор, демонстрирующих разнообразие природного рельефа и многообразие задач по его творческому антропоцентрическому освоению.

Особенности уральских городов-заводов заключаются, прежде всего, в том, что в них заложен огромный потенциал, и человек, выросший в таком городе, всегда будет нуждаться в восприятии дальних видовых точек и активном природном начале местности. Каждый уральский город имеет несколько видовых точек, расположенных на возвышенностях, откуда воспринимается весь город или его значительное окружение. В центре уральского промышленного города (или его района) обычно расположен завод. Его центральное положение определено не только геометрически: являясь центром планировочной композиции, он был самым значительным архитектурным сооружением. Строения завода контрастировали с селитьбой и по силуэтному качеству, и по материалу, и по масштабу.

Специфика промышленной архитектуры заключается в высокой степени информативности и активном влиянии на образ города в целом. Прежде всего следует отметить контрастность образной характеристики промышленной территории с тканью города. Она выражается в оригинальности самих промышленных объектов с их активным силуэтом, создаваемым крупномасштабным технологическим оборудованием и содержащим инженерные сооружения. Высокая концентрация последних на промышленных территориях носит характер устойчивого усложнения, связанного с активизацией образной характеристики. Все исторически сложившиеся заводы имеют видовые точки с берегов пруда, с них силуэт завода воспринимается как своеобразная кульминация вертикальной композиции. Почти все уральские заводы имеют и видовые точки с близлежащих горных возвышенностей, территория завода воспринимается сверху. От планировочного решения, т.е. горизонтальной композиции предприятия, во многом зависит восприятие объемно-пространственного своеобразия города.

При урбанистическом анализе и проведении мероприятий по реконструкции промышленных предприятий и городов надо учитывать, что региональный каркас составляют не только формы природных и искусственных объектов, но и сами люди в нем живущие, со своими знаниями и представлениями о комфортной жизни, привыкшие к определенным природным проявлениям, в том числе ландшафтно-рельефным. Общий мотив образа урбанизированной территории как пространства, освоенного промышленностью, и как эволюционирующей среды обитания активно взаимодействующих людей, становится своеобразным символом города и региона.

Чувственное восприятие человека (наблюдателя) существенно меняет свойства окружающей его среды. В экспертно-оценочных системах одно из главных мест при преобразовании природно-ландшафтного окружения должны занимать такие понятия и предикаты как красиво, уютно, очаровательно, прекрасно. Мысленная картина окружающего мира, которую человек при помощи своего воображения наполняет определенным смыслом, является дополнительным сюжетом окружения. Так, искусственно созданное впечатление нетронутости природной среды в рекреационной зоне – важнейший атрибут ее функционального назначения в условиях прогрессирующей урбанизации. С другой стороны, завод – градообразующий элемент, и поэтому сохранение или целенаправленное изменение его облика, как частично противопоставленного природному началу объекта, естественным образом вкладывается в проблематику общегородского непрерывного проектирования с постоянным мониторингом на основе динамической экспертизы, чтобы не разрушать ни образ города, ни его стиль жизни.

Конструкция уральского промышленного города была построена таким образом, что человек, являясь заводским рабочим или служащим, не находился постоянно в технизированной среде, наоборот – все, что связанно с взаимоотношением человека с природой, было близко к тому, что называют гармонией жизни и личности. Итак, при проведении мероприятий по реконструкции промышленных предприятий и городов ни в коем случае нельзя забывать, что региональный каркас составляют не только формы природных и искусственных объектов, но и сами люди в нем живущие, со своими региональными и психологическими представлениями о комфортности окружающей среды.

Разработка компьютерной модели уральского города на сложном рельефе с учетом других природных эстетически, архитектурно и планировочно значимых образований необходима для учета истории возникновения и развития уральских городов, которая имеет свои особенности, при восприятии проявляющиеся как региональное своеобразие. В частности, уральская специфика накладывает отпечаток на геометрию генерального плана. На ранних стадиях развития города взаимодействие природного и антропогенного ландшафта приводит к заданности взаимно перпендикулярных планировочных осей «река – пруд – плотина» (что было открыто канд. арх. Н.Н. Ляпцевым), что вместе с сетью улиц, которые развиваются применительно к местности, формирует концепцию планировочной структуры такого селитбно-производственного образования как риманова пространства, гомоморфным образом которого является конкретная реализация планировки в виде сети путей передвижения в среде неподвижных объектов. Отталкиваясь от такого идеального объекта как город-прямоугольник с ортогонально ориентированной сетью улиц, метрика в котором (т.е. расстояние между точками на плоскости плана) определяется как неевклидово L₁-расстояние
ρ(A(x_a,y_a),B(x_a,y_b)) = |x_a-x_b|+|y_a-y_b|,
естественно определить конформное отображение w=φ (z), z=x+iy этого прямоугольника на плоскость генплана, преобразующее его в область Ω, реально занимаемую застройкой. Сохранение углов φ между линиями при конформных отображениях дает удобный геометрический инструмент анализа планировки с указанными особенностями. Так, удается провести предпроектное исследование исторически сложившегося поселения, предназначенного к реконструкции, представляя его в виде криволинейного четырехугольника, сторонами которого являются: плотина, боковые линии, лежащие на рельефе; противоположная плотине свободная граница города, развивающегося вдоль поймы. Компьютерные эксперименты показали близость реальной сети улиц малых уральских городов идеальной сети при максимизации ее ортогональности.

Следующим этапом эволюции территории может быть коренное изменение планировочной структуры (вклиниваются железнодорожные ветки, транзитные магистрали, фиксируются внешние границы окружными дорогами; возникают новые промышленные территории, раскрывается исторический центр, растут современные районы и т.п.). На этом этапе, наряду с планиметрическим подходом, необходимо привлечение аппарата, описывающего пространственное взаимодействие объектов застройки, рельефа, коммуникаций, транспортных развязок, локальных доминант и т.п.

Дополнение количественных методов абстрактно-геометрическими и неформально-творческими особенно эффективно при использовании компьютерного макетирования, позволяющего визуально оценивать сложившуюся ситуацию и варианты ее развития. Создание визуальной компьютерной модели городского образования позволяет с большей точностью построить композиционную модель города, которая в свою очередь является одним из главных компонентов городского каркаса. Такая модель может строиться средствами таких систем как надстройки над системой AutoCAD. Сохранение композиционной модели города обеспечивает устойчивое сохранение своеобразия городского образования. На каждом этапе реконструкции городских пространств визуальная модель города, снабженная аппаратом, описывающим взаимодействия элементов застройки и ландшафта, а также ограничения типа нормативных (в задаче размещения), используется для обеспечения корректировки проектного решения в пользу сохранения или изменения композиционной модели планировки.

Эксперименты по сопоставлению сложившихся планировочных структур с идеальной пространственной структурой компьютерной модели данного ландшафта позволяют визуально и аналитически определять величину их взаимодействия и должны быть продолжены. Как правило, линии напряжения возникают в местах размещения промышленных предприятий. Изучение поэтапного развития уральских городов (как своего рода реализовавшихся естественных синергетических экспериментов) позволило выявить ряд планировочных закономерностей, которые могут быть проверены и обоснованы в серии компьютерных экспериментов, связанных с особенностями размещения промышленных предприятий.

Приведем один из таких расчетов. На первоначальной стадии завод располагается в геометрическом центре города, на последующих стадиях прослеживаются различные формы территориального развития промышленных площадок и появление автономных промышленных образований со своим поселком. Поскольку промышленная территория обладает целым спектром динамических свойств, которые нельзя не учитывать в архитектурном проектировании, целесообразно иметь и модель, способную реализовывать динамику графо-аналитического преобразования.

В качестве средств, обеспечивающих динамические образы модели, использованы как аффинные преобразования, так и средства описания сценариев, способных выразить зависимости динамического изменения графических примитивов от их атрибутов и переменных количественных характеристик. Анимация изображения графической модели позволяет, в частности, выбирать нужную точку восприятия для визуальной оценки реконструируемого участка.

Компьютерная модель композиционной основы города входит в качестве одного из главных элементов в комплексную прогностическую модель развития города, которую необходимо регламентировать не только для обеспечения точности модели, но и для обеспечения своеобразия города, для устойчивого сохранения самих свойств среды, включая ее геометрические характеристики, например – метрику уличной сети уральского города, модифицированную, как это было сказано выше, прудом, который был функционально-технологическим элементом завода, и наличием возвышенностей в непосредственной близости от плотины, что объясняется очень просто – плотина всегда возводилась в самом узком месте реки.

Для малых и старинных городов, используемых в качестве контрольного варианта, выводы формальной системы совпадают с выработанными в ходе традиционных историко-архитектурных изысканий: поскольку завод, основанный на водной энергетике, находился непосредственно у плотины, его территория относительно зоны поселения располагалась в низине, холмистая местность вокруг пруда имеет самостоятельную эстетическую ценность и усиливает эффект от его восприятия; основная магистраль города, как правило, проходит по плотине, к ней примыкают городские площади с общественными зданиями; в большинстве городов церкви и соборы располагаются на возвышенностях, расположенных непосредственно у плотины; основными вертикальными доминантами городов являются заводские сооружения (в том числе дымовые трубы), церкви, башни и горные образования. Это формирует систему признаков данного города.

Определение и апробация системы признаков города дают возможность ориентироваться во внешней конструкции городского пространства. Композиционные признаки города претерпели определенную эволюцию и стали выполнять роль символов, которые составляют язык архитектурной среды; синтаксический и семантический анализ этого образного и неформального языка [2] лежит в основе формализованной креативно-оценочной системы, главными планировочно-геометрическими элементами которой являются: форма пруда и рек, железнодорожные линии и шоссейные дороги, место и форма заводов, направление сети улиц в исторической части города и в планировочной структуре через эволюцию жестко заданных взаимно-перпендикулярных осей планировки, идущих вдоль плотины и реки.

Естественно предположить стремление к сохранению свойства ортогональности транспортных сетей города и на дальнейших стадиях его развития: крест «плотина – река» вместе с традициями индивидуальной застройки на Урале как проявления самоорганизации задает сильное тяготение формы перекрестков к прямому перекрестию. Однако привязка к рельефу, обычно самому узкому месту речной долины между гор-теснин, делает невозможной строгую ортогональность уличной сети ввиду криволинейности окраинных улиц, хотя и берущих свое начало в перпендикулярном к плотине направлении, но вынужденных обтекать зажимающие селение горы.

При расчете контрольного варианта – моделировании планировочной структуры такого города – его границу можно представлять в виде криволинейного четырехугольника, одна сторона которого идет по плотине, две по краю долины, а четвертая (противоположная плотине) является в некотором смысле свободной границей, перемещающейся вниз по пойме реки с ростом города. Форма свободной границы не определена строго, однако на определенном этапе развития города ее можно считать в некоторой метрике окружностью с центром в некоторой точке плотины. На идеальной равнине город имел бы прямоугольную планировочную структуру, сеть улиц которого превращала бы его в метрическое пространство с расстоянием между точками в метрике декартова произведения (см. выше), реальная же сеть пространственна, однако может быть промоделирована, в рамках подходов излагаемой здесь архитектурной планиметрии, плоским римановым пространством.

Разрабатывая методы научного прогнозирования в теории архитектуры, необходимо отсеивать методы заведомо малоэффективные, сопоставляя рекомендации формализованных теорий с выводами проектировщиков и экспертов-практиков, поскольку научное предвидение является общественой потребностью. Тем более что в процессе научного поиска имеют право на существование все экспериментальные разработки. Сам процесс архитектурного проектирования содержит элементы как интуитивного предвидения, так и формально определенных операций. Так, горно-геологической модели рельефа недостаточно для создания теории архитектурного ландшафта ввиду учета здесь исторических, эстетических и других специфических факторов, не говоря уже о таких понятиях как перспективное архитектурное проектирование, архитектурные фантазии и научное предвидение конструктивного воплощения и функционального качества. Даже в формализованных моделях развитие прогностики идет от использования одного или нескольких методов прогнозирования, одного или нескольких количественных характеристик к использованию комплексных прогностических моделей и многокритериальных задач оптимизации.

Для проведения экспериментов по составлению прогностических моделей привлекается готовая или вновь создаваемая компьютерная система, допускающая такие стандартные операции как аналогия, ассоциативная память, сценарии будущего и морфологический анализ. На основе хронологических рядов развития похожих объектов застройки и анализа отдельных этапов такого развития по методу аналогии (развитие в прошлом), по составлению сценариев будущего (развитие в будущем) необходимо иметь средства составления морфологической прогностической матрицы. В контрольном примере морфологическая матрица составляется в упрощенном виде, ее анализ проводится без применения компьютера, однако результат морфологического анализа, который выражается в выборе оптимального конструктивно-технического, технологического и архитектурно-композиционного решения, получается достаточно близким к результату экспериментальному компьютерному.

В кибернетическом подходе к оптимальному управлению урбанизированными территориями необходимы оценочно–прогностические подсистемы: город, завод, город-завод, транспорт (в динамике их эволюции); составление имитационных моделей городов-заводов и развитие отношений их отдельных элементов. В этой связи необходимо подробнее рассмотреть структуру информационного документа системы "Город". Это должен быть структурированный документ, который может быть информационной основой макромасштабного управления системой "Город".

Согласно финской хартии (из 111 пунктов), формула города следующая:

город = жилье + производство + рекреация + транспорт + сокровищница.

В этом направлении кибернетической формализации (в том числе для выработки задания на программирование) можно развить следующий алгебраический формализм. С содержательно-архитектурной стороны, город = пространство + (активность + восстановление) + (перемещение + недвижимость); транспорт = активное перемещение в пространстве.

Ясно, что такая формализация допускает реализацию на соответствующем языке, используя, например, нотации Бэкуса. Аналогично расшифровывая поэтапно детализируемые понятия, приходим к созданию структурированного документа методом сверху – вниз. Использование этого метода особенно эффективно при взаимоувязке его формальной и содержательной сторон.

Итак, в этом понимании город – это форма расселения людей, характеризующаяся относительно высокой концентрацией процессов (и, следовательно, продуктов) жизнедеятельности человеческих сообществ, достигающейся за счет их самоорганизации и оптимального управления и самоуправления за счёт обратных связей. Увеличение этой концентрации, во-первых, делает непригодным использование линейных однородных моделей, во-вторых, выявляет те нелинейные и неоднородные зависимости, которые необходимо учитывать при моделировании города как системного целого, причем системы, эволюционирующей во времени.

Эволюционная система формируется из базовых взаимодействующих элементов: субстрата, пространства, времени. Формирование реализуется через организацию (или самоорганизацию) этих элементов посредством конкретизации их структуры и определения существенных предикатов, в особенности – значимых процессов (т.е. отношений, зависящих от времени). Итак, предлагаемая синергетическая схема:
 

Эволюционирующая система = Пространство + Субстрат + Время
 

На примере градостроительного объекта как эволюционной системы можно проследить ход построения его модели. Исходный этап: субстрат – сообщество людей, существующее в освоенном ими пространстве и осознанном времени. Первый шаг организации: взаимодействие субстрата и пространства, субстрата и времени приводит к искусственно создаваемому пространству – городской среде (в широком смысле), как основному ареалу обитания популяции горожан, и к регламентированному за долгие века развития цивилизации циклично-структурированному времени (часы, сезонность, хронология, летописи, прогностика, а также временной менталитет – традиционализм, прогрессизм и т.п.) Далее уточняется эта первоначально вычленяемая структура путем разложения каждого ее подэлемента на триаду присущего ему субстрата (субстанции) и пространственно-временных форм его проявления. На нижних этажах выстраиваемой иерархии оказываются при этом неразложимые элементы – объекты, отождествляемые с их индивидуальными или видовыми именами (идентификаторами) и списком атрибутов.

Данная схема может быть основой построения различных моделей одного и того же, казалось бы, объекта, в зависимости от целей моделирования и конкретных способов ответа на естественно возникающие на каждом этапе структурирования вопросы. Эти вопросы и ответы, как было указано выше, формулируются на соответствующем формальном языке.

Считая каждую подсистему эволюционирующей системы также эволюционирующей системой, можно определить таким образом операторы S (от англ. Space – пространство), M (от Material – материальная, массовая, субстратная составляющая) и T (от англ. Time – время), отвечающие за декомпозицию ее элементов. Так, применение этих операторов к самой системе дает построенную выше диаграмму в несколько другом виде: подсистемы суть результаты применения операторов S,M,T; их конкретно-смысловое содержание есть результат ответа на вопросы: что есть пространственная, материальная, временная формы существования системы? Для города один из вариантов ответа изложен выше, его представление диаграммой может быть следующее:
 

Город = S(городская среда)+M(популяция горожан)+T(обобщенный календарь)
 

Применение этих операторов для построения следующего слоя структурной модели – таково:

Городская среда =

Географически- ситуационная и архитектурно- планировочная структура

+

Объектно- материальная компонента (недвижимость)

+

Исторически- ретроспективные данные и прогностические тенденции, макроэволюционные закономерности

Дальнейшее раскрытие конкретной структуры (в частности – города) следует производить, интерпретируя в виде вопросов, как это сказано выше, выражения в свободном алгебраическом объекте, порожденном операторами S,M,T. Существенность подключения здесь динамического оператора Т достаточно очевидна: выход из традиционной плоскости (S,M) становится общепринятым и реализует известный тезис проф. А.Э. Коротковского, считавшийся некогда еретическим, о взаимосвязи форм архитектурного объекта и развертывающемся во времени сценариев его использования.

В качестве более подробного изложения рассмотрим эволюционное моделирование урбанизированного комплекса высокого технологического потенциала. Моделирование технополиса предполагает мониторинг и реконструкции городской среды; описание количественных характеристик и качественных особенностей, атрибутов предполагаемой динамической градостроительной модели; описание необходимых исходных и пополняемых данных; описание многокритериальных оптимизационных и трудноформализуемых задач, которые решаются на основе данной модели.

Рассмотренные примеры включали в себя: разработки в области математического моделирования архитектурно-планировочных задач; выполнение анализа развития и предложения по реконструкции и прогнозу современных промышленных зон, описание исследований по циклам: совершенствование САПР, экспертных систем в градостроительстве, разработки по архитектурной экологии, создание и использование программных продуктов по имитационному моделированию и компьютерному макетированию.

Динамическая модель города основана на пространственно-подобном макетировании при помощи компьютера (посредством графического редактора типа AutoCAD с привлечением ГИС – геоинформационных систем) с подробной проработкой планов селитьбы, инфраструктуры, характерных объемов и фасадов для визуальной оценки изменения состояния архитектурной среды. Эволюция модели осуществляется в соответствии с планово-нормативным структурированным документом, концепциями пространственной экономики и на макроуровне описывается как процесс реакции-диффузии с учетом комбинаторных ограничений подзадач размещения. На микроуровне динамика развивается путем имитационного моделирования в рамках той или иной многофакторной подмодели: демография, транспорт, связь, производство, рекреация, обслуживание, бизнес, социальная напряженность, экология, архитектурная среда и т.п., с калибровкой параметров по текущим данным города и корректировкой оптимизационных задач в зависимости от изменяющихся во времени приоритетов.

Для моделирования необходимы данные: генеральный план и проект детальной планировки города, количественные характеристики по подмоделям, как текущие, так и в ретроспективе. База данных наполняется и управляется СУБД с возможностью их интерполирования. Конкретизация данных производится в соответствии со структурой базы (тех или иных структурированных документов) с экстраполяцией на перспективу: в процессе развития города перед его руководством и жителями возникают совершенно новые проблемы, особенно острые в период быстрых, по типу революционных, изменений.

Решение этих проблем зависит, в первую очередь, от правильного взаимодействия инерционной составляющей города (основные фонды, строения, дорогостоящая инфраструктура и т.п.) с его подвижной фазой (население, движимость, образ жизни города и т.п.). В первом приближении такое решение может дать архитектурно- планировочное моделирование с оптимизацией на базе человеко-машинного комплекса.

Можно выделить следующие задачи, решаемые с использованием модели города: определение минимально необходимых воздействий на недвижимость и систему капитальных фондов в целом для решения насущных и предстоящих задач, определение основных зон и направлений развития и реконструкций на основе прогностических расчетов и экстраполяций как из ретроспективного анализа, так и из модельных расчетов; формирование архитектурно-художественной среды города, стиля и образа его жизни средствами планировки, застройки и городского дизайна в направлении снижения психологического давления и улучшения информационно-коммуникативных свойств; оптимизация транспортной схемы города, его системы обслуживания, включая новые формы (попутное, сетевое иерархическое, нетрадиционное и т.п.); демографический прогноз развития населения и планирование политики расселения (заказ типов строящихся зданий, модификация селитебных налогов, формирование локальных центров); пространственное упорядочивание малого и рекомендации по размещению большого бизнеса на основе обобщенной оценки стоимости земли, кадастра и риэлтерских операций; экологические опорные планы – зоны с конкретным режимом реконструкции, мониторинг; техническое обеспечение отслеживания инженерных коммуникаций; предложения по рекультивации, реабилитации техногенных трущоб, нарушенных земель; структура зонирования: формирование мест отдыха, пешеходных зон и планирование рекреационных мероприятий, заповедных архитектурных, природных зон и т.п., выявление площадок спонтанных игр; взаимодействие этих зон; взаимоувязка нормативно-планируемой и спорадической активности основного и транзитного населения, а также другие задачи, правильное решение которых невозможно без приведенного выше правильного описания рельефной подосновы.

Для городов уральского региона большое значение приобретает промышленная архитектура, для которой в данном контексте важны опыт формализованного техногенно-ориентированного проектирования, предпосылки и рамки математических подходов при решении ряда ее задач на компьютере.

Разнообразие задач и проблем архитектуры как креативного поля деятельности общества и индивида предполагает разнообразие необходимого инструментария для их решения. Специальный характер проблем, стоящих перед промышленной архитектурой, привносит специфичность в набор используемых ею методов, серьёзным образом адаптируя их.

Так, широкое распространение получили математико-архитектурные предпроектные исследования, абстрактно-количественные оценки, оптимизационно-проектные методики при разработке промышленных объектов любой части архитектурной шкалы масштабов: от генеральных планов городов-заводов и структуры гигантов индустрии до объемно-планировочных решений отдельных цехов и интерьеров производственных участков, малых предприятий. Подключение к ним задач размещения и привязки к нетривиальному рельефу привносит дополнительный – вертикальный – масштаб и характерный размер.

Основной предпосылкой внедрения здесь количественных методов является подчиненный характер чисто эстетических задач организации пространства более жесткой логике экономико-технологических, функциональных и аналогичных им отношений, зачастую воспринимаемых как находящиеся вне чистой архитектуры, как некие смежные вопросы, но тем не менее реально ей принадлежащие и, более того, зачастую разрешаемые чисто архитектурными средствами.

Этот кажущийся парадокс объясняется довольно просто, если осознать взаимное асимптотическое согласование разномасштабных проектных проявлений в оптимуме, так что на нижнем слое масштабной иерархии лежит эргономическая необходимость привязки рабочего места к человеку, антропоцентрический принцип организации ближнего к нему пространства.

Так, форма кристалла определяется строением его молекулы и характером межатомных взаимодействий в ней; макроявление – форма – объясняется на микроуровне путем перехода к макроскопическому уровню через кристаллическую решетку, ее особенности, дефекты и т.п., что определяет разномасштабность синергетических проявлений.

Пропорционирование функциональных пространств всех участков шкалы масштабов – от эргономической до региональной – не выводит за рамки архитектурно-планиметрических подходов и при учете рельефно-ландшафтных проявлений. Это с очевидностью следует из формул римановой геометрии, приведение которых здесь излишне. Однако взаимное согласование и стыковка таких планиметрических моделей – отнюдь не тривиальный процесс. Формальному его описанию следует предпослать содержательное обсуждение как основу дальнейшего моделирования в конкретике данной проблемы.

Принятая на практике относительная независимость процессов проектирования объектов разных масштабов и различной очередности требует асимптотического сращивания по всей шкале размеров, модулей и характерных параметров, что влечет за собой привлечение всего математического аппарата сложных систем, который доходит до пользователя-проектировщика в запакованном виде компьютерно-программных продуктов. Однако как раз следование этой казалось бы жесткой технократической логике позволяет расчистить место для сугубо эстетических, искусствоемких, архитектурно-средовых решений, для чего достаточно в иерархически-поэтапном процессе проектирования предусмотреть соблюдение кибернетического принципа общего решения: на каждом этапе проектирования и предпроектного исследования необходимо выдавать точное решение в максимальной общности, независимо от остальных этапов. Тогда независимость проектируемых частей не придет в противоречие с их оптимальным комбинированием, и при прохождении подчиненных этапов, в том числе художественно-образных и неформализуемых, остается максимальная свобода для творческого самовыражения и конкретных проектных поисков.

Обобщенно-комплексный характер задач, стоящих перед промышленной архитектурой, находит отражение в их многокритериальности, которая в непрерывно меняющихся условиях (цен, приоритетов, возможностей и т.п.) при необозримом увеличении числа критериев в пределе стремится к монокритериальной, но абстрактно-иерархической ситуации. Сложносоставной целевой функции такого процесса проектной оптимизации соответствует абстрактная мера (компактности генплана, гармоничности пропорций, целесообразности компоновки, внушительности фасада – или другой сложноформализуемый результат), конкретно выписываемый функционал на соответствующем данной проектной задаче пространстве вариантов (которое может быть и бесконечным). Подключение здесь творческих возможностей человека, его интуиции и тяги к красоте как гарантии правильности, особенно эффективно в рамках абстрактно-математического языка, поскольку фундаментальные положения всех наук и искусств в основных чертах близки, черпая вдохновение из общего гуманитарного источника, а сформулированные на этом языке проблемы оказываются в области достижимости таких мощных технических средств как современные компьютеры.

Одним из указанных выше обобщенных понятий, увязывающих воедино фрагменты масштабной шкалы, является понятие метрического пространства, устанавливающее основополагающие свойства близости и удаленности абстрактных объектов. Это даёт возможность применения кибернетических подходов к задачам архитектурной урбанистики. Развитие и конкретизация этого круга идей для метрик с различным архитектурно-планировочным смыслом полезно при предпроектных исследованиях по ландшафтной реконструкции (не только на Урале), совершенствовании общей компоновочной схемы, системы обслуживания и коммуникаций; предлагаемые программы инфраструктуры генплана апробированы, в частности, на поставленных выше задачах абстрактно-топологического и смежных с ним направлениях математического моделирования в нестандартных ситуациях современной ландшафтной архитектуры. Опыт этих изысканий проясняет границы применимости количественно-комбинаторных методик, высветив необходимые условия и специфически-архитектурные требования к ним.

Для уточнения вида используемых в моделях уравнений рассмотрим некоторые соображения по родственной задаче анализа пространственно-распределенных градообразующих факторов.

Далеко зашедший во всем мире процесс урбанизации ставит перед обществом качественно новые проблемы, решить которые традиционными методами, как показывает практика, зачастую не удается. Научное осмысление этих задач есть форма общественной самоорганизации, в которой не последнюю роль играют градостроители-архитекторы, организующие социальное пространство в масштабах городской, районной и региональной планировочной структуры.

В настоящее время урбанистика, зайдя в тупик во многих своих разделах, обращается "к истокам" – к анализу понятия "город", к эволюции его во времени, особенно в начальные времена возникновения городов, когда можно четко выделить градообразующие факторы, в отличие от такого сложного объекта как высокоразвитый технополис, проблемы моделирования которого обсуждались выше. Здесь надо констатировать, что в этом вопросе и по сей день в теоретическом сознании, историческом анализе и архитектурно-планировочной практике господствует ряд мифов; некоторые из них проникли и в нормативные документы.

Одним из таких древних мифов является глубоко укоренившееся убеждение в справедливости "теории удобных мест". Суть мифа в том, что города возникают, дескать, только в неких "удобных местах" (месторождения полезных ископаемых, спокойные бухты, дельты рек, перекрестки торговых путей и т.п.), где чуть ли не самим богом предначертано: "Здесь будет город заложен!" Неестественность таких искусственных градообразований подтверждает многовековая градостроительная практика.

Альтернативная модель градообразования основана на развитии синергетических представлений пространственной экономики, она подходит к возникновению и развитию города как к процессу концентрации экономических и социальных отношений общества, необходимость чего диктуется прежде всего эффективностью производства. Другим примером градостроительского мифа является нормативная взаимоувязка количественных характеристик города в их процентном отношении (например, количество таких-то объектов на 1 тыс. жителей). Тот факт, что эти нормативы различны для малых, средних и больших городов, говорит о сложной нелинейной функциональной взаимозависимости этих параметров. При этом ни в коем случае нельзя смешивать аддитивные характеристики величины города, такие как площадь, количество жителей и другие, при слиянии городов в одну агломерацию (в процессе конурбации), объединяющиеся в сумму величин компонентов (например, население Будапешта N получилось как сумма N=B+Р количества жителей Буды B и Пешта Р при их слиянии), с нелинейными характеристиками. Например, считается, что 20% городской площади должно отводиться транспорту (дороги, стоянки и т.п.); в то же время из статистики известно, что количество поездок (естественная величина, характеризующая насыщенность транспортных магистралей) пропорционально количеству всех транспортных средств в степени три вторых. Очевидно, что такая путаница аддитивных величин (площадь) с неаддитивными (количество поездок) приводит к нормативным теоретическим ошибкам.

Проанализировав подобные мифы, можно сделать следующее заключение об их общем источнике возникновения. А именно: для имеющейся архитектурно-планировочной задачи не проведен этап точной научной постановки и решения проблемы, а сразу предложено приближенное ее решение (которое в ряде случаев может оказаться достаточно точным) на основе эмпирических и интуитивных рассмотрений; в тех случаях, когда требуется выдать количественные рекомендации, использована кусочно-линейная аппроксимация экспериментальных данных, не гарантирующая от грубых ошибок.

 Теоретический пробел в этой области проектировщики-практики часто восполняют проектами "с большим запасом", планируя, например, заведомо избыточное количество пунктов обслуживания в микрорайоне, что приводит к своеобразным "автоколебаниям" (явление, изначально описанное в кибернетике): сопротивление реальной действительности навязанной схеме (типа вложенных модулей обслуживания) вызывает обратное действие (в лице, например, строителей) по возведению кварталов без объектов соцкультбыта.

Другим характерным примером является нивелировка ландшафтов стройплощадок без достаточной для этого необходимости. В этой связи выдвигается следующий тезис: нормированию должны подлежать не отдельные планировочные параметры, а целостные модели (в том числе математические), описывающие состояние и эволюцию урбанизированных территорий вместе с ландшафтной подосновой и размещенными архитектурными объектами. В этом – суть пространственно-экономического подхода к проблеме градообразования и эволюции территорий.

Эстетическая организация пространства как основная задача архитектуры предполагает гармонизацию смежных проявлений организованности пространственных форм жизни общества. Так, в проблеме градообразующих факторов и возникновения городов архитектура как геометрическая эстетика стыкуется, в масштабе района и микрорайона, с экономической географией как геометрической экономикой.

Отнесение задач районной планировки к задачам архитектуры для обыденного сознания представляется неестественным, поскольку здесь масштабы объектов (как природных, так и искусственных) часто превышают масштабы непосредственного восприятия, необходимого для визуальной оценки эстетических качеств формы. Однако ошибочность такого мнения легко доказывается "от противного". Действительно, ведь тогда любой архитектурный ансамбль, предполагающий рассматривание с разных сторон, не имеет права на целостность, разбиваясь на набор отдельных ракурсов и экспозиций. Ошибка здесь в том, что на самом деле визуальная оценка эстетических качеств целостной формы не предполагается единовременной, одномоментной; это может быть долговременный процесс, растянутый на годы во времени и многие километры в пространстве.

Это – процесс создания идеальной модели воспринимаемого объекта. Эстетическая организация больших пространств есть слепок, следствие экономической, культурной и др. организации этих пространств с неизбежным обратным влиянием (кибернетика трактует это как обратную связь в процессе управления). Наконец, масштабы непосредственного визуального восприятия в ряде случаев приближаются к масштабам районной планировки. Примерами могут служить виды из иллюминатора самолета или своеобразные "маяки", в качестве которых часто выступают архитектурно значимые комплексы.

Проблема возникновения городов и в настоящее время актуальна не только ввиду пристального внимания к изначальным особенностям городской среды, но по причине практической необходимости анализа планировочных ситуаций, связанных со строительством новых "искусственных" городов в новых и расширением урбанизированных территорий с изменением их качества (агломераций, железнодорожных магистралей и т.п.).

Накопленный опыт строительства новых населенных мест, в том числе негативный – породивший нарушение естественных ландшафтов, позволяет по-новому взглянуть на исторический процесс зарождения городов и, используя его как экспериментальный материал, проверить ряд гипотез и моделей с целью их апробации перед применением в проектной практике. Наметившийся в ряде стран переход от урбанизации к единой системе расселения ставит задачу описания эволюции степени урбанизации территории как некоторой величины U, измеряемой в некоторых (возможно – условных) единицах, зависящих от географических координат х,у точки и от времени t. Единый анализ всего надплоского планировочного пространства как самоорганизующейся сплошной среды с переменной степенью (плотностью) урбанизации – такой подход на стыке архитектуры и синергетики (как науки о самоорганизации) позволяет урбанистические модели составлять в терминах уравнений для функции U(x,y,t).

Один из основателей пространственной экономики Тюнен показал, рассматривая транспортные издержки при торговле города с пригородными хозяйствами, что даже при абстракции города как точки функция U может быть определена и непрерывна на окружающей территории, монотонно убывая при удалении от города.

По теории "центральных мест" Кристаллера, города все более крупного ранга возникали в процессе концентрации производства в населенных местах иерархической системы пунктов-центров все более крупных зон гарантированной достижимости, что соответствует эволюции U из постоянной, близкой к нулю, величины при условных начальных значениях времени t=0, к пространственно-неоднородной среде при больших значениях t. Эта теория давала хорошее совпадение со статистическими данными на равнинных территория вплоть до момента появления скоростных (в том числе железнодорожных) магистралей, вносящих большие искажения в изохронограммы достижимости.

Наконец, по теории Лёша, города возникают в местах наивысшей концентрации сфер влияния отдельных производителей при своеобразной интерференции областей достижимости на плоскости, рассматриваемой как аналог рыночной площади. Несмотря на искусственный характер некоторых из основных положений этой модели, количественные и даже геометрические выводы данной теории очень точны. Предсказываемая ею иерархическая сеть шестиугольных покрытий плоскости, в узлах которой возникают города данного ранга, особенно впечатляюще реализуются для Южной Германии с ее равнинным рельефом. Интересно, что здесь напрашивается чисто внешняя аналогия с шестиугольными ячейками Бенара при свободной конвекции плоского слоя подогреваемой снизу жидкости (этот эффект можно наблюдать при варке кофе в широкой низкой посуде). Пользуясь этой аналогией, можно предположить, что уравнение для плотности урбанизации U должно допускать неединственность решения, так что при большой интенсивности локального производства решение U=const с равномерным распределением производителей должно становиться неустойчивым путем бифуркации, к решению с меньшей нормой (в некотором энергетическом пространстве), разложимому в ряд по собственным функциям задачи. Видимо, некоторые линии уровня этих функций близки к шестиугольникам Леша. Более глубокая аналогия проявляется на уровне уравнений в моделях, описывающих эти явления – как урбанизацию и концентрации производительных сил, так и свободную конвекцию жидкой среды. И в том, и в другом процессе главную роль играет производство энергии и превращение энергетических потоков в структуры организации пространственных форм.

В перечисленных классических теориях основной является гипотеза идеальной равнины: события разворачиваются на однородном плоском планировочном пространстве, без каких-либо особенностей рельефа, без полезных ископаемых, без дорог, рек и "удобных мест". Тем не менее, концентрация происходит, и города возникают, как капли на мокром идеально ровном потолке (пример рэлеевской неустойчивости в гидродинамике). В этом – большое методологическое значение указанных теорий. Однако для реальных задач районной планировки гипотеза идеальной равнины неприменима. Так, в современных условиях после возникновения сети магистралей она неприменима и для Южной Германии. Для условий Урала со сложным рельефом, реками и т.п. применять эту гипотезу непосредственно, казалось бы, абсурдно.

Можно ли сохранить методологическую ценность теорий такого типа с расширением областей и времен их применимости? Да, это можно сделать следующим образом, соединяя синергетический и кибернетический подходы. Необходимо учесть внутренние свойства планировочного пространства путем задания условных расстояний между его точками (по изохронограммам достижимости, транспортным издержкам, геодезическим линиям на условной земной поверхности как линиям наименьшего расстояния и т.п.). Это условное расстояние будет, вообще говоря, отличаться от евклидова расстояния, измеренного на плоской карте. Таким образом, на плоскости возникает структура метрического пространства, т.е. для каждой пары точек А,В планировочной плоскости имеется возможность вычисления расстояния ρ(A,B) между ними.

Например, рельеф учитывается при измерении расстояния не по прямой, а по кратчайшему (геодезическому) пути на поверхности Земли. Архитектурный контекст здесь приводит к взаимному обогащению математических и планировочных понятий.

Возможно также дальнейшее развитие теорий. Во-первых, может произойти необходимым отказ от аксиомы симметрии для учета наличия кольцевых маршрутов транспорта и направленности течения рек (так, сплав железа по реке Чусовой осуществлялся в барках только вниз по течению), стоимость поднятия товаров вверх по реке была выше стоимости их сплава (наем бурлаков и т.п.). Во-вторых, эволюция районной планировки, особенно развитие дорог, приводит к эволюции метрического пространства. Следовательно, метрика должна зависеть от времени (и, возможно, от других параметров).

Как показывает приведенный выше критический анализ, гипотеза стационарности (независимость метрики от времени, например – для идеальной равнины) суживает временной интервал адекватной применимости теории. Здесь напрашивается аналогия с релятивистской теорией гравитации: космическое вещество, следуя гравитационным силам, концентрируется в звезды (города!) и тем самым еще сильнее искривляет пространство силой своего притяжения. Эти рассуждения дают возможность вывести дифференциальное уравнение урбанизационной эволюции территории.

Начало процесса урбанизации территории естественно связать с переходом от кочевого к оседлому образу жизни людей, с появлением постоянных поселений (деревень, становищ, полисов, святилищ и т.п.), что проявляется в привязке производительных сил к определенному месту, началу антропогенного изменения ландшафта и в соответствующем пространственном оформлении производственных отношений (в виде собственности на землю, например).

Непосредственно, «визуально», эффект урбанизации с самых его ранних этапов воспринимается как трансформация ландшафта и концентрация населения, причем, многие авторы к этому последнему только его и сводят, считая города порождением стремления людей к общению. Однако ясно, что прямой количественной корреляции между урбанизацией и концентрацией населения нет. Одним из ярких контрпримеров является средневековый Пекин, плотность населения в котором из-за дворцов и парков была гораздо ниже плотности населения многих сельскохозяйственных районов Китая (с плодородной почвой).

Видоизменением этой точки зрения является следующее: "люди группируются, образуя поселения городского типа, для того, чтобы лучше осуществлять определенные виды своей деятельности". Здесь исследователи начинают блуждать в лабиринтах разнообразнейших видов деятельности, ищут функции и "смысл существования города", теряясь в ярких частностях, пугающих математика своим разнообразием. Основная ошибка в этих подходах – в акценте на слове "люди".

Не избежал подобных формулировок и Пьер Мерлен, несмотря на то, что он всеми своими исследованиями вышел за их рамки: "...город оправдывает себя до тех пор, пока он создает благоприятные условия для обмена материальными и интеллектуальными ценностями... Требования к городу очевидны: умножать возможности, материальные средства и качество взаимосвязей, обменов между людьми". Стремясь поскорее перейти к числу, пойдем вслед за авторами, объясняющими феномен городов экономической и т.п. целесообразностью, сформулируем нашу позицию в этом вопросе с точки зрения синергетики.

Человечество, как самоорганизующаяся система, стремится уменьшить энтропию (хаос, беспорядок), тратя на это часть потребляемой и преобразуемой им свободной энергии. Устойчивыми формами самоорганизации являются состояния с минимальной энтропией и энергоемкостью. (Этих состояний может быть несколько, т.к. минимум здесь требуется локальный, а не глобальный; в этом случае возможна неоднозначность развития или автоколебания в системе, см. выше).

Пересчитывая энтропию через затраченную "на нее" энергию, приходим к характеристике устойчивых форм как энергетически выгодных. Например, объединение крестьян для жительства в античные "сельскохозяйственные города", полисы, несмотря на экономические выгоды хуторского хозяйства, легко понять через повышение энтропии этой формы как следствия возможности внешней агрессии. Утверждая сводимость всех видов деятельности к деятельности антиэнтропийной, энергетически измеримой, приходим к соответствию между пространственными формами расселения людей и распределением в пространстве энергии их деятельности.

Итак, с этой точки зрения урбанизация представляется как пространственная концентрация энергии деятельности человечества как системы (отнюдь не людей!). Количественная ее мера – энергия – может на зрелых этапах развития товарно-денежных отношений выражаться через экономические категории по причине эквивалентности их категориям энергетическим. В урбанизированность входят и основные фонды капитальных вложений как продолжение начавшихся ранее энергетических (экономических) процессов, и информационное богатство, развитие науки и культуры, интенсивность торговых и других обменов, и т.д. и т.п., в том числе и те средства, что были "закопаны" вложением в освоение ландшафтной подосновы и в создание инфраструктуры.

Подытоживая вышеизложенное, приходим к главному выводу, а именно – об единицах измерения функции плотности урбанизации U: функция U измеряется в энергетических единицах на единицу площади расселения в данном месте. Например, при "строго объективном" измерении энергозатрат по их себестоимости можно в данном месте считать U в рублях (или в долларах). Однако этот вывод на самом деле полностью определяет структуру распространения урбанизации в пространстве и времени. Действительно, раз урбанизация независимо от эпохи есть процесс типа пространственно-временного движения капитала, достаточно учесть основные свойства капитала в этом движении, которое, как известно, есть комбинация двух форм развития: экстенсивное и интенсивное.

Экстенсивное развитие определяется перетеканием капитала в области его меньшего приложения (захват новых рынков сбыта и источников сырья) и происходит по законам теплопередачи или диффузии. Интенсивное развитие определяется формулами для расширенного воспроизводства, в которых игнорируется пространственная неоднородность капитала, т.е. процесс исследуется "в точке", когда масштабы виртуальных перемещений микрокапиталов много меньше характерного макромасштаба (так, в XIX веке: микромасштабы предприятия – сотни метров – много меньше колонизаторских масштабов перемещения капиталов – сотни и тысячи километров, и распределение капитала внутри предприятия, принадлежащего, как правило, одной компании, можно считать однородным в глобальных масштабах).

Следовательно, структура уравнения, регулирующего поведение функции U (x,y,t) плотности урбанизации, есть структура уравнения типа реакции-диффузии: соединение эволюции локальных возмущений с их растеканием (диффузией) по плоскости архитектурного плана переменной метрики. Если масштаб вертикальной планировки невелик и учтен средствами архитектурной планиметрии, как это было объяснено выше, приходим к уравнению ∂U/∂t= div( K grad U) + Q

где K – коэффициент диффузии (возможно – переменный), Q – функция источника данной точки территории, ∂U/∂t – производная по времени t от функции U (x,y,t) плотности урбанизации, div и grad – операторы дивергенции и градиента по пространственным переменным x,y плоскости архитектурного плана.

На основе вышеизложенного можно перейти к приложениям созданной математической теории самоорганизации пространства архитектурного плана, включающей, в частности, теорию архитектурного ландшафта, пригодной для компьютерной реализации.
 

Геологический аспект теории удобных мест

Для Урала особенно важен вопрос о связи урбанизации с материальным субстратом – рельефом, геологическими условиями местности, сырьём и т.п.

 Теория удобных мест непосредственно связывает эти явления, что, как показано в данном исследовании, не всегда корректно. Надо подчеркнуть, что простая связь с местным сырьем со временем ослабевает. Так, в строительство вовлекаются другие материалы с удаленных месторождений. Сейчас это щебень, горнблендита и габбро из Первоуральска, кварцевая крупка горы Хрустальной, тагильский мрамор, а также привозной материал: лабрадорит и розовый гранит с Украины, армянский розовый туф, ракушник с Мангышлака и пр. Изменилась и технология: сейчас она в строительстве, например, основана на потреблении огромных объемов цементного сырья. Палеозойский субстрат г. Екатеринбурга представлен сланцами невьянской свиты, вулканитами кировоградской свиты и гранитами Шарташского, Свердловского массивов, небольшими перидотит-дунитовыми массивами Уктуса и серпентинитовыми телами. Уральские города часто располагаются в верховьях рек, вблизи главного водораздела (чаще на восточном склоне), возможно потому, что именно здесь эрозионный срез обнажил палеозойский субстрат, несущий промышленное оруднение. Река была вторым необходимым условием образования города прежде всего как источник движущей силы для заводских механизмов, затем – как транспортное средство. Река и плотина дали исходно ортогональную систему координат из двух композиционных осей.

Аналогично известной в синергетике реакции Белоусова-Жаботинского урбанизация на Урале протекала аналогично кристаллизации из насыщенного раствора: сначала возникают центры урбанизации. Затем, когда сформировались их сферы влияния, начинается стационарная стадия роста городов. Новые центры практически не образуются, более того, возможно поглощение мегаполисом поселений, как это происходит со спутниками г. Екатеринбурга: городами В. Пышма, Среднеуральск, Березовский, Арамиль – теперь этот процесс даже получил имя: Большой Екатеринбург.

Можно считать, что в первом приближении уральские города функционально подразделяются на три группы: город-крепость, город-рынок, город-завод (чаще город-рудник-завод). Примером первой группы городов служит Верхотурье, построенный на выходе Бабиновской дороги на р. Туру. Городом-рынком была Ирбитская слобода, здесь вся жизнь была подчинена торговле, по крайней мере в период расцвета знаменитой ярмарки. Как только Бабиновская дорога потеряла свое значение (в связи с ростом Екатеринбурга (1723) и со строительством Сибирского тракта (1793)), Ирбит и Верхотурье, как города, также потеряли свое значение.

В наше время их возрождение происходит на иной основе, в новых социально-экономических реалиях. Так, ставшие сейчас традиционными слёты байкеров в Ирбите значительно расширили сферу влияния этого города. Таким образом, исторический процесс развёртывания городской и межрайонной планировки на Урале определялся, в том числе, экономическими факторами, и кибернетическое осмысление этого синергетического процесса, при помощи теории оптимального управления, позволит в будущем правильно создавать и корректировать не только стратегические планы развития городов, но и принимать оперативно-тактические решения в режиме реального времени.
 

О процессе урбанизации на Урале

Для описания начального этапа урбанизации Урала – освоения практически нетронутых природных его богатств – можно привлечь теорию удобных мест, в первом приближении вполне пригодную для моделирования начального этапа урбанизации. Строительство и развитие городов на Урале началось сравнительно недавно – 350 лет назад. Предпосылки первой волны урбанизации были созданы проникновением новгородцев на Югру (XI в.), присоединением Перми Великой (1472 г.) и Башкирии (1557 г.) к Русскому государству и походом Ермака в Сибирь (1581 – 1585 гг.). Основание городов в начальный период объяснялось главным образом военно-политическими причинами (г. Уфа – 1586 г.) и торговыми интересами (г. Верхотурье – 1598 г., Ирбитская слобода – 1633 г.).

Логическая и историческая схема развития зависимого от минеральных ресурсов города проста: сначала это рудник, потом расширяется металлургическое производство, далее развивается машиностроение и высокие технологии.

Географическая подоснова непосредственно влияет на этот процесс. Практика использования городских земель в малых городах, через которые протекают реки, показывает, что в пределах городской черты доля неудобных земель, включающих заболоченные и подтопляемые грунтовыми водами территории, затапливаемые поймы рек, овраги, оползни, крутые склоны, карьеры и т.п., составляет значительную часть общей территории – 19 кв. м на 1 чел., или 6%. Наиболее приемлемы для включения в городскую застройку терриконики высотой более 30 – 40 м, они могут быть использованы для устройства лыжных и санных спусков, видовых площадок, детских горок, подвесной канатной дороги и др. При этом наибольшей выразительностью обладают конические отвалы (терриконики), высота которых в отдельных случаях достигает 70 – 80 м и более. Они являются характерными представителями исторического ландшафта угледобывающих районов и в определенных условиях могут быть включены в архитектурно-пространственную композицию городских поселений в качестве высотных ориентиров. С этой точки зрения их ликвидация не всегда оправдана.

Сущность процесса урбанизации на Урале определяли города-заводы, вернее – медные и железные заводы, становившиеся городами.

Взаимозависимость зарождения городов и заводов отчетливо проявляется через основную причину создания такого города – экономическую, сырьевую, добывающую. Запасы руд определяли основание, развитие и облик города-рудника-завода. Временное и генетическое соотношение урбанизации и промышленного освоения края обусловило тесную взаимосвязь расположения городов и неоднородности, зональности геологического пространства. Город, особенно на ранних стадиях своего развития, был непосредственно связан с минеральными ресурсами, т.е. город служил технической системой добычи и преобразования минерального сырья. Все было подчинено технологическому циклу горных работ и металлургического передела. До сих пор многие уральские города сохраняют минералого-геохимическую специализацию: это бывшие железные и медные заводы и рудники. Позднее центрами городского роста стали некоторые золотые прииски и угольные копи, поэтому карта крупных городов Урала совпадает с металлогенической схемой, отражающей распределение промышленной минерализации.

Такая геологическая предопределенность – главная особенность, своеобразие уральского процесса урбанизации. Так, комплекс бывших и нынешних медных заводов-городов трассирует региональную провинцию медноколчеданных месторождений – Зеленокаменную полосу.

Так же обособляется субпровинция городов, обусловленных крупными угольными бассейнами на Южном Урале (Еманжелинск, Копейск и Коркино), и городов, отмеченных промышленностью, связанных с добычей и переделом железных руд и тяжелого металлоемкого машиностроения (Нижний Тагил, Магнитогорск).

Однако в настоящее время наблюдается естественный отрыв производственных мощностей от сырьевой базы, в том числе из-за исчерпания естественных запасов минерального сырья, что приводит к эволюционным изменениям в структуре градообразующих тенденций. Особенно это наглядно видно на примере комплекса закрытых административно-территориальных образований (ЗАТО), закрытых городов – «почтовых ящиков», возникших на Урале во время атомной гонки ядерных и термоядерных вооружений эпохи холодной войны. Общепризнано, что этот комплекс создан в масштабах районной планировки практически оптимально по своим урбанистически-функциональным качествам, на основе кибернетических подходов к управлению градообразованием.

Таким образом, геологический контекст влияет на урбанизационные процессы через синергетические процессы самоорганизации, в ходе развития всё дальше и дальше отходя от геологической предопределенности. В этом выводе – основной вклад истории своеобразия урбанизации уральского региона в теорию архитектурной урбанистики на основе синергетики и кибернетического подхода.

Библиография

1. Холодова Л.П. Промышленная архитектура Урала XIX - начала XX века [Электронный ресурс]: Электронный справочник. – Режим доступа: http://www.usaaa.ru/Industrial_Urals/default.htm 

2. Налимов В.В. Вероятностная модель языка: О соотношении естественных и искусственных языков. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1979. – 303 с.

3. Авдотьин Л.Н. Применение вычислительной техники и моделирования в архитектурном проектировании. – М.: Стройиздат, 1978. – 255 с.

4. Виоле ле Дюк, Эжен Эмманюэль, 1814 – 1879 Беседы об архитектуре / пер. с фр. А.А. Сапожниковой; под ред. А.Г. Габричевского. – М.: Изд. Всесоюзной акад. Архитектуры, 1937. – 470 с.

5. Зайцев В.Ф. Математические модели в точных и гуманитарных науках. – СПб.: ООО «Книжный дом», 2006. – 112 с.

6. Горнева О.С. Архитектура и математика // Архитектон – 2004. – №7. – Режим доступа: httр://archvuz.ru/magazine/Numbers/2004_02/cont.html 

7. Горнева О.С. Математика в учебном архитектурном проектировании // Архитектон – 2005. – №10. – Режим доступа: httр://archvuz.ru/magazine/Numbers/2005_02/cont.html   

8. Дасса Фредерик Барокко: Архитектура между 1600 и 1750 годами / Пер. с фр. Е. Мурашкинцевой. – М.: ООО «Издательство АСТ», ООО «Издательство Астрель», 2004. – 159 с.

9. Делез Жиль. Складка. Лейбниц и Барокко / Общая ред. и послесловие В.А. Подороги., пер. с фр. Б.М. Скуратова. – М.: Логос, 1997. – 264 с.

10. Добрицына И.А. От постмодернизма – к нелинейной архитектуре: Архитектура в контексте современной философии и науки. – М.: Прогресс – Традиция, 2004. – 416 с.

11. Коротковский А.Э. Введение в архитектурно-композиционное моделирование. Учебное пособие. Москва: Московский архитектурный институт. 1975.

12. Geoffrey Broadbent. Design in Architecture (Architecture and Human Science). John Weley & Sons, 1980.

13. Стенли Р. Перечислительная комбинаторика.– М.: Мир. 1990.

14. Зубов Н.М., Оржеховская Р.Я. Расчёт уровня функциональной гибкости для универсальной планировочной структуры. Методические разработки. Свердловск: СвердАРХИ. 1980.

15. Титов С.С., Бояркина М.Г. Количественный анализ промышленной территории как метрического пространства. – Известия ВУЗов, Строительство и Архитектура. 1987. № 10. С. 48-52. 16.

Ссылка для цитирования статьи

Холодова Л.П., Титов С.С. СИНЕРГЕТИЧЕСКИ-ПЛАНИРОВОЧНЫЙ АНАЛИЗ РЕГИОНАЛЬНОЙ УРБАНИЗАЦИИ [Электронный ресурс] /Л.П. Холодова, С.С. Титов //Архитектон: известия вузов. – 2007. – №3(19). – URL: http://archvuz.ru/2007_3/1 

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная