Architecton: Proceedings of Higher Education №1 (81) March, 2023

Тown planning

The 20th century concepts of systemic cybernetic urban development

УДК: 711.4.01
DOI: 10.47055/19904126_2023_1(81)_17

Abstract

Введение

Национальная стратегия развития искусственного интеллекта, утвержденная Указом Президента Российской Федерации от 10.10.2019 г. № 400, предусматривает формирование сильного (универсального) искусственного интеллекта, организованного по принципу нейронных сетей и способного решать различные задачи, использовать опыт прошлого, адаптироваться к изменяющимся условиям. Реализация этих положений в градостроительстве связана с созданием информационной платформы, обеспечивающей сбор и обработку данных для решения задач преемственного, адаптационного и перспективного развития поселений и систем расселения. Для моделирования такой платформы предлагается использовать идею выделения каркасообразующих направлений формирования рациональной и иррациональной нейросетей. Одним из таких направлений можно считать вектор развития градостроительства во второй половине XX в., когда в проектировании и управлении процессами модернизации городов стали активно использоваться электронно-вычислительные машины, достижения кибернетики, системотехники и семиотики. Для обоснования данного подхода целесообразно представить результаты анализа наиболее существенных концепций системно-кибернетического градостроительства того времени.

Методология и методика исследования

Методология исследования базируется на использовании принципов системного подхода к градостроительству, включая принципы целеполагания, конструирования (проектирования) и развития (реализации проектов) градостроительных систем. При выделении и характеристике основных этапов развития градостроительства используется метод историко-логического анализа.

Особенности формирования системно-кибернетического этапа развития градостроительства

Формированию системно-кибернетического направления в градостроительстве способствовал целый ряд научно-технических достижений: создание первых ЭВМ (ЭНИАК в США – в 1946 г.; МЭСМ в СССР – в 1951 г.), работы по программам создания космосвязи и подготовки пилотируемых полетов в космос (в СССР с 1952 г.), основание кибернетики как науки об управлении (Н. Винер, 1948), появление базовых вычислительных моделей нейросетевого типа (У. Макколок и У. Питтсон, 1943) и «перцептронного алгоритма распознавания образов» (Ф. Розенблат, 1957), введение термина «искусственный интеллект» (Дж. Маккарти, 1956) [1] и др.

В 1955 г. происходят существенные изменения в творческой направленности архитектуры и градостроительства СССР. Такие крупные неоклассические архитектурно-градостроительные объекты, как высотные здания (1949–1955) и Всесоюзная сельскохозяйственная выставка в Москве (1954) были завершены. Эти объекты отмечались высоким уровнем композиционного мастерства, представляли собой «величественные памятники эпохи». Однако архитектура таких объектов вступала в противоречие с экономической целесообразностью, функциональной и конструктивной логикой. Постановление ЦК КПСС и СМ СССР от 04.01.1955 г. «Об устранении излишеств в проектировании и строительстве» ознаменовало собой начало нового этапа развития архитектуры и градостроительства в нашей стране. Широкое применение в СССР вычислительной техники в архитектурно-градостроительном проектировании и создание автоматизированных систем в управлении развитием городов позволяет назвать этот этап системно-кибернетическим. По существу, он охватывает не только 1950–1980-е гг., но и постсоветский период развития градостроительства нашей страны в связи с наступлением в 1991 г. «эры интернета» и активным развитием компьютерных технологий в градостроительстве.

Для формирования памяти в информационной платформе искусственного градостроительного интеллекта представляется целесообразным дать краткую характеристику основных концепций системно-кибернетического градостроительства, разработанных и реализованных в 1950–1980-е гг. Эти концепции содержатся в работах таких отечественных и зарубежных исследователей, как Л.Н. Авдотьин, Э.П. Григорьев, А.А. Гусаков, Дж. Форрестер, Кр. Александер, Ж. Зейтун, С. Порада и др. Наибольший интерес из них представляют концепции Л.Н. Авдотьина и Э.П. Григорьева. Концепция системно-кибернетического проектирования Л.Н. Авдотьина в своем развитии была представлена в публикациях исследователя с 1966 по 1989 г. В ней следует выделить пять основных принципов.

1. Понимание кибернетики как науки об управлении, о способах восприятия, передачи, хранения, переработки и использования информации в машинах, живых организмах и их объединениях. Она охватывает процессы связи, управления, контроля, передачи информации не только в машине, но и в организме человека, в частности, в его нервной системе. Кибернетика изучает машины, живые организмы и их объединения только с точки зрения способности воспринимать определенную информацию, сохранять ее в «памяти», передавать по каналам связи и перерабатывать в управляющие сигналы. Кибернетика применяет методологию диалектического материализма, установила некоторую аналогию между работой новейших автоматических самоуправляемых систем и работой нервной системы живых организмов (1978) [2].

2. Выделение стадий кибернетического моделирования архитектурно-градостроительных систем: постановка проблемы; уяснение целей; определение критериев эффективности (оптимальности), формулировка проблемы; выбор средств и направлений решения проблемы, разработка гипотез и определение принципиальной функциональной схемы; анализ системы с точки зрения выявления структурных элементов и подсистем, а также внешних взаимодействий; синтез – определение схем соединения структурных элементов и подсистем в единое целое, установление функциональных связей; разработка структурно-кибернетической модели на основе разработанной структурной схемы; испытание модели; принятие решения [2].

3. Использование принципов системного подхода к изучению и проектированию архитектурно-градостроительных объектов: дифференциация и расчленение анализируемой системы на составляющие ее подсистемы и элементы, установление функциональных взаимосвязей между элементами, определение элементов и др.

4. Классификация задач градостроительного проектирования по отраслевому признаку: расчетные, расчетно-оптимизационные, территориально-пространственные, конфигурационные и распределительные, компоновочные (задачи группировки объектов по качественным признакам и очередности строительства).

5. Классификация задач градостроительного проектирования по методологическому признаку: арифметические, математико-статистические, оптимизационные (включая задачи определения оптимальных соотношений или пропорций), конфигурационно-сетевые, поточно-распределительные, прогностические.

Концептуальное планирование и проектирование в системе ИНВАРИАТРОН Э.П. Григорьева. Основные работы в данном направлении были опубликованы кандидатом архитектуры, руководителем секции общих проблем методологии проектирования в ЦНИИпроекте Э.П. Григорьевым в 1960–1980-е гг. Ключевые положения исследователя, не утратившие сегодня своего значения, заключается в следующем:

1) инвариантность и гармония – взаимно дополняющие друг друга понятия; «гармония – это сама соразмерность», а «инвариантность – это научное формулирование законов сохранения энергии, количества движения, электрического заряда, вещества генетической информации, "планов»" строения молекул, организованности понятий, числовых соотношений…» [3, с. 28];

2) концептуальный план – термин, соединяющий три аспекта понятия «план» в единое целое, а именно – «план как архитектурное планировочное решение», «план как последовательность запланированных мероприятий по созданию объекта» и «план как замысел, как выражение определенного творческого "кредо" архитектора» [3, с. 31]; архитектурное качество среды проявляется в том, что концептуальные планы, с одной стороны, «товар», с другой – демонстрация социальной роли объектов, образующих «активную социальную инфраструктуру» [3, с. 32];

3) «практикум осознанного новаторства» – идеальный тип деятельности с выделением технической и человеческой сфер деятельности (техносферы и антропосферы), «где реализуется принцип максимального "спрессовывания" техносферы, автоматизации ее функционирования с тем, чтобы обеспечить максимальное развертывание антропосферы, создание все более благоприятных условий для свободного общения и творчества» [3, с. 33];

4) «синтез прошлого, настоящего и будущего» в новом образе архитектурно-строительных объектов – «необходимое условие создания эстетически и функционально активной среды», «придания своеобразия и художественной характерности каждому произведению и целым градостроительным комплексам» [3, с. 35]; «задача мастеров синтеза – закладывать в свои произведения как непосредственно воспринимаемое объективное содержание…, так и необходимую форму его содержания (абстрактные, идеальные смыслы, обращенные к специальным мыслительным способностям человеческого сознания – пониманию)» [3, с. 36], а также эмоциональному миру человека;

5) концептуальные планы развития – стратегии разработки и реализации крупных социально-экономических программ, основанных на многоиндустриальной системе взаимодействия индустриальных и отраслевых видов деятельности, «индустриальная деятельность – интеллектуальная работа», результатом которой являются проекты, изобретения, планы, а отраслевая – «технологическая» работа в рамках определенных отраслей народного хозяйства; индустриальные виды деятельности, часто называемые «индустриальными искусствами», появились в ходе исторического разделения труда [3, с. 39];

6) «интеллектуальная инфраструктура» (система ИНВАРИАТРОН, 1970) – «коллективный мозг» с «высокоразвитой сетью однородных вычислительных систем», обеспечивающей коммуникации типа «человек – машина (ЭВМ), коллективы – система машин (супер ЭВМ)» в целях повышения эффективности управления условиями общественного производства, планирования и проектирования объектов [3, с. 54] в системе ИВАРИАТРОН соединяются работа машин и творческая деятельность человека, повышается эффективность анализа оценки результатов «инвариантных процессов мышления человека», а также происходит объединение директивного целеполагания с творческой инициативой трудовых коллективов [3, с. 62–72].

Данные положения следует прокомментировать с точки зрения решения современных задач создания сильного искусственного градостроительного интеллекта и его информационной платформы. Так, положение о взаимодополняемости, инвариантности и гармонии подтверждает возможность выделения в информационной платформе научных и художественных направлений, синтеза этих направлений в проектировании объектов как важнейшего условия гармонизации архитектурно- пространственной среды.

Положения о концептуальном плане и его значении в разработке и реализации стратегических программ социально-экономического развития территорий согласуются с успешным развитием в 1980-е гг. в нашей стране концептуально-художественного и стратегического подходов к градостроительству, а также с современным опытом мастер-планирования. Положение о практикуме осознанного новаторства соответствует актуальным идеям развития техносферного и антропогенного направлений в формировании окружающей среды.

Наконец, положение об интеллектуальной инфраструктуре позволяет по-новому объяснить существо периода «индустриального градостроительства» в СССР 1950–1980-х гг. с возможным использованием при его характеристике нового названия – «период интеллектуального градостроительства». Отсутствие у ЭВМ способности решать творческие задачи в то время компенсировалось коллективным творчеством людей.

Для развития системно-кибернетического градостроительства важное значение имели результаты использования вычислительной техники и новых информационных технологий при решении широкого круга методологических и проектных задач в архитектуре, строительстве и экономике. Доктор технических наук А.А. Гусаков разработал в 1970–1980-е гг. системотехнику экспертизы и реализации проектов.

Для обоснования структуры памяти в информационной платформе искусственного градостроительного интеллекта определенное значение имеют концепции И.Г. Лежавы и З.Н. Яргиной. Профессор Московского архитектурного института И.Г. Лежава в фундаментальном труде «Функция и структура формы в архитектуре» (1987) представил принципиальную модель архитектуры, в которой выделены два уровня: «компоновочный» и «композиционный». На «компоновочном уровне» ученый разработал концепцию компоновочной грамматики как базу для применения вычислительной техники в архитектуре.

Концепция взаимосвязи рационального и интуитивно-художественного в градостроительстве представлена профессором З.Н. Яргиной в 1991 г.[4]. Основная идея установления взаимосвязи, по утверждению исследователя, заключается в «выявлении формы, механизма перевода рациональных знаний в образную информацию» на стадии «художественного синтеза как завершающего момента градостроительного проектирования» [4, с. 154]. З.Н. Яргина отмечает, что на процесс такого синтеза влияют программы проектирования, знания градостроительных норм и стереотипов, вариантность проектных решений, «разработка художественной идеи (выбор ведущей темы)» как этап художественного творчества в градостроительстве [4, с. 155].

Программы, по Яргиной, делятся на социально-функциональные (утилитарные) и эстетические. Им могут соответствовать определенные творческие методы: «преимущественно рациональный подход; подход, включающий рациональные (научные) и художественно-творческие методы с четким разделением соответствующих разделов проекта; объединение рационального и художественно-творческого подходов; преимущественная ориентация на художественное творчество» [4, с. 157].

Данное предложение автора «Эстетики города» приводит к идее структурирования пространства взаимодействия рационального и иррационального в модели информационной платформы на основе использования своеобразной «шкалы качества образцов» синтетических градостроительных решений: выделить уровни нормативного, оптимального и гармоничного качеств образцов. Гармоничное качество – критерий эталона градостроительного решения.

Ретроспективный анализ градостроительной практики показывает, что некоторые известные проекты остались за пределами признания их нормативного, оптимального и гармоничного качества в связи с радикальными решениями, разрушающими целостность градостроительных объектов в художественно-эстетическом, функционально-утилитарном и системно-синтетическом отношениях.

Образное представление будущего проекта в виде художественной идеи или темы формируется, по утверждению З.Н. Яргиной, «под влиянием эстетических норм времени – господствующего художественного стиля, вкусов, всего строя времени» [4, с. 170]. Это положение подтверждает возможность выделения в «иррациональной нейросети» базовых направлений – тем. Исследование проблемы взаимодействия научно-технических, функционально-утилитарных и стилистических решений показывает неизбежное их стремление к синтезу в проектах под влиянием определенного «духа эпохи»: повышенного внимания людей в тот или иной исторический период к организации их взаимодействия с космосом, природой, обществом и техникой. Это подтверждается не только исследованиями в области стиля (М.Я. Гинзбург, 1924; А.И. Каплун, 1985 и др.), но и творческими работами архитекторов-ученых и художников. Стремление к композиционной организованности окружающей среды – важнейшее условие гармонизации отношений между человеком и этой средой, композиционная подготовка – основа профессиональной деятельности зодчих.

Известный американский ученый Дж. Форрестер в конце 1960-х гг. разработал «динамическую модель» города для познания городского организма как системы и целенаправленного им управления в целях предотвращения процессов стагнации и упадка [5]. В те же годы другой американский исследователь Кр. Александер предпринял первые попытки создания генеративной грамматики в архитектуре. Он выделил 64 паттерна, каждый из которых представлял собой определенный морфотип. С помощью ЭВМ из паттернов создавались модели оптимальных архитектурных объектов, соответствующих установленным критериям [6].

Определенное влияние на формирование и развитие системно-кибернетического подхода к градостроительству оказали работы французских специалистов Ж. Зейтуна «Плоские решетки» (Париж, 1977) и С. Порада «Конец чисто функционального подхода к автоматизации проектирования» (1981), «Новая информационная технология и методологические средства архитектурно-строительного проектирования» (Москва, 1986). Ж. Зейтун обосновал «руководящий принцип модульной композиции», создаваемой с помощью ЭВМ, а С. Парада предложила использовать новые информационные технологии для решения стилистических задач архитектуры «постмодерна». Принцип Ж. Зейтуна близок к методам «программированного формообразования» в дизайне и архитектуре, предложенными такими советскими исследователями, как В.Ф. Колейчук и Ю.С. Лебедев. Интересно отметить, что В.Ф. Колейчук является автором книги «Кинетизм» (1994) и одним из лидеров кинетического искусства – художественного течения 1960–1970-х гг. Ю.С. Лебедев известен как один из основателей в нашей стране бионической архитектуры – научного, художественного и проектно-творческого направления, в рамках которого широко применяется моделирование с использованием ЭВМ. Развитие кинетизма и биоархитектурного движения в определенной мере объясняет стилистические решения проектов генеральных планов (в том числе генплана Москвы 1971 г.) и систем расселения 1960–1970-х гг. (Кинетическая система расселения, НЭР и др.). В постсоветский период развития отечественного градостроительства многие указанные концепции системно-кибернетического подхода получили преемственное развитие.

Заключение

Настоящее исследование выполнено в рамках фундаментальных научных исследований РААСН и Минстроя России по направлению 2.2. Теоретические и методологические основы градостроительства; раздел 2.2.6. Исследование проблем информатизации и технологизации современной градостроительной деятельности, тема 2.2.6.1. Научные основы «умного градостроительства» (на примере уральского региона и его городов). Анализ концепций системно-кибернетического градостроительства показывает возможности, во-первых, выделения соответствующего направления в каркасе нейросетей информационной платформы сильного искусственного градостроительного интеллекта; во-вторых, демонстрирует путь разработки других каркасообразующих направлений. Вместе с тем проведенное исследование ставит проблему предоставления в информационной платформе синтетических решений.

References

1. Pickover, C.A. (2021) Artificial intelligence. Translated from English by Anna Efimova. Moscow: Sindbad. (in Russian)

2. Avdotyin, L.N. (1978) Application of computer technology and modeling in architectural design. Moscow: Stroyizdat. (in Russian)

3. Grigoriev, E.P. (ed.). (1986) Architectural and Civil Engineering Design. Moscow: Stroyizdat. (in Russian)

4. Yargina, Z.N. (1991) Aesthetics of the city. Moscow: Stroyizdat. (in Russian)

5. Forrester, J. (1974) Urban Dynamics. Translated from English by M.G.Orlova. Moscow: Progress. (in Russian)

6. Shubenkov, M.V. (2006) Structural patterns of architectural form. Moscow: Architecture-S. (in Russian)

Citation link

Kolyasnikov, V.A. The 20th century concepts of systemic cybernetic urban development [Online] //Architecton: Proceedings of Higher Education. – 2023. – №1(81). – URL: http://archvuz.ru/en/2023_1/17/  – doi: 10.47055/19904126_2023_1(81)_17

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