11043

141

закладываются в систему профессионального обучения и являются основой профессионального сознания.

2. Образцы архаической «классики», в которых сосредоточился эволюционный опыт людей по определению пространственных форм, оптимальных для обеспечения основных жизнедеятельностных процессов, определяющих общественное сознание и общественное поведение. Примером служат образцы русского деревянного зодчества (избы, церкви, зимовья и др.), традиционные дома крестьян-феллахов в Египте, африканские глинобитные дома в Камеруне, жилища троглодитов в Тунисе (Африка) и северо-западных провинциях Китая и т.д.

3.Общепринятые современные приемы строения архитектурных объектов, получивших широкое распространение на практике. Такого рода нормирование распространяется посредствомпрофессиональных публикаций, фильмов и других средств, пропагандирующих удачные решения современными архитекторами поставленных задач.

4.Норма может формироваться в результате исследования структурных закономерностей естественной организации пространственной формы архитектурных объектов. Эта надежда основана па том, что в языке, музыке, биологии результаты научных исследований активно включаются обратной связью в формотворчество. Так, развитие грамматических законов строения языка позволило выявить наиболее оптимальные формы его функционирования в разных жанрах: журналистском, публицистическом, научном, художественном и т.д., повысило эффективность обучения, определило перспективы предсказуемого развития. В музыке открытие статистических закономерностей построения структуры музыкальных произведений позволило искусственно генерировать мелодии, своеобразные стилистические имитации (компьютерные импровизации).

Характеризуя архитектурные структурные нормы, мы можем отметить, что для них свойственны: относительная устойчивость употребления в практике строительства: общеупотребимость; общеобязательность; соответствие особенностям тех или иных архитектурных систем, характеризующих определенные архитектурные целостности.

Нормы по тем или иным признакам помогают архитектуре сохранять свою целостность как культурного явления и определять возможности накопления знаний и навыков по «правильному» формированию пространственного окружения людей, где правильность определяется соответствием принятым в обществе стандартам.

Следует упомянуть и о такой важной функции как нормы архитектурного проектирования, обеспечивающие единообразное понимание закономерностей пространственного формообразования архитектурных объектов и преемственность профессионального проектного опыта. Нормы архитектурного формообразования должны

142

охватывать всю совокупность архитектурной деятельности и противостоять «случайному», бессмысленному комбинаторному формообразованию, своеобразным «солекизмам» формообразования архитектурных объектов.

Лекция 13.

Пространственный структурогенез в архитектурном формообразовании.

Все рассуждения о морфологической истории зданий ведутся на основании изучения своеобразных геометрических, материальных, технологических и других «принуждений», определяющих сам процесс формообразования. Сегодня, обсуждая вопросы структурного анализа и синтеза строения архитектурных объектов, можно говорить не только о теоретических предположениях того, что архитектурная форма может быть препарирована, разделена на части, изучена в «анатомическом» аспекте, но и вновь собрана с воссозданием ее архитектурных качеств.

Компьютер предлагает сегодня архитектору новые возможности при решении его профессиональных задач. Может ли машина не только графически отображать уже придуманное, но и синтезировать новые формы по заданной предварительно программе подобно тому, как компьютер уже научился синтезировать музыку, гармонизируя звуки и складывая мелодии по заданным последовательностям, как автоматически выправляется лексика и синтаксис текстов, как прогнозируется погода согласно программам анализа огромного массива собранных исходных данных в разных точках Земли, как синтезируются новые виды вирусов, новые полимерные материалы, ранее никогда не существовавшие?

Хрестоматийным примером синтеза архитектурной формы стал жилой район Малагуэра в предместьях Лиссабона в Португалии на 1200 строительных объектов, построенный на основе результатов, полученных методом компьютерной генерации. Архитектором был Алваро Сиза, а партнером, обеспечивающим программное обеспечение процесса компьютерного проектирования, был профессор португальского университета Ж.Х. Дуарте.

Проектирование осуществлялось по принципиально новой методике. Сложно составленная компьютерная программа на основе заложенных исходных параметров предложила 35 индивидуальных жилых блокированных домов. Программа была построена на основе принципов «генеративной грамматики» (В. Митчелл, Дж. Фрейзер, Г. Стини, А. Гипс), призванной автоматически воссоздавать пространственные решения учитывая схемы увязки различных функциональных зон (такие как зоны открытого двора-патио, гостиной, служебных помещений, спален, кухонь,

143

лестниц и др.). Такого рода грамматические генеративные конструкции иногда называют «параметрической грамматикой форм» (Ж.Х. Дуарте). Такая параметрическая грамматика может быть формально описана как последовательность из 5 элементов в виде логического выражения PG (S, L, Т, G, I), где S — это набор правил преобразования формы А в В ( А> В) таким образом, что форма А, являясь основой для начала проектирования, может быть логически замещена В. При этом сам набор правил представлен в программе двумя их комплектами К, и R2\ L — это операционные символы, необходимые для контроля последовательности вычислений и преобразований, составляющие свое «поле» возможностей; Т — это набор простейших трансформаций (поворот, перенос, масштабирование, отражение или любая из их композиций); G — это набор функций, которые составляют содержание параметров (например, ширина и длина элемента, площадь и др.). Простейшие трансформации и назначенные функции вместе определяют условия, которые могут генерировать форму в проектном процессе при реализации тех или иных правил; I — это изначальная форма, которая является первоосновой для последующих вычислений но правилам. Сам процесс формообразования, согласно грамматике формы, определяется по формуле:

щийся частью С, может быть извлечен или замещена В(автор алгоритма Г. Стини). Конструктивная строительная система зданий в жилом районе Малагуэра предусматривает применение самонесущих стен из бетонных блоков, бетонных балок и плит перекрытий. Стены укреплены монолитными участками. В отдельных случаях используется монолитный железобетонный каркас, но колонны и балки не повлияли на параметрическое описание генерации форм, поскольку колонны скрыты в стенах, а балки — в перекрытиях.

Размер пятна застройки стандартного жилого блока составляет 8x12 м. Жилые блоки сгруппировать в кластеры разного состава и конфигурации. В большинстве случаев блоки имеют прямоугольную конфигурацию, но в отдельных случаях встречаются и неортогональпые формы.

Разработчики определили несколько комплексов базовых планировочных решений для разных уровней проектирования. Так, для проектирования уличной сети были выделены 32 так называемых «контекстуальных паттерна» (CP), которые стали основой для вариационной генерации градостроительных планировочных решений. Кроме того, были определены правила размещения 8 функциональных зон, которые были сведены к 24 топологическим паттернам (TP) и 4

144

геометрическим паттернам (CP). Были определены отдельные паттерны для лестничных узлов (ST), которые объединили 12 паттернов L-образных лестниц и 24 паттерна (7-образных). Установив комплекты основных паттернов, проектировщики смогли определить комбинаторные вариации их компоновки (СРх G P x TP У. ST), которые составили 20 250 ООО

решений.

Осуществление компьютерных генераций проектных решений по застройке района Малагуэра в рамках использования проектной генеративной системы заслуживает особого внимания, так как доказывает саму возможность такого рода проектирования элементов искусственной среды. После осуществления столь масштабного строительного проекта возможность пространственного архитектур- Алгоритмическая модель. ного синтеза стала доказанным фактом. Стало справедливым утверждение, что могут быть осуществлены преобразования архитектурной формы с использованием «грамматических» критериев, объединивших в себе функциональные, геометрические и эстетические критерии формообразования. По ходу осуществления генерации проектных решений, их визуализации и архивации, проектировщики могут вносить изменения в значения параметров и изменять ход работы программы, преследуя цель получения набора проектных решений, удовлетворяющих требования к создаваемой архитектурной форме.

Назначение теории структурогенеза пространственной формы дает нам возможность определения состояния и направления развития структурных изменений в строении архитектурных объектов, позволяет выявить и назвать происходящие явления, описать, параметрически измерить.

Заимствованные из синергетики термины призваны помочь нам описать ряд явлений, наблюдаемых в генезисе структурного развития архитектурных объектов будь это отдельные сооружения или градостроительные образования. Ранее рассматривалась возможность описания статических состояний пространственной формы архитектурных объектов. Для этого приводились приемы формализации ее геометрических свойств, свойств связанности, определяющих возможности пространственной циркуляции, рассматривались системы, трактуемые как целостные образования. Однако эти модели ничего не могут сказать о том, как пространственные системы эволюционируют.

Попробуем наглядно рассмотреть процесс структурной организации поселений, складывающихся «стихийно», по мере случайного прироста своих компонентов. Одним из таких примеров является система организации традиционной камерунской леревни, материалы по исследованию которой можно найти в книге польского исследователя Б. Рулосреки «Architecture without architects». Деревня — группа отдельно стоящих однотипных жилищ, представляющих собой куполообразные мазанки, расставленные таким образом, чтобы можно было их независимо

145

от других разбгграть и собирать заново. Таких жилищ, сосредоточенных в одном месте, может быть несколько, а может, как показывает опыт, быть и несколько сотен.

Структура организации такого поселения достаточно примитивна, увеличение количества ее компонентов, т.е. определенная флуктуация системы, не изменяет ее принципиального устройства. Формы структурной организации такого рода системы могут быть описаны в соответствующих категориях их геометрического строения, определяющих формы вычленения определенных пространств и геометрических соотношений их границ. В категориях пространственной топологии можно описать структуру циркуляции в данной пространственной системе, фиксируя наличие пространств и их связанность (структуру пространственных взаимодействий). Наряду с геометрическим и топологическим описанием можно зафиксировать состояние целостности системы, включающей заданной количество элементов, и ее отделенность от внешнего окружения. Представим себе процесс уплотнения поселения, когда поселение по каким-то причинам закончило свою экстенсивную флуктуацию, и жилиша начали «сближаться», уплотняться, достигнув естественного предела «отделенности» друг от друга. Возникла ситуация, вынуждающая систему перейти в новое состояние, но каким оно должно стать, если не решить этот вопрос законодательно, принудительно? Система сама под действием законов эволюции начнет поиск структурной формы своей организации. Возникает ситуация непредсказуемого поведения системы — она может принять разные формы, обеспечивающие решение возникшей задачи. Эта ситуация определяется как бифуркация. Происходит качественный переход системы в новые структурные состояния, причем новое состояние должно определяться такого рода качествами системы, которые позволят ей существовать в режимах флуктуации, характеризующих устойчивость новой системы. Новое качество измененной планировочной структуры также можно наблюдать в более старых, имеющих продолжительную историю формирования, разросшихся естественных поселениях Камеруна. Среди округлых традиционных домов стали появляться ортогональные многокамерные сооружения, причем с увеличением плотности застройки их становится все больше. При этом большее количество камер они объединяют в рамках новых локальных пространственных пелостностей. Ответ на то, почему эти новые структуры стали именно ортогональными, дает анализ геометрических закономерностей членения пространства.

В описанной модели заключена суть структурогенеза пространственной формы архитектурных объектов. Архитектура с развитием культуры усложнилась в формах своего существования. Она стала элементом искусства, средством социального управления, средством политического и экономического воздействия, символом богатства и бедности, удобства и

146

дискомфорта, но все эти качества среды продолжают существовать на основе скрытых пространственных структур, определяющих ее внутреннее строение. В современной науке накоплен большой опыт описания строения сложных структур, имеющих естественное происхождение и развитие: наиболее плодотворно использование структурных методов в языкознании, генетике, музыке, физике.

Суть новой научной синергетической парадигмы в том, что акцент переносится со статического положения равновесия на изучение состояний неустойчивости, механизмов возникновения и перестройки структур. Синергетический подход призван объяснить эволюцию сложных систем, каковыми являются искусственные архитектурно-пространственные образования в их широком рассмотрении с использованием ключевых понятий флуктуации и бифуркации.

Описание модели структурогенеза пространственной формы теоретически можно свести к их универсальному описанию как открытой динамической нелинейной физической системы с использованием уже устоявшихся терминов: упорядоченная и неупорядоченная структура, флуктуация, бифуркационные процессы, аттракторы, русла, джокеры и т.д.

Согласно синергетическим эволюционным принципам, сложным системам нельзя навязывать пути их развития, а нужно обеспечивать их самоуправляемое развитие, правильно организуя воздействия на них в пространстве и времени с учетом антропометрических закономерностей. Весьма актуальную концепцию «жизнеспособного развития («sustainable development»), родившуюся на Западе и получившую сегодня широкое распространение и в России, точнее определять не как устойчивое развитие, а как самоноддерживаемое развитие. Самоорганизацией принято считать структурирование, появление упорядоченности, периодичности в пространстве и времени. Решения, которые нашла природа за миллионы лет своего существования, эволюционно оптимизировались. Попытки перекраивания природы в угоду человеку приводят к появлению систем, энергетическая эффективность которых в конечном счете оказывается ниже природной.

Методы компьютерных генераций архитектурных объектов могут стать одним из творческих методов архитектора по выработке пространственных решений. Эти методы основаны па единстве проявления внешних по отношению к объекту условий реализации и внутренних требований пространственной связанности, обеспечивающих реализацию процессов жизнедеятельности.

Рассмотрим фазовое пространство, в котором лежат переменные, описывающие нашу реальность. Оно очень велико, и принять во внимание все переменные в нем человек не в силах. Но, очевидно, есть ситуации, области в фазовом пространстве, где для того, чтобы понимать и предсказывать происходящее, достаточно нескольких параметров.

147

Другими словами, иногда существуют проекции на подпространство меньшего числа переменных, которые адекватно отражают происходящее во всем огромном пространстве переменных. Эти пространства в теории информации были названы руслами. Размерность русла (т.е. число переменных в этой проекции реальности) невелика. Если у нас для описания реальности есть подходящее русло, то здесь можно строить достаточно эффективные теории, понимать происходящее, просчитывать варианты, находить эффективные поведенческие стратегии. В синергетике эти наиболее важные переменные, характеризующие русло, называют параметрами порядка. Таким образом там, где дело касается русел, сложные системы удается описывать просто. В области русла можно опираться на простые детерминированные модели, на несложные закономерности.

Модель фазового пространства удобна для описания структурогенеза, поскольку хорошо отражает динамику процессов. Координатными осями такого пространства выступают параметры геометрического (элементного), топологического (циркуляционного) и целостного (системного) состояния пространственной формы в условное время ее развития. Эволюция пространственной формы носит сложный характер и таким образом не является ни полностью упорядоченным, ни полностью разупорядоченным процессом. В этом смысле она как бы подчиняется законам общей природной гармонии.

В задачи изложения предложенной концепции входило создание эвристической модели пространственной организации архитектурных объектов на основании выделения их геометрических, топологических и системо-нелостных характеристик. За этой простой триадной формой описания организации архитектурного пространства формой деления целого на части и выяснения геометрических и топологических условий существования этих частей — скрываются фундаментальные свойства архитектуры, из исследования которых следуют многочисленные формально-логические и практические следствия. Причина этого явления связана с тем, что структурные свойства организации пространства архитектурных объектов лежат в основе общих закономерностей феномена архитектура, которые обеспечивают эволюционный процесс проявления механизмов пространственного формообразования. Этот механизм на основе соблюдения принципов геометрико-топологической инвариантности, симметрии и системности организации в строении архитектурных объектов позволяет людям достичь совершенства и многообразия в своей архитектуротворческой деятельности.

148

Лекция 14. Анализ и синтезх архитектурной формы. Комплексные методы параметрического описания структурной организации пространственной формы

«Когда вы можете измерить то, что изучаете, и выразить это в числах, вы знаете нечто о предмете, но если вы не можете измерить изучаемое, не можете выразить это в числах, то ваше знание является скудным и неудовлетворительным».

Лорд Кельвин, 1770 г.

Более точное определение задач архитектурного формообразования, использование естественнонаучных методов в научном анализе, обучении и проектировании могло бы снять актуальную сегодня проблему комплексного взаимодействия архитекторов и специалистов разных областей строительной деятельности.

Введение в обиход современного архитектора компьютерной техники позволяет повысить средний уровень качества технической проработки проектов, ускорить процессы проектирования, повысить степень объективности и обоснованности принимаемых проектных решений. Техггаческие возможности нелинейного программирования открывают пути принятия промежуточных решений по ходу выполнения проекта на разных стадиях и при этим активно включают возможности техники в творческий процесс архитектора, что позволяет полнее и многостороннее учитывать естественные геометрические и структурно-топологические ограничения формообразования. Проектировщик с помощью программных средств с применением вычислительной техники может получить предварительный набор неких проектных заготовок, обеспечивающих заданные циркуляционные и геометрические условия реализации программно заданной функциональной структуры, и выбрать из них те, которые могут быть полезны для решения последующих творческих задач. По своей природе процесс архитектурного формотворчества является психическим феноменом и входит в состав мыслительных процессов. Результатами проявления закономерностей формообразования в реальном пространстве являются существующие архитектурные объекты или их модели — проекты. Роль архитектуры заключается в решении практи ческих проблем и потребностей общества, связанных с размещением и пространственной ориентацией, и определяется самой сущностью естественной человеческой деятельности. Актуальные практические проблемы и потребности общества - это строительство материальных объектов, обеспечивающих комфорт и оптимизацию процессов жизнедеятельности человека. Решение этих проблем определяет ряд новых направлений архитектурной науки, связаиных с новыми условиями проектирования, использованием компьютеров в практике проектирования, компьютеризацией профессионального обучения,

149

корректировкой самих учебных программ, ориентированных на новые приемы и методы практического проектирования и строительства.

Современные программы компьютерного проектирования семейства CAD за сравнительно короткую историю своего существования претерпели заметные эволюционные изменения. Эти изменения главным образом сводятся к тому, что первично проектные программы строились на основе описания координат конечных точек отрезков в трехкоординатном пространстве, но со временем были перестроены на более сложные параметрические описания математических примитивов. Отрезок прямой был той исходной составляющей, благодаря которой описывалась трехмерная форма. Если возникала задача изменения формы, менялось позиционирование конечных точек определяющих ее отрезков. Такие программы представляли собой примитивные чертежные инструменты, позволяющие чертить без карандаша и линейки.

Современное параметрическое описание примитивов представляет собой уже не черчение, а моделирование в виртуальном пространстве.

Параметрическая проектная модель создается на основе неких комплексных свойств примитивов. Например, площадь или конфигурация сечения фигуры могут быть заданы константными параметрами, «протяжка» этого параметра по некой линейной траектории определит формирование сложной линейной формы — эта операция, недоступная в предыдущих версиях CAD, получила широкое развитие в последующих версиях и приобрела специальный операционный термин profiler (Archicad), loft и bevel (3D Studiо MAX). Именно переход на проектные программы параметрического описания позволил создавать пространственные модели чрезвычайно сложной трехмерной конфигурации, которые стало трудно отображать в форме традиционных 2-мерных проекционных изображений (чертежей).

Особенностью совершенствования программного пакета CAD является то, что этот пакет направлен прежде всего на быстрое и точное донесение информации до строителей. И в этой связи труднее осуществляется первая, эскизная стадия проектирования. Ветка программного обеспечения 3DS MAX и 3d VIZ связана с визуализацией и анимацией компьютерных моделей, где на первый план выступают задачи оформления архитектурных проекторв для презентации: заказчику, на выставках и конкурсах. Еще одной важной функцией этих программных пакетов стало создание эскизных проектных предложений для участия в конкурсах и получения заказов. Скорость и возможная при умелом использовании элегантность подачи материалов играют здесь на последнюю роль. Алгоритм работы здесь отличается от работы в программах CAD: проектировщик действует в свободном программном пространстве ,и может начинать процесс созданеия объемной модели с любой части здания. Многие операции можно совершать разными способами, используя

150

разнообразные команды (нет жесткого алгоритма действий, можно вести преобразование формы, следуя своим замыслам). Процесс моделирования формы в программе не связан с обязательным заданием цифровых параметров, отвлекающих от композиционной работы. Возможно создание объектов любой сложности, предметов антуража и природного ландшафта. Работа с редактором материалов, изменение свойств материалов от самых простых до сложных. Быстрый переход от общих к локальным системам коррдинат, что позволяет сделать процесс перемещения объекта в пространстве самого по себе или по отношению к другому объекту весьма разнообразным. Возможность быстрого введения рисунков в сцену и использования их для создания моделей.

Рис. 91. Комбинаторное поле разминки к упражнению «комозиционные приемы построения и выявления объемной формы» по курсу «Основы архитектурной композиции. Курс виртуального моделирования» МАРХИ под руководством Н. Рочеговой, Е. Барчуговой.

Параметрическое описание открывает возможности для интегрированного описания примитивов, включая в эти механизмы учет закономерностей, присущих строению архитектурных объектов. Возможности параметрического формообразования на основе программных алгоритмов уже сегодня демонстрируются в работах таких исследователей-архитекторов как Ц. Содду, Й. Гилис, Дж. Фрейзер, П. Эйзенмаи, Фр. Герри и др.