Структурирование архитектурного пространства и компьютерные технологии

Вестник ТГАСУ № 4, 2008

50

УДК 72.01

В.Э. ВОЛЫНСКОВ, магистр,

МАРХИ, Москва

СТРУКТУРИРОВАНИЕ АРХИТЕКТУРНОГО ПРОСТРАНСТВА И КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В статье определена необходимость развертывания исследований по формализации и математизации свойств, определяющих пространственное строение архитектурных объектов, и выявлению новых методов формообразования в сфере архитектуры, основанных на компьютерных технологиях. Также в статье подчеркивается перспективность применения методов структурного описания пространственной формы в программах генеративного компьютерного формообразования с целью их широкого внедрения в современное архитектурное проектирование и программы обучения. Обозначаются основные направления использования знаний о закономерностях структурной организации архитектурного пространства в области компьютерных методов генеративного формообразования и возможности их применения в архитектурном проектировании и обучении основам архитектурной деятельности.

Введение в обиход современного архитектора компьютерной техники повышает качество технической проработки проектов, степень объективности и обоснованности принимаемых проектных решений, ускоряет процессы проектирования. Технические возможности нелинейного программирования позволяют принимать промежуточные решения по ходу выполнения проекта на разных стадиях и при этом включать возможности техники в творческий процесс архитектора, полнее и многостороннее учитывать естественные геометрические и структурно-топологические ограничения формообразования.

Сегодня наблюдаются процессы преобразования архитектурной деятельности. Во все ее сферы активно проникают компьютерные технологии. Скорость и обширность процессов замены традиционных профессиональных инструментов и методов грозят потерей накопленного предшествующими поколениями опыта и подменой его универсальной технократической культурой, обслуживающей сегодня области инженерно-технического и информационно-технологического проектирования. Основные из применяемых в настоящее время проектных программ первоначально разрабатывались для решения инженерных задач, и это определило характер их интерфейсов. Архитекторы до сих пор используют ограниченную палитру компьютерных средств, главным образом используя компьютер в качестве замены инструментов черчения, копирования, архивации и графического отображения.

Еще только предстоит полноценно ввести компьютер в процессы практического проектирования и обучения. Основным условием интеграции компьютерных технологий в сферу архитектурной деятельности является сокращение разрыва между гуманитарным и естественнонаучным знанием об архитектуре, расширение исследования областей, поддающихся формализации и естественнонаучному изучению свойств архитектуры [1.1].

Решение проблем внедрения компьютерного проектирования определит ряд новых направлений архитектурной деятельности, связанных с условиями

© В.Э. Волынсков, 2008

проектирования, использованием необходимой техники и программного обеспечения в практике проектирования, компьютеризацией процессов профессионального обучения и неизбежной корректировкой самих учебных программ, ориентированных на новые методы проектирования и строительства [1.2]. Внедрение в программы обучения новых методик, основанных на структурной трактовке строения архитектурных объектов, ознакомлении с логикой естественного формообразования в реальном пространстве в увязке архитектуры со всем предметно-пространственным искусственным и природным окружением, продолжит традиции Л. да Винчи, А. Дюрера и Кр. Рэйя, которые видели в архитектуре не противопоставление природе, а приближение к ней и вписывание в логику ее развития. Структурный метод может стать дополнением к традиционному композиционному методу, основанному на художественно-выразительных методах, и предоставляет возможность целостного описания строения архитектурных объектов в увязке с инженерными дисциплинами и строительными технологиями [1.7].

Архитекторы и студенты уже сегодня используют компьютерные модели - виртуальные, киберреальные1, виртуреальные2, и в ближайшем будущем следует ожидать расширения сферы их применения для решения профессиональных задач. Компьютерные модели становятся наиболее перспективными в архитектурном проектировании и обучении.

Современные программы компьютерной поддержки проектирования семейства CAD3 за сравнительно короткую историю своего существования претерпели значительные эволюционные изменения и сегодня способны моделировать пространственные архитектурные построения в виртуальной среде (Vertual Reality). Это стало новой сферой архитектурной деятельности (компьютерная визуализация), характер которой еще только складывается, но которая уже демонстрирует принципиально новые возможности в области формообразования: попытки выведения «формулы формы», изменение параметров которой автоматически генерирует виртуальные формы (Ц. Содду, И. Гилис); разработка алгоритмов эволюционного виртуального формообразования (Дж, Фрейзер, В. Митчелл) [2.2, 2.6, 2.7, 2.8] (рис. 1); новые методы архитектурного проектирования (П. Эйзенман, Фр. Герри и др.) (рис. 2, 3).

Джон Фрейзер считается основателем нового направления. В его лаборатории собирались компьютерные установки, создавалось компьютерное обеспечение и демонстрировались возможности компьютерного формообразования.

Конструирование из предварительно изготовленных форм (взаимозаменяемая сборка высокотехнологических устройств) становится главным направлением развития современной материальной культуры. Комплексность

1 Киберреальные модели связаны с воссозданием искусственной реальности в сознании человека (в отличие от виртуальной реальности, формируемой внутри компьютера).

2 Виртуреальные модели представляют собой комбинированные модели, построенные на основе визуального эффекта наложения искусственного изображения на реальное (например, панели управления в истребителях, тренажерные шлемы спецназа и другие).

3 CAD - абр. Computer Aided Design - компьютерная поддержка проектирования, семейство программ компьютерного обеспечения проектирования, охватывающего области приборостроения, машиностроения, строительного и архитектурного проектирования, градостроительства.

и масштабность задач по интенсификации строительства в целом предполагает необходимость поиска нового подхода к решению целого ряда архитектурно-пространственных и градостроительных проблем, среди которых сама возможность контроля процессов структурного формообразования архитектурных объектов становится крайне важной. В настоящее время разрабатываются методики, основой которых становятся формальные языки программирования для последующего решения с использованием компьютера.

Рис. 1. Эволюционная архитектура

Формализация и алгоритмическое решение задач определения исходных данных проектирования, выявление и управление функционированием геометрических и топологических пространственных структур, обеспечивающих условия функционирования объекта, особенно при формировании сложных по своей структуре архитектурных и градостроительных объектов, освободит архитектора от рутинной и трудоемкой работы. Тогда возникнет возможность каталогизации архитектурных объектов по их структурным характеристикам строения, а не по названию, автору, времени строительства, художественной стилистике [1.9].

Рис. 2. Проект музея Гугенхейма в Нью-Йорке. Компьютерная модель просчета опорных конструкций и остекления. Френк Герри

Рис. 3. Конструктивная модель и модель с просчетом покрытия поверхности, выполненные в программе CATIA. Френк Герри, «DG Bank Building» Берлин, 1995-2000 гг.

С развитием компьютерных технологий возник феномен нового типа пространства, который человек научился создавать не только в своем вообра-

жении, но и в некой промежуточной (посреднической) среде, называемой искусственной реальностью (рис. 4).

Рис. 4. Виртуальный мир как способ обучения стратегическим навыкам в американской армии

Современные технологии создания искусственной реальности убеждают в больших возможностях гипостазирования4, когда мы не способны определить с уверенностью, что воспринимаемое изображение является реально существующим или же всего лишь виртуальной иллюзией, миражом5. По мнению специалистов, изучающих проблемы искусственной реальности, последняя в значительной степени обязана своим появлением научной фантастике (в том числе такому поджанру, как киберпанк), Интернету и др. В области кинематографии впервые стали масштабно использовать виртуальные возможности создания иллюзии реального пространства, причем предпринимались попытки определения будущей среды обитания человека в новых формах6. Сегодня проблема виртуального формирования искусственной среды приобрела глобальный и стратегический характер. Компьютерные игры, игровые автоматы, интерактивные Интернет-сайты обеспечивают высокий уровень достоверности «пребывания» в искусственных средах, создавая иллюзии жизни, в том числе в про-

4 Гипостазирование - придание абстрактной модели онтологического статуса, т. е. необоснованная вера в то, что в действительности все устроено именно так, как это предполагается в модели.

5 Уровень создаваемых на экране иллюзий современного кинематографа убеждает в том, что это лишь начало процесса сотворения не только особой антропогенной предметной среды в реальном мире, но и нового мира - нереального, виртуального, где все происходит по другим законам.

6 Наиболее впечатляюще показаны прогнозы будущего развития жилой среды в художественных фильмах «Бегущий по лезвию бритвы» (Blade Runner), США - Великобритания, 1982, реж. Ридли Скотт; «Вспомнить все» (Final Recall), США, 1990, реж. Пол Верхувен; «Косильщик лужаек» (The Lawnmower Man), США - Великобритания, 1992, реж. Бретт Леонард; «Матрица» (The Matrix), США, 1999, реж. Энди Вачовски и Лари Вачовски; «эКзистенциЯ» (eXistenZ), 1999, реж. Дэвид Кроненберг и др.

странственном ее понимании. Искусственное воспроизводство пространственных ситуаций открывает возможности приобретения особых навыков пространственного поведения, которые трудно выработать в реальных условиях. В связи с этим сегодня получили широкое распространение виртуальные тренажеры (в том числе военные, опытно-исследовательские, игровые и др.), используемые для имитации боевых действий, антитеррористических операций в условиях плотной и сложной городской среды, под водой, в атмосфере, космосе и других физически труднодостижимых средах, которые должны быть достоверно воспроизведены (рис. 5). Проблема такого рода воспроизводства связана не столько с копированием и воссозданием реальных прототипов, сколько с задачами «просчета» всего множества их возможных вариантов. Опыт разработки такого рода программ выявил проблему воспроизводства пространственной структуры в условиях виртуальной реальности: оказалось, что

ее воспроизводство на основе «виртуальных кирпичиков» (без учета структуры, а как сумма частей) по сложности сопоставимо с реальным строительством [2.1]. В связи с этим сегодня разрабатываются программы, обеспечивающие симбиоз реальной и виртуальной (виртуреальных) сред, что потребовало разработки соответствующих алгоритмов воспроизводства виртуальных пространственных структур, корреспондирующихся с реальными. Современные коллективы разработчиков виртуальных архитектурных проектов, помимо архитекторов и художников, обязательно включают в свой состав опытных математиков и программистов, обеспечивающих «конвертирование» художественных идей в среду компьютеров.

На пути создания теории, обеспечивающей преемственный переход от традиционных подходов к новым, построенным на компьютерных технологиях, стоят задачи разработки концепций, предусматривающих формальносистемные трактовки действия архитектурных механизмов. Появление таких концепций естественнонаучного характера сблизит архитектуру с родственными ей по строительной деятельности науками технического плана.

Компьютер становится мощным инструментом моделирования формы архитектурных объектов. Современные методы структурно-генеративного моделирования форм в виртуальной среде компьютера7 открывают возможности продуктивной реализации творческих архитектурных концепций. Новейшие методы программирования процессов виртуального формообразования сегодня получили широкое развитие в области технического дизайна и частично в архитектуре. Благодаря цифровым технологиям архитектор приобретает уникальную возможность получить признание своей индивидуальной творческой доктрины, апеллируя не только к своим реальным постройкам (которые обычно являются плодом коллективного творчества), но и к максимально широко охватывающим весь потенциал творческих идей мастера виртуальным генерациям архитектурных решений, которые могут быть представлены во всей глубине своей проработки. Для архитекторов это исключительная возможность, поскольку многие из них не удовлетворены в полной мере реализацией своих творческих замыслов.

7 Речь идет о трех основных методах компьютерного генеративного проектирования виртуальных форм: грамматика форм (Shape Grammar), генетический алгоритм (Genetic Algorithm) и ячеистый автомат (Cellular Automata).

Рис. 5. Самый крупный виртуальный тренажёр - Combined Arms Tactical Trainer

Вооружившись инструментарием генеративного компьютерного проектирования, архитектор получает возможность воссоздать стилистическое многообразие пространственных форм, предопределенное его индивидуальной творческой концепцией при условии ее описания в категориях формального языка [2.4, 2.5]. Внедрение генеративных проектных методик в практическое архитектурное проектирование и обучение в качестве дополнительных мето-

дов решения задач формообразования открывают возможности для формирования новых направлений профессиональной деятельности. Сегодня архитектурное проектирование отстает в части новаций от инженерно-строительного и машиностроительного проектирования, где уже произошли существенные сдвиги и появились новые области деятельности и профессии8.

Сегодня в профессии определяются задачи поиска таких форм пространственной организации искусственного окружения, которые бы соответствовали уровню социального и экономического бытия общества и обеспечивали его дальнейшее развитие. Такие процессы должны находить свое отражение в содержании предмета архитектурной и градостроительной деятельности, которая тесно связана с конструированием все более сложных по своей структурной организации пространственных объектов, составляющих искусственный мир людей.

Библиографический список

1. Отечественные источники

1.1. Авдотьин, Л.Н. Технические средства в архитектурном проектировании / Л.Н. Авдо-тьин - М. :Стройиздат, 1986.

1.2. Григорьев, Э.П. Теория и практика машинного проектирования объектов строительства / Э.П. Григорьев. - М. , 1974.

1.3. Завадский, К.М. К проблеме прогресса живых и технических систем / К.М. Завадский // Теоретические вопросы прогрессивного развития живой природы и техники. - Л. : Наука, 1970.

1.4. Зарипов, РХ. Машинный поиск вариантов при моделировании творческого процесса / Р.Х. Зарипов. - М. : Наука, 1983.

1.5. Кудрин, В.И. Исследование технических систем как сообществ-техноценозов / В.И. Кудрин. - М. , 1976.

1.6. Лебедев, Ю.С. Трансформация в архитектуре и живой природе. Архитектура и бионика / Ю.С. Лебедев. - М. , 1990.

1.7. Лежава, И.Г. Структурные особенности формирования архитектурных объектов / И.Г. Лежава // Города и системы расселения. - М. , 1985. - № 6.

1.8. Тиль, Ф. Обозначение пространства, движение и ориентация / Ф. Тиль // Современная архитектура. - 1969. - № 5.

1.9. Шубенков, М.В. Организация архитектурного пространства / М.В. Шубенков // Архитектура СССР. - 1988, июнь.

2. Иностранные источники

2.1. Alexander, C. Notes on the Synthesis of Form / С. Alexander - Harvard: Harvard University Press, 1964.

2.2. Cagan, J. A grammatical approach to network flow synthesis. Formal Methods for CAD, IFIP YC5/WG5.2 Workshop / J. Cagan, W. Mitchell. - Tallinn, Estonia, June IFIP Transaction 3B-18173-189/FONT>, 1994.

2.3. Knight, T.W. Infinite patterns and their symmetry / T.W. Knight // Languages in Design 3 (in press), 1997.

2.4. Knight, T.W. Designing a shape grammar: Problems of predictability / T.W. Knight // Artificial Intelligence in Design. Eds J. S. Gero, F. Sudweeks (Kluwer, Dordrecht), 1998.

8 Такие, как логистика и системотехника строительства, машиностроения, приборостроения, авиастроения и др.

2.5. Knight, T.W. Shape grammar: Six types. Environment and planning B: Planning and Desing 26:1 15-31, 1999.

2.6. Mitchell, WJ. The Logic of Architecture / WJ. Mitchell. - Cambridge: MIT Press, MA,

1989.

2.7. Mitchell, WJ. Funcdtional grammars: an introduction / WJ. Mitchell. - Cambridge: MIT Press, MA, 1991.

2.8. Mitchell, WJ. Liggett R.S., Tvan T. The Art of Computer programming: a Structured Introduction for Architects and Designers / WJ. Mitchell, R.S. Liggett T. Tvan. - N.Y. : Van Nostrand Reinhold., 1987.

2.9. Stiny, G. Introduction to shape and shape grammars / G. Stiny // Environment and planning B 7., 1979.

2.10. Stiny, G. Shape rules: Closure, continuity and emergence / G. Stiny // Environment and planning B: Planning and Design 21, 1994.

2.11. Stiny, G. Commentary: Shape / G. Stiny // Environment and planning B: Planning and Design, 1999. - >fe 19.

2.12. Stiny, G. The Palladian plans / G. Stiny, WJ. Mitchell // Environment and planning B: Planning and Design 5, 1978.

V.E. VOLYNSKOV

STRUCTURE OF ARCHITECTURAL SPACE AND COMPUTER TECHNOLOGIES

The urgent necessity of further researches on formalization and mathematization of properties determining a spatial structure of architectural objects, and revealing of new methods of shape formation in a sphere of architecture based on computer technologies is determined in the paper. The perspective of application of methods of the structural description of the spatial form in the programs of generative computer shape formation with the purpose of their wide introduction in modern architectural designing and programs of training is emphasized.

The basic directions of use of knowledge about the laws of structural organization of architectural space in the field of computer methods of generative shape formation and opportunity of their application in architectural designing and training to bases of architectural activity are described.

УДК. 711.03

Е.А. СЫСОЕВА, аспирант,

СГАСУ, САМАРА

ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ДЕРЕВЯННОЙ ЗАСТРОЙКИ САМАРЫ КОНЦА XIX - НАЧАЛА XX ВЕКА

В статье рассматриваются градостроительные предпосылки и особенности размещения и развития деревянной застройки Самары конца XIX - начала XX века. Выявлены характерные особенности квартальной застройки города, составлена типология планировочной, функциональной организации дворовых мест Самары. Собраны и рассмотре-

© Е.А. Сысоева, 2008