10471

91

Рис. 76. Пример разбора условной геометрической фигуры на составляющие ее элементы: К — локум; Н —внутренняя перегородка; Т —Т-образный узел сопряженияперегородок; X - крестообразный узел сопряжения перегородок.

Раздел II: Cтруктурно-логический.

Лекция 10. Графоаналитический анализ пространственной связанности.

При проектировании архитектор выпужден решать множество задач, в том числе и задачу сокращения расстояний перемещений из одних пространств в другие, оптимизируя структуру межпространственной циркуляции. Чтобы избежать возможных ошибок при решении такого рода задач и сократить время поиска оптимальных вариантов их решения, необходимо исследовать циркуляционные характеристики различных форм пространственной организации зданий.

Среди зданий с ячеистой пространственной структурой выделяются наиболее характерные, часто повторно используемые образцы жилых и административных зданий, формализуются в модели для исследования структурных свойств компоновки их пространственно-планировочных элементов. Поскольку в здании теоретически могут располагаться несколько самостоятельных учреждений, требующих своей пространственной обособленности в рамках единой пространственной структуры, то рассматриваются варианты выделения циркуляционных блоков, которые могут собираться в кластеры (грозди) и рассматриваться самостоятельно. Предметом исследования для нас становятся циркуляционные характеристики различных форм планировочной организации архитектурных объектов. Чтобы изучить влияние формы планировочной организации здания на циркуляцию, необходимо построить модель сооружения, отображающую его пространственнопланировочную структуру.

Для исследования выбраны 5 основных видов планировки архитектурных объектов с ячеистой структурой планов, отмеченные выше в качестве инвариантных: линейный, крестовой, елочный, веерный и решетчатый. В

92

качестве условных ячеек были выбраны статистически наиболее часто встречаемые помещения с размерами 3,6 х 5,4 и 4,4 х 4,4 м. В состав системы входит все, без чего система не была бы самой собой. Согласно постулатам обшей теории систем, утрата важного элемента изменяет нею систему. Встает вопрос о том, как отделять важные элементы системы от второстепенных, т.е. о приоритетах при оценке роли элементов, составляющих ту или иную архитектурную систему.

Повторность циркуляционных схем является закономерностью структуры и всегда встречается в различных планировочных ситуациях. Смысл этого заключается в том, человек реализует различные процессы в сравнительно небольшом количестве разнотипных пространств и пространственных ситуаций. Например, если изменить планировку традиционной жилой квартиры, имеющей структуру связанности по типу «дерево», нарушить эту структуру, добавив несвойственные для жилой пространственной организации связи между помещениями, то планировка станет непригодной для жилья.

Правила и закономерности пространствообразовапия не носят абсолютного характера во всех, без исключения, архитектурнопространственных ситуациях. Именно сочетания пространств-помещений и проявления тех или иных закономерностей характеризуют различные архитектурные «планировочные стили».

Паттерны, собранные в сложные образования, могут быть организованы различно: как трансформационные или комбинаторные. Помимо условий геометрического характера, связанных с формированием ячеистой структуры архитектурных объектов, важную роль в их организации играет процесс организации «межячеистой» связанности, которую архитекторы часто называют циркуляцией, или функциональной связанностью. Следует вернуться к вышеприведенному рассуждению о том как планировочные формы соотносятся с графами связанности локумов.

Достаточно правомерна постановка задачи минимизации перемещений между помещениями внутри архитектурных объектов. Эта задача лежит в кругу задач минимизации излишних непроизводительных затрат. Кроме того, возможны постановки задач учета ориентации ряда помещений в плане зданий, их обязательный контакт с периметром наружных стен, наличие естественной вентиляции, света. Все эти требования могут формулироваться в рамках общей модели пространственной формы архитектурных объектов. Проектировщики могут использовать подобные модели с целью выбора необходимого варианта планировки, удовлетворяющего заданным параметрам. Эти варианты параметрических пoказателей маркируют образцы удачного решения формируя

93

Рис.77. Структура градостроительного кластера промышленного характера : градостроительная на основе комбинирования и трасформации градостроительных сеток, структура кластера с наложенным графом функциональных взаимосвязей.

Обсуждая вопрос циркуляции внутри зданий и градостроительных комплексов, можно отметить, что он становится важным при решении задач минимизации перемещений масс людей или предметов в театрах, киноконцертных зачах или стадионах, офисах и т.п. Вопрос циркуляции принципиален и для квартир, где незыблемые правила оптимизации взаимосвязей между помещениями разного назначения имеют большое значение.

Циркуляция учитывается при расчете путей эвакуации при пожаре. В проектном законодательстве предприняты попытки нормировамия этой характеристики посредством задания предельно допустимых расстояний между планировчными модулями и элементами, обеспечивающими эвакуацию (противопожарные лестницы, наружный выход, лифты пожарных подразделений, тамбур-шлюзы и т.д.), и наиболее удаленной точкой эвакуации.

Приведем пример. Допустим, четыре помещения могут быть связаны друг с другом разными способами при условии, что они ортогональны и их общие границы — проницаемы. Таких вариантов может быть 6. Первый способ — цепочка (анфилада) - имеет три варианта своего геометрического построения. Второй, третий, четвертый и пятый — по

94

одному, шестой — не имеет геометрического отображения.

Рис. 78. Виды графов связности пространственных ячеек по Шубенкову М.

Нетрудно сопоставить рассматриваемые нами ортогональные геометрические формы и реальные ортогональные планировочные решения архитектурных объектов. Кроме того, графы связанности, моделирующие соседство и взаимосвязь помещенийлокумов в составе планов, воспроизводят определенные функциональные характеристики архитектурного сооружения. Современный метод проектирования предусматривает предварительное техническое задание, где могут указываться требования к перечню основных помещений и их необходимые связи друг с другом, которые могут быть представлены в виде «функциональной» диаграммы, часто составляемой практикующими архитекторами.

Естественно, слишком трудоемко каталогизировать все множество вариантов циркуляционных цепей в планировочных решениях, но выявить закономерности построения, виды и оценочные параметры полезно для проектного дела. В работах Л. Марча, Матела, О'Харе уже намечены основные теоретические предпосылки к выявлению закономерностей. На базе имеющегося исследовательского опыта можно предположить, какие предпосылки могут быть заложены в создание теории пространственной циркуляции архитектурных объектов, т.е. сформулировать положения новой парадигмы пространственно-топологического построения планировочных решений разных форм циркуляции.

95

Для определения свойств пространственной циркуляции в архитектурных объектах обратимся к инструментарию графоаналитических теорий, представленному ранее. Мы уже выяснили, что геометрическое построение модели архитектурного объекта предполагает создание некой структуры взаимосвязанных пространственных элементов-локумов. Элементы имеют общие друг с другом границы компоновки. Каждая такая граница потенциально может быть физически проходимой из одного локализованного пространства в другое.

Любое архитектурное образование обладает обязательной связанностью входящих в его состав помещений. Вид этой связанности и определяет форму циркуляционной структуры. Именно эта форма организации циркуляции и интересна нам в качестве предмета исследования. Представим формы циркуляции в графоаналитическом виде.

Чтобы увидеть нечто в целом, необходимо определить и понять его составные части. Как мы отметили выше, в обобщенном виде практически любой и архитектурный объект — будь то отдельное сооружение или поселение в целом — может быть представлен как некая совокупность взаимосвязанных вместилищ: на уровне сооружений это могут быть помещения, комнаты, коридоры, холлы; на уровне поселений — участки, зоны, территории, «пространства». При этом данные ячейки существуют как бы в двух качествах:

1.Выделяемые ячейки граничат друг с другом, напоминая строение пены, где отдельная пустота-ячейка, соприкасаясь с другими, сплошь заполняет некую форму;

2.Все ячейки связаны друг с другом, т.е. имеют проходы из одних в другие, и в этом смысле напоминают систему капилляров, где узлы,

Рис. 79. Варианты графоаналитической модели одной и той жетопологической структуры, представленной в форме сетей разной конфигурации

96

определяющие место соединения разных капилляров, в различной последовательности соединены связями-проходами.

В первом случае мы сталкиваемся с проблемой исследования особенностей структурной организации различных форм «пограничного соседства» множества ячеек. При этом следует учитывать, что сами ячейки могут иметь различные размеры и конфигурацию формы внутреннего объема-вместилища и внешней оболочки ячейки. В теории архитектуры проблема пространственного «соседства» определяется через понятие компоновки и связана с «составлением из различных частей единого целого, синтезируемого в силу внутренней диалектики компонентов» (по Э. Роджерсу). Компоновка же предполагает составление некоего целого из частей, при этом считаются заданными как сами части, так и правила их соединения.

В данном случае мы имеем дело с проблемой исследования циркуляции, т.е. возможности попадания из одних помещений в другие. В структуре связей разные помещения играют различную роль, которая определяется: во-первых, степенью связанности каждого помещения со своим окружением — другими помещениями: во-вторых, положением локума в циркуляционной системе и его позиционной ролью в структуре.

Каждая ячейка в общей структуре связей занимает определенное место и играет соответствующую коммуникационную (циркуляционную) роль. Рассматривая планировки этажей жилого дома, можно выделить отдельные помещения-локумы, «одновалентные» по своим связям и имеющие малую доступность (жилые и ванные комнаты, санузлы, некоторые технические помещения) и помещения с несколькими связями с соседними помещениями, «поливалентные» по своим связям, определяющие доступность искомого множества помещений (холлов, коридоров, атриумов). Важность выявления таких свойств определяется тем, что отдельные ячейки, будучи «выключенными» из цепи пространственных связей, могут полностью «омертвить» циркуляционную систему или активизировать коммуникации, чтоб изменить функционирование объекта. В настоящее время накоплен опыт исследований в обоих направлениях и получены результаты, заслуживающие внимания в прикладных аспектах практического проектирования.

Первое свойство пространственной циркуляции обуславливает компактность систем связанных пространств-локумов. При сравнении планировочной организации двух поселений, где первое имеет уличную сеть в форме «дерева», т.е. все улицы последовательно ветвятся от единственного «ствола» — главной улицы, а все дома размещаются на ответвляющихся улицах; а второе поселение имеет уличную сеть в форме «решетки» по гипподамовой системе. В первом случае нетрудно отметить, что любое перемещение от одного дома к другому возможно лишь по

97

единственно возможному пути. Длинный этот путь или короткий — выбора нет. Во втором случае мы, напротив, имеем возможность выбора маршрута перемещения между любой парой произвольно выбранных мест, т.е. степень доступности, вариабельность маршрутов по втором случае выше. Практически любую форму планировки можно описать в виде комбинации «решетчатых» и «ветвенидобных» планировочных структур подобно тому, как электрические цепи описываются как параллельные и последовательные соединения.

Важно найти способ различия циркуляционных соединений — с этой целью разработан ряд специальных параметров: циркуляционная роль элемента в составе общей структуры связей; контроль циркуляционной доступности элемента и циркуляционные типы.

Первый показатель связан с оценкой степени структурной доступности. В основе его определения лежит следующее рассуждение. В неком множестве пространств-локумов, различным образом связанных друг с другом, их взаимная доступность будет зависеть от положения каждого конкретного локума в общей структуре связей. При этом локумы обладают тем большей доступностью ио отношению ко всей системе в целом, чем больше других локумов находятся в его ближайшем окружении, т.е. если циркуляционную структуру представить в виде паутины, то чем ближе к центру будет элемент, тем выше будет его структурный статус. Соответственно, необходимо принимать в расчет все множество непосредственных и опосредованных связей между локумами. Наиболее удаленными от искомого локума будут считаться те, которые имеют наибольшее количество промежуточных ячеек. Исходя из этого, доступность может быть определена как среднее число промежуточных локумов на единицу связей.

Искомый показатель рассчитывается на основе графоаналитической модели, где структура взаимодействия ячеек отображена в форме математического графа связанности элементов. Для расчета необходимо осуществить преобразование графа, которое сводится к «поуровневому» размещению его вершин: нулевой уровень занимает расчетная вершина; первый уровень — вершины, непосредственно связанные с расчетной; второй — вершины, непосредственно связанные с вершинами первого уровня, и так далее до тех пор, пока все вершины графа не разместятся на соответствующих уровнях. На каждом из уровней изображаются равноудаленные вершины, и по ним осуществляется расчет средней величины связанности расчетной вершины со всеми остальными с учетом их уровня размещения. Расчет производится по формуле, предложенной Хансоном и Хиллером:

Д = (К х 1 + К х 2 + ... + К„ х п ) / т - 1, (6.1)

98

где Д — показатель статуса элемента в общей системе; п — порядковый номер наиболее удаленного уровня; К|2 количество вершин (локумов) на каждом из уровней; т — общее количество вершин.

Данный показатель может иметь важное значение при решении задач определения мест размещения объектов, требующих максимальной доступности в пределах заданного объекта, представленного множеством взаимосвязанных пространств. Показатель может быть эффективен для расчета коммуникаций помещений в рамках отдельных объектов, где осуществлена дифференциация общей пространственной формы на отдельные составные пространственные территориальные элементы.

Второй из предлагаемых показателей контроля циркуляционной доступности архитектурного пространства обусловлен задачами управления функционированием пространственных циркуляционных систем - учете интенсивности связей каждого пространства-локума со своим непосредственным окружением.

Для целей количественной оценки этого свойства разработан специальный показатель «контроля доступности». В основу определения этого показателя положено следующее рассуждение. Каждая из ячеек, находясь во взаимосвязи с другими, осуществляет своеобразный контроль их доступности. Чем больше связей приходится на ячейку, тем большим количеством локумов расчетный локум «управляет» и, соответственно, тем меньше степень его зависимости от других. Интенсивность системных связей каждой пары пространств-локумов составляет сумму интенсивности связей каждого из локумов, задействованных в структуре:

где ИС — интенсивность связей окружающих пространств-локумов. Третий показатель основан на определении принадлежности той или

иной формы циркуляционной организации к циркуляционным типам.

Таких типов выделено пять:

•линейный,

•гребешковый,

•ветвистый,

•ромашковый,

•сеточный.

Изучение закономерностей структурной организации архитектурного пространства сопряжено с исследованием проблем топологического характера и пространственной циркуляционной связанности. Между этими свойствами планировочной формой есть тесная связь.

Характерным примером активного использования свойств пространственной доступности являются исламские исторические города. Планировочная структура планов Алгерии в Алжире, Дамаска, Самарканда строится на сознательном формировании ветвисто-тупиковых переулков.

99

Среди множества способов физического регулирования архитектурного пространства самым древним и эффективным является обозначение границ пространств-локумов посредством барьеров: стен, изгородей, заборов и т.д. При этом пространственная доступность является важнейшей характеристикой, определяющей возможности реализации процессов в пределах заданной территории сооружения или градостроительного образования. Характеристика доступности в аспекте ее структурного рассмотрения определяет возможность многовариантиого перемещения между пространствами-локумами: возможность выбора маршрута перемещения из одних локумов в другие.

Здание в форме куба с длиной стороны 10 м будет иметь объем 1000 куб. м. и поверхность стен 400 м2. Кубическая форма здания является оптимальной с точки зрения заключения максимально большого внутреннего объема при наименьших значениях площади ограждающих поверхностей (сферы и полусферы, как сравнительно редко встречающиеся в качестве форм зданий не учитываются). Исследованные Р. Боном здания имеют значения отношения плошади поверхности к объему большие, чем предлагает кубическая кривая. Это связано с тем, что реальные здания к большинстве случаев имеют удлиненные формы, а контур наружных стен — ломанную конфигурацию. Эта специфическая особенность архитектурных объектов объясняется необходимостью такой планировочной формы, которая бы позволяла большинству помещений иметь окна, обеспечивающие дневной свет, вид и естественную вентиляцию.

Кубическая кривая па графике отмечает значения параметров площади этажа и высоты здания кубической формы. Среди попавших в выборку 40 исследуемых реальных зданий наиболее близкие значения указанных параметров имели здания в 12 этажа, т.е. здания, которые приближались к форме куба. Одноэтажные здания с большой площадью застройки на графике найдут свое место ниже «кубической» кривой. Большинство зданий имеет форму параллелепипеда с превалированием своей высоты, и на графике, соответственно, они разместилисьнад «кубической» кривой с существенным отклонением. Эта характерная особенность указывает на то, что здания с увеличением объема начинают принимать форму параллелепипеда, изменяющего свои значения только по двум (из трех) своих параметров: по высоте (этажности) и длине. Параметр ширины сохраняется константным в связи с требованиями инсоляции, освещенности, вентиляции и т.д. Эта особенность строения «контурной» формы архитектурных зданий отражает одну из архитектурных универсалий, определяющих закономерность в построении крупных многокамерных зданий в форме пластины (многоквартирных домов, офисных, больничных, учебных комплексов и т.д.). Как мы отметили выше, с математической точки зрения кубическая форма оптимальна для

100

здания, поскольку обеспечивает наиболее рациональное соотношение величины внутреннего объема и контурной поверхности, его выгораживающей. Тот факт, что более популярной архитектурной формой стала пластина, подчеркивает значимость для формообразования архитектурных объектов внешних (неморфологических) факторов, определяющих функциональные требования людей к создаваемым оболочкам.

Стидман выразил математически соотношения стен и объема для архитектурных сооружений через логарифм, обнаружив закономерность морфологического характера. При решении планировочных задач архитекторами преимущественно используются эвристические методы достижения результата, поскольку каждый такой результат претендует на новизну и уникальность. Архитекторы разрабатывали и совершенствовали проектный метод с целью адекватности создаваемого материального объекта поставленной социальной задаче. Первоначально компьютерные методы проектирования имитировали метод традиционного проектирования человеком, но с развитием культуры программирования, появлением самообучаемых программ поиска решений стало наблюдаться отклонение в методологии проектирования от имитационного к самостоятельному компьютерному. Такое компьютерное проектирование предполагает кардинальиую замену многих положений традиционного проектирования и этим предопределяет множество профессиональных конфликтов. Сегодня необходимы научное осмысление происходящих процессов, критическая оценка достоинств и недостатков новых методов проектирования искусственных объектов среды, разработка специальных адаптационных методик для гармоничного перестраивания традиционной профессиональной методологии в новых условиях. Выбор необходимого решения связан с обеспечением некоторых критериев, которые могут быть неявными, скрытыми и связанными с эстетическими, климатическими (тсмпературно-влажностными), инсоляционнымн требованиями, а также требованиями освещения, обмена воздуха и др. Одним из таких эвристических методов является метод определения минимальных связей между пространственными местами при расчете оптимальных трасс пешеходного движения. В ЦПИИЭП градостроительства в 1970-е годы предпринимались попытки решения оптимизационных задач планировки сетей пешеходного и транспортного сообщения (Л. Ром; Л. Авдольин). Аналогичны работы Истмана (1975). В. Митчелла (1977), А. Табора (1970). Главная цель выработка процесса компоновки плана, чтобы прийти к единственно правильному планировочному решению на основе функционального представления, выраженного в схемах циркуляции с применением математического метода. Необходимо выработать «паттерны» компоновки помещений, когда минимизированы расстояния между функционально значимыми помещениями. Топологические