10472

111

постулат. Возможно, такие же закономерности лежат в основе вариантов компоновки пространственных образований, а естественно-природная выборность и популярность употребления некоторых из них связана с определенными свойствами, которыми они обладают в максимальной или минимальной степени (та же анфиладная, коридорная, ветвистая и т.д.).

Собственно, сделанные заявления по поводу существования разных характерных типов планировки зданий не являются открытием. Каждый архитектор хорошо знает о существовании коридорных, галерейных и секционных жилых домов, о решетчатой основе формирования планировочной структуры зданий и поселений, об особенностях формирования крупных комплексов и мелких архитектурных объектов. Однако до сих пор очевидные закономерности архитектурного формообразования не были сведены в общую теорию, построенную на естественнонаучном основании.

Лекция 12. Генеративные проектные системы. Структурная архитектоника.

Рис.80. Струтурогенез локумов.

Представленные в предыдущих частях пособия исследования позволяют увидеть приемы и методы формализации структурных свойств пространственной формы и их перевода в плоскость изучения в качестве формальных моделей. Строение архитектурного объекта можно

112

представить как определенным образом организованные структуры, объединенные в системы по различным признакам целостности их организации. Задачей является выработка удобных форм описания состояний этих структур, объяснения процессов, которые в них происходят, причинно-следственных связей, определивших различные формы их образования. Наука накопила определенный опыт исследования сложных структур, изменяющихся во времени под влиянием внешних воздействий. В основе предлагаемой автором модели лежит предположение, что любая структура, формируемая при помощи людей и для людей, но обусловленная естественными законами ее пространственной реализации, стремится к самоорганизации — спонтанному возникновению упорядоченного состояния или поведения в сложных открытых системах. Появление из начальной неупорядоченности новых структур в условиях влияния стохастических внешних воздействий, другими словами — рождение регулярно предсказуемого поведения в сложной системе, состоящей из элементов с «хаотической» динамикой, — есть проявление эволюционных законов естественного развития.

Воснове любой науки лежит представление о структурном элементе

иего свойствах, которые и являются предметом изучения. С момента выделения основного элемента строения какого-либо класса систем появляется соответствующий раздел естествознания. С определением слова как элемента системы языка появилась лингвистика, молекулы - молекулярная химия, атома — физика ядра, живой клетки— цитология п т.д. И.В. Гете в начале XIX века предложил свою морфологическую концепцию для объяснения механизмов формообразования растений. Именно предложенная им концепция определила спектр последующих морфологических исследований в разных областях естествознания — от биологии до языкознания.

Морфология — это термин, которым Гете назвал новую универсальную науку о форме и простран ственной структуре. Методы Гете, используемые в ботанике (где они и получили наибольшее распространение), были использованы не только для описания изображений и классификаций существующих растений, но позволили экстраполировать межвидовые разновидности растений и показать комбинации основных элементов формы растений, которые могут представлять разновидности, не известные ранее. Морфология Гете не имеет ничего общего с метафизикой, не связана с животными формами и механикой их анатомической структуры как и с функционадыгыми анализами их физиологии. Ему принадлежит идея определения границ исходного морфологического элемента не по вещественным признакам, а по операционным: они устанавливались при помощи флексий — операций преобразования элемента (расширения — сужения, искривления — прямолинейного роста и т.д.). Морфологические элементы — это не

113

априорно существующие единицы, из которых может быть собрана система, а ее части, на которые она может быть расчленена заранее оговоренным способом. Если ничего не известно о способе расчленения, то ничего нельзя узнать и о составляющих ее элементах. Важным предвидением Гете двести лет назад было предположение о возможности формального (математического) описания процесса происхождения морфологического многообразия растений. Работы Гете предопределили поиск неких инвариантных структур объекта исследования, инвариантами воплощения которых служили те или иные конкретные растительные формы. Он даже высказьгвал мысль о «перворастении» как о модели, способной имитировать строение существующих и потенциально возможных форм.

Сегодня, при рассмотрении проблемы исследования строения форм, принадлежащих живой и неживой природе, созданных человеком или Творцом, большинство исследований выделяют два основных аспекта: аспект морфологии формы и аспект ее структуры. Морфологический аспект характеризует вариабельность формы объектов, обусловленную деформациями, отклонениями и изменениями, не меняющими состояния определенной целостности объектов. Например, кости животного одного вида могут различаться размерами и конфигурацией, но биолог всегда определит, что это за кость и какое место она занимает в скелете данного животного. Это может быть даже динамически изменяемая форма, например, мышца. Мышца меняет свою форму, меняет морфологические характеристики, но остается одной и той же мышцей. Аналогия может быть продолжена и в архитектуре. Строительство православных храмов осуществляется по достаточно строгим канонам элементов строения и тому, как, где и в какой последовательности они должны быть применены. Но храмы различаются своими размерами,конфигурацией, особыми добавлениями, не нарушающими общего структурного единства объекта, но дающими вариантную возможность его представления.

Структурный аспект формы определяет прежде всего то, что форма может быть естественным образом разделена на части. Это абстрактная процедура, это допущение, но оно необходимо, поскольку именно сопоставление частей позволяет сравнивать формы. В общем виде все формы могут быть классифицированы на 3 разновидности (по диссертации М.С. Стефана Аль-Зуби ):

• Формы с неопределенной структурой. Например, такие формы вещества как облака, пар, метастазы и другие. Трудно определить не только сами части — составные элементы предмета, но и их отношения; формы с фиксированной структурой. Например, строительные конструкции, кристаллы. Для та ких форм характерно, что их части —

неизменяемы, а вариациям подлежат отношения частей друт к другу;

114

• формы, которые имеют вариабельную структуру. Такие формы могут меняться не только в отношениях частей, из которых состоят, но и изменять тип самих частей. Примером могут служить механические динамические устройства необратимого действия (пиротехнические устройства, изнашиваемые механизмы и др.). Если мы найдем способ сравнивать формы между собой, то может быть найдена и мера измерения их различия. Эта мера может быть определена как для опенки морфологических свойств, так и структурных. Важно отметить, что структурные свойства могут быть описаны как идентичные для форм, которые обладают разной морфологией. Это положение справедливо и в обратном приложении: формы с похожей морфологией могут обладать принципиально разной структурой. Например, сооружения, внешне очень похожие между собой, могут иметь принципиально разную составную структуру — самолет и его муляж, деревянный стул и его пластиковая копия, явления мимикрии в животном мире и др.

Каждое из обсуждаемых свойств мы можем исследовать только в его изоморфическом отражении — через модель. Процесс формализации и моделирования обсуждался выше. Здесь же важно отметить неизбежность использования модели при оценке различий в морфологическом и структурном строении формы, в том числе и архитектурной.

Для объяснения особенностей моделирования структурных свойств исследуемой формы следует рассмотреть рисунки Дюрера, которые демонстрируют способность человека по-разному воспринимать графическую информацию и в силу особенностей психофизики человеческого восприятия не всегда адекватно оценивать значение изменяемых геометрических свойств формы при происходящих ее трансформациях. Поскольку архитектор воспринимает результаты своей проектной деятельности в форме различного вида плоских изображений, чертежей, рисунков, эскизов, т.е. чаще всего имеет дело с плоскостными условными изображениями, лишь отражающими свойства объемных предметов, то и в этом смысле художественные в архитектурные проблемы идентичны.

Дюрер рисовал профиль головы человека на условной геометрической сетке и затем деформировал не сами изображения, а их основание. Сетка не меняла своих топологических свойств, отвечающих за последовательность, непрерывность и порядок связанности составляющих ее элементов, но изменялись конфигурационные параметры ячеек сетки — они могли расширяться в разных направления, сужаться, искривляться. Рисунок профиля головы менялся до неузнаваемости. Убрав сеткуподложку, уже невозможно было бы идентифицировать эти образы как рисунки одной и той же головы с измененным лишь одним свойством — геометрическим параметром конфигурации сетки-подложки.

115

Этот метод геометрической трансформации некой исходной основы применялся многими исследователями-биологами для классификации природных форм и получил название «трансформационного». В частности, можно сослаться на исследование, которое провел Дарси Томпсон|, предложивший «Теорию трансформаций или сравнения относительных форм» для описания и классификации форм в биологии. Эта теория позволила емусортировать биологические организмы по классам на основе внешних признаков деформационного построения. Д. Томпсон показывает, как может строиться зоологическая классификация форм рыб на основе трансформационного метода, где сам трансформационный процесс может помочь понять процесс формообразования и то, что изменение одного геометрического параметра изменяет форму существенно, ио не принципиально, поскольку другие ее параметры сохраняются без изменения. В этой теории заложен определенный ответ на вопрос о разной конфигурации элементов архитектурных планов, которые могут сохранять свои структурные свойства не зависимо от конфигурации составляющих их элементов, т.е. морфологических характеристик.

Рассмотрев то. как форма может быть изменена на основе трансформационных механизмов посредством изменения некоторых геометрических параметров, перейдем к анализу конкретной планировочной ситуации и исследуем, как составные элементы плана (помещения, комнаты) компонуются друг с другом. В качестве образца для исследования выберем прямоугольную планировочную форму как наиболее широко распространенную в архитектуре.

Традиция морфологических исследований в биологии восходит к уже упомянутому выше исследователю Д. Томпсону и другой его книге «Оll the Growth and Form» (1917). Ученый предпринял попытку определить ограничения в органической структуре животных и растений. Томпсон в своих работах показал, как прочность древесной волокнистой структуры определяет пределы высоты ствола растений. Им рассматривались наиболее массивные и высокие породы деревьев — в частности, баобабы. Эквивалентом сравнения усилия в отношении к лимиту веса был предел высоты деревьев этого вида (около 100 м). связанный с тем, что какой бы изощренной ни была конструкция ствола, прочностные свойства материала определяют некое конечное ограничение.

Наряду с растениями Д. Томпсон изучал строение тел больших животных. Максимальный размер тел для сухопутных животных — мамонтов и доисторических динозавров — определялся прочностными свойствами костной ткани их скелета. Д. Томпсон первым стал систематизировать структурные варианты строения живых конструкций и устанавливать закономерности их проявления.

Казалось бы, что с увеличением размеров организмов форма не должна меняться, а сохраняясь, пропорционально увеличиваться в

116

размере. Большое целое предполагает и большие части, но этого не происходит в реальности. Крупное и мелкое существо одного вида не становятся копиями в разном масштабе: детеныша всегда можно отличить от взрослой особи. Биологи объясняют это тем, что с увеличением линейного размера тела площадь его поверхности увеличивается в квадрате, а объем тела возрастает в кубе.

Для наглядности рассмотрим метрические параметры человека и то, как они меняются с изменениием размеров тела. Взрослый человек при среднем росте 1,75 м имеет площадь поверхности тела около 2 м2. Соответственно, сравнив эти данные с параметрами 6-летнего ребенка: рост — 1 м (что составит относительную величину 57% от 1,75 м), площадь поверхности тела 0,8 м2 (соответственно, 40% от 2 м2), мы убедимся, что показатели не меняются линейно.

Если живой организм увеличивается вдвое по своим линейным размерам, то его объем, а значит и вес, возрастут в несколько раз, и для поддержания такой массы конструкция скелета организма должна соответствующим образом приспособиться. Возникают так называемые «композиционные» изменения формы, хорошо исследованные биологами. В частности, такие изменения с точки зрения морфологии человека хорошо отслежены на сравнении форм взрослых и детских особей.

Интересна аналогия архитектурных объектов с живыми существами. Отличие больших животных от маленьких заключается лишь в количестве клеток, из которых состоят органы, а не в самом увеличении клеток как таковых. Это свойство строения,связанное с изменением физических размеров, идентично для большинства живых организмов. Некоторые ученые объясняют это тем, что существует некая структура (поле взаимодействий, формула развития, ментальные оболочки и т.д.), которая не позволяет организму безгранично «разрастаться» по мере замены клеток и физического роста формы тела. Биологи до сих пор не могут выяснить механизм, благодаря которому живой организм всегда сохраняет свою индивидуальную структуру, но наличие самой структуры не оспаривается.

Данное морфологическое свойство замечается и в архитектурных образованиях. Типологически можно выделить в составе архитектурных объектов различные по своим размерам помещения: сравнительно манле (санузлы, ванные, тамбуры, коридоры, кабинеты и т.д.) и большие (спортивные залы, холлы, атриумы и т.д.). Но сама структура большого комплекса и маленького будет отличаться прежде всего количеством помещений, а не пропорциональным общему объему увеличением самих помещений. Следовательно, можно отметить, что свойство архитектурных объектов с увеличением своих физических размеров сохранять метрический состав внутренних пространственных элементов является одной из архитектурных универсалий. При такого рода увеличении формы

117

архитектурного объекта происходит и усложнение его структуры, т.е. наращиваются количество и форма связей составных пространственных элементов.

Наука, изучающая закономерности роста живых организмов, называется аллометрией и является одним из разделов морфологии человека. Некоторые аллометрические методы были заимствованы из области биологии для исследования архитектурных объектов (Кр. Александер, 1971; Р. Бон, 1971, 1972, 1973). В частности, как упоминалось, американский исследователь Р. Бон на примере 40 зданий — жилых домов, гостиниц и офисов — определил, что формирование зданий и сооружений различных типов главным образом связано с решением задачи «обращенности» к естественному свету, воздуху и виду из окна. Р. Бон измерял объем и общую площадь поверхностей анализируемых зданий. Представим себе здание в форме куба с ребром а. Объем такого здания будет а3, а площадь поверхности стен (исключим потолок и пол) — 4 а1. Кубическая форма здания является оптимальной с точки зрения заключения максимально большого внутреннего объема при наименьших значениях площади ограждающих поверхностей. Ранее мы уже отмечали, что согласно исследованиям Р. Бона здания в большинстве своем имеют значения отношения площади поверхности к объему отличные от математически «оптимальных» значений. Реальные здания имеют удлиненные формы, а контур наружных стен зачастую ломаной конфигурации. В реальности большинство зданий имеет форму параллелепипеда с превалированием высоты или длины корпусов, и на графике Бона, соответ ственно, разместились над «кубической» кривой с увеличением отклонения по мере увеличения величины объекта. Параметр ширины корпуса в большинстве случаев сохраняется константным, достигнув величины в 12—14 м, обеспечивающей достаточную глубину освещенности внутри здания.

Смысл слов обычно осознается интуитивно, благодаря опыту и контексту. Но в переходные периоды, связанные со сменой парадигмы научной трактовки явлений, смысл некоторых терминов может меняться и определение опорных терминов полезно, по возможности, «освежать». Это позволяет более адекватно передать смысл и отличительные особенности высказываемых идей. Будем следовать этому положению. В настоящее время многие архитекторы и исследователи архитектуры говорят о смене парадигмы в трактовке архитектуры как социального института, призванного обеспечивать взаимодействие человека и создаваемой им среды в изменившихся условиях человеческого социума. Главным образом изменения связывают с активным включением в жизнь людей новых информационных технологий, так называемых медиа, которые меняют сам предмет профессиональной деятельности. Классическое определение понятию парадигма дал Томас Кун, определив ее как господствующую в

118

сложившемся научном сообществе понятийную концептуальную систему, стиль мышления, которые обеспечивают ученых схемами проблем и решений (Т. Кун, 1977). Ф. Капра в книге «Уроки мудрости» (1996) несколько расширил введенное Куном понятие и парадигму определил несколько иначе: парадигма — это совокупность мыслей, восприятий и ценностей, которые создают определенное видение реальности, оказывающееся основой самоорганизации общества. Таким образом, понятие парадигмы вырастает до общекультурного уровня, захватывая наряду с наукой также искусство и религию. По-видимому, в условиях глобальной информационной доступности знаний и мнений определение Ф. Капры более справедливо, и утверждающиеся новые парадигмы становятся не только уделом ученых, но и профессиональных сообществ, активно влияя на их методы решения профессиональных задач. Это необходимо учитывать при обсуждении опроса формирования новой методологии проектирования, поскольку в ее основе заложена проблема новой парадигмы.

Возникновение таких явлений как самоорганизация пространственных урбанизированных структур, с которыми все чаще сталкиваются архитекторы и планировщики, анализируя ситуации неконтролируемого разрастания поселений, сращивания городов, многочисленных внутригородских перестроек, надстроек, встроек, заставляет обратиться для их описания к моделям, которые используются в других сферах исследовательской деятельности людей — физике, химии, биологии. Такие явления, когда одна случайно сложившаяся структура (неупорядоченная согласно принятому порядку) в определенный момент своего развития приходит к некому порядку (упорядоченности), кажутся маловероятными по представлениям классической теории систем. Эти процессы непрерывно происходят и внеживой, и в живой природе. Такие структуры получили название диссипативных. Возникновение такого рода структур, т.е. само упорядочивание, уже достаточно глубоко изучено в современной науке, и считается установленным фактом, что такое возможно только в открытых системах, обусловленных воздействием внешних факторов.

На протяжении всего пособия высказывается гипотеза о том, что архитектурно-пространственную форму следует рассматривать именно как форму, а не как субстанцию, т.е. это система отношений, реляционная сущность, нечто абстрактное. Вопросы изучения закономерностей построения и существования такого рода систем должны быть сосредоточены в рамках определенной научной области. Исследовательское направление, объединяющее приемы и методы ведения научных исследований и поуказанным вопросам, в данном пособии названо структурной архитектоникой.

119

Таким образом, структурная архитектоника может быть охарактеризована как совокупность воззрений на архитектуру и методы ее исследования, в основе которых лежат понимание архитектурной формы как системы с четко выделяемыми структурными элементами (вычлененными архитектурными пространствами, их группами и т.д.) и стремление к строгому (приближающемуся к точным наукам) описанию естественного строения архитектурных объектов. Структурная архитектоника обращает особое внимание на структуру архитектурных объектов как сеть отношений составляющих их элементов. Ставится задача различения и изучения архитектуры как некой культурологической и геометрической системы, а также как результата реализации этой системы как множества «правильно построенных компоновок», где правила могли вырабатываться в процессе естественной эволюции строительной деятельности людей и проявляться на уровне врожденных идей. Задача структурной архитектоники состоит в изучении архитектуры как системы с присущими ей реляционными свойствами.

Структурная архитектоника связана с поиском более последовательной системы основных понятий архитектурной науки и стремлением разработать столь же строгие методы синхронного описания объектов современной архитектуры, опираясь не на сравнительноисторический, искусствоведческий и композиционный (художественновыразительный) методы «архитектуроведения», а на структурноморфологические естественные закономерности архитектурного формообразования. В данном случае синхрония отражает метод изучения статического состояния предмета исследования без учета истории его предшествующего развития, и соответствует приоритетному подходу к архитектуре как системе в определенном ее состоянии. В отличие от синхронии, диахрония рассмотрения предмета или явления, отражающая динамическое развитие предмета, приоритет отдает исследованию исторических качественных изменений во времени, с позиций которых и объясняется настоящее состояние свойств предмета.

В основе структурной архитектоники лежит понимание структуры как формы системной взаимосвязанности архитектурно-

пространственных элементов. Для структурной архитектоники характерно стремление определения структуры архитектуры в отвлечении от ее развития (синхрония важнее диахронии), от географических, социальных и исторических обстоятельств (внутреннее содержание объекта важнее внешнего проявления его свойств), от частных, несистемообразующих свойств архитектурных элементов (система архитектуры, выраженная в формах структурной организации, важнее конкретных морфологических проявлений отдельных архитектурных элементов).

Сегодня задачи существования среды людей и природного окружения заставляют менять старую потребительскую парадигму

120

«покорения природы»,осознав необходимость целостного видения окружающего нас мира: искусственного и естественного, живого и неживого, культуры и бытия. Построение новой парадигмы касается и архитектурной деятельности, поскольку она в полной мере сопряжена с искусственным формотворчеством людей.

В этих условиях становится актуален целостный подход, объединяющий природу и человека, отвергавшийся ранее классической физикой с ее стремлением разделить объективные измерения и субъективные восприятия. Преодоление этого разделения в науке возложено на новое ее направление — синергетику (от греческого слова sinergetikos — согласованное действие) — область научных исследований, касающихся вопросов самоорганизации открытых систем, связанных с неустойчивостью. Синергетика опирается на физико-математические методы и является далеко идущим обобщением дарвиновской концепции эволюции. При этом синергетика дополняет детерминизм ньютоновской парадигмы, основанной на положении: если заданы начальные условия и есть уравнение, описывающее поведение системы, то можно рассчитать ее развитие. Это дополнение определяется новыми универсальными принципами описания процессов развития и рождения нового.

В приложении к архитектуре выдвинута гипотеза о том. что качественное изменение пространственной формы архитектурных объектов, если ее рассматривать в аспекте развития форм ее структурного построения, связано с определенными переходами между ее состояниями. Эти переходы являются своего рода порогами нового качества физического строения объекта и являются универсальным явлением существования сложно организованных систем. Пороговость (пороговые явления) один из важнейших адаптационных механизмов, существующих в природе, предполагает перестройку организации материи — переход к новой структуре. А. Пуанкаре в своих работах также отмечал подобные пороговые «скачки» и ввел понятие бифуркации (ветвления), которое определяет появление новых состояний равновесия в организации материальных структур. В этом отмеченном механизме «пороговых» преобразований структурной органнзации материальных объектов заложена основа объяснения проявлений «морфотипности», т.е. неких качественно отличных структурных состояний формы, в том числе и архитектурной. Таким структурным морфотииом можно охарактеризовать традиционное народное жилище, устоявшуюся и канонизированную форму храмов и ритуальных комплексов, традиционные утилитарные сооружения (военные сооружения, госпитали, традиционные тюрьмы, хранилища, типовые инженерные сооружения и многие другие образцы архитектуры с вековой традицией истории формирования).

Суть новой синергетической научной парадигмы в том, что акцент переносится со статического положения равновесия на изучение