Моделирование как инструмент проектирования


При традиционном подходе к проектированию архитектор выбирает некий концептуальный подход,  относительно которого ведется дальнейшая разработка («от образа», «от функции», «от социальных аспектов»). Проектировщик обобщает информацию относительно объекта, анализирует связь с окружающей средой, определяет ограничения, а затем создает в своей голове модель. Далее он ретранслирует ее на бумагу в виде эскизов, набросков, чертежей. Затем происходит анализ изображения, выявляются проблемы и неточности, рисунок меняется до тех пор, пока не будет получен приемлемый результат, отвечающий всем заданным параметрам. При таком подходе архитектор напрямую связан с моделью, и она является продуктом его субъективных умозаключений.


Однако предлагается использовать альтернативный подход к проектированию. Современная ситуация в сфере научного познания и в профессиональной практике позволяет утверждать, что требуется разработка теоретического обоснования принципиально нового понимания процесса и метода архитектурного проектирования как установления связей между обществом и архитектурой не напрямую, а посредством использования моделей, обладающих эмерджентными свойствами. То есть моделей со сложным поведением, но структура которых состоит из элементов взаимодействующих друг с другом по простым правилам. Выгода использования таких моделей состоит в относительной простоте их построения. При этом они позволяют имитировать сложные процессы.


Имитационное моделирование является продуктом не только научной, но и творческой деятельности архитектора, является генеративным инструментом формообразования, позволяя увязывать между собой сложные процессы, которые влияют на структуру и форму объекта.


 


Модель и архитектор


Как действует архитектор в процессе проектирования? Обычно он обобщает информацию относительно объекта, анализирует связь с окружающей средой, определяет ограничения, а затем создает в своей голове модель. Далее он ретранслирует ее на бумагу в виде эскизов, набросков, чертежей. Затем происходит анализ изображения, выявляются проблемы и неточности, рисунок меняется до тех пор, пока не будет получен приемлемый результат, отвечающий всем заданным параметрам. Такой метод проектирования является традиционным. Архитектор напрямую связан с моделью, и она является продуктом его субъективных умозаключений.


Однако существует ряд других подходов моделированию. Иногда отстранение и отчуждение архитектора от процесса проектирования ведет к интересным результатам. Так при проектировании порта в Йокогаме архитектурная мастерская FOA использовала компьютерный алгоритм для генерации формы по заданной функциональной схеме. Архитекторы были очень удивлены полученному результату и сначала даже посчитали его неприемлемым. Отчуждение архитектора кому-то может показаться регрессом, заменой человека машиной. Мне кажется, что это нужно рассматривать, как этап в разработке нового архитектурного языка. То есть отчуждение интерпретируется как наблюдение за работой модели. Это способ приблизиться к глубинным сущностям и законам развития природы.


Чарльз Дженкс замечает качественно новые изменения в архитектурном мышлении, которые в будущем могут перерасти в архитектурную парадигму[1]. Прежде всего, он это связывает с переходом общества от неклассического к постнеклассическому пониманию мира. Во второй половине 20 века появились новые науки – синергетика[2] и информатика[3]. Они принесли с собой серьезные изменения во все области деятельности человек, в том числе и архитектуру. Феномен отчуждения возник в связи с этим переходом. Опираясь на возможности, предоставляемые компьютером, постнеклассический взгляд на мир все больше влияет на архитектуру.


 


Имитационное моделирование в архитектуре


Итак, для чего же нужно моделирование?


  1. Модель или прототип используется как инструмент, который позволяет создавать сложные структуры с эмерджентным поведением.

  2. Архитектор может увязать друг с другом большое количество параметров, что при традиционном методе было просто невозможно.

  3. Появляются новые возможности в области формообразования и экспериментирования с  экзотическими формами.

     

     Вводные параметры и выходные данные

    Состояние модели компьютерной или физической зависит от вводных данных. От них будет зависеть поведение системы и трансформации объекта.

     

    Принцип работы модели

    Принцип работы предлагаемого подхода упрощенно таков:

           input ---> черный ящик ---> output

    где input - входные параметры, которые необходимы для функционирования объекта (инсоляция, сила ветра, снеговые нагрузки и т. д.)

    output - решение задачи (это может быть решение по прокладке маршрутов, расчет конструкции, оптимальное размещение функций на ГП и т. д.)

    черный ящик - инструмент позволяющий решить данную задачу. По-другому - вычислитель.

     

    Агентное моделирование и системная динамика

    Итак, черный ящик является инструментом вычисления. Роль необходимых вычислений производит модель. Модели бывают выстроенными «сверху вниз» и «снизу вверх».

    1. Построение модели «сверху вниз» так же называют системной динамикой. Модель строится от общей структуры к частным элементам.

    Однако для нашего вычислителя такой способ построения модели не подходит так как цель вычислений - общая структура о которой мы во многих случаях можем ничего не знать.

    2. Построение модели «снизу вверх» называют агентным моделированием. Аналитик определяет поведение агентов на индивидуальном уровне, а глобальное поведение возникает как результат деятельности множества агентов. При использовании такого метода на основе простых правил можно строить сложные нелинейные структуры. Важным признаком таких структур является эмерджентность - наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её подсистемам и блокам; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов.

    Для того чтобы использовать синергетический подход необходимо выстраивать модель на основе эмерджентности и самоорганизации. Эти свойства присущи как природным системам, так и искусственно созданным.

     

    Типы моделей-вычислителей

    модели-вычислители можно разделить на группы:

    1. Живые организмы. Использование в качестве вычислителя простейших, насекомых, животных а так же их тканей и частей. 

    2. Неживые структуры. Фрай Отто называл их аналоговыми моделями. Например, он и использовал в проектировании подвешенные нити, которые принимали оптимальное положение в пространстве (рациональная линия изгиба арки). В качестве аналоговой модели может выступать любой природный или неприродный материал (система из резиновых элементов с применением нагрузки или мыльная пена для получения "минимальной поверхности").

    3. Wet A-Life (искусственно созданные организмы). Это так называемая жизнь в пробирке - искусственно созданные белки и другие молекулы

    4. Soft A-Life (компьютерное моделирование)

       - Клеточные автоматы

       - L-системы

       - Эволюционные алгоритмы

     

    Раньше наиболее применяемой в архитектурном проектировании была группа под номером 2 (Антонио Гауди, Фрай Отто), однако в последнее время с развитием компьютерных технологий вперед вышла группа номер 4 (AA, MIT, Emergent design group, kokkugia, Biothing, Michael Hansmeyer, MRGD, R&Sie(n)).

    Стоит отметить отличее от архитектурной бионики, где изучаются природные структуры, а полезные свойства переносятся в архитектуру.

    Данный метод больше похож на экспериментирование. Исследователь может сам до конца не знать, каким будет результат. Такова природа сложных процессов. Небольшие отклонения или мутации могут привести к значительным изменениям. Группы 1,3 обладают большим потенциалом, но об использовании их в архитектурных целях пока информацию найти не удалось.

     

    Генеративная граматика

    Кристоферу Александеру принадлежат первые попытки создания генеративной грамматики. В 1977 он опубликовал работу «язык паттерна: города, здания , конструкции». Им были выделены 64 паттерна, каждый из которых определял некий пространственный морфотип. В частности для торгового центра он выделял такие паттерны как блок офисных помещений, главный холл, торговое пространство, туалеты, служебные блоки, детскую зону и др.

     

    4. Структура моделирования.

     

     


В таблице представлена структура моделирования. Сначала мы рассмотрим ее составные части, а затем примеры по использованию метода прототипирования в архитектурном проектировании. Имитационное моделирование – метод построения моделей, описывающих реальные процессы. Различают два вида имитационного моделирования: системная динамика и агентное моделирование. Для первого характерен метод «сверху вниз», то есть глобальные правила генерации структуры определяются исходя из причинно-следственных связей. Во втором случае моделирование происходит «снизу вверх», а законы действия системы являются результатом индивидуальной активности членов группы. Для агентного моделирования характерны такие процессы как самоорганизация и эмерджентность.[4]




[1] Чарльз Дженкс, «Новая парадигма в архитектуре»

[2] Определение термина «синергетика», близкое к современному пониманию ввел Герман Хакен в 1977 году в своей книге «Синергетика». Синергетика - междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации открытых неравновесных систем. Постепенно эта наука разделилась между различными направлениями: теория динамического хаоса, теория детерминированного хаоса, теория фракталов, теория катастроф, лингвистическая синергетика и прогностика. Большой вклад в развитие науки внесли Илья Пригожин (теория диссипативных систем), В. И. Арнольд, Рене Тома (теория катастроф), Бенуа Мандельброт (фрактальная геометрия) и др.

[3] Информатика - наука о способах получения, накоплении, хранении, преобразовании, передаче и использовании информации. Она включает в себя такие разделы как: Теоретическая информатика, кибернетика, программирование, искусственный интеллект, информационные системы, вычислительная техника, прикладная информатика.

[4] Architectural Design, June 2004, Emergence in Architecture



 Архитектурная мастерская "Канон", Денис Соколов

998 просмотров