CC BY
206
УДК: 516.15
Бабич В. Н., Колясников В. А.
Фрактальные структуры в планировке и застройке города
Аннотация
Статья посвящена использованию фрактальных структур в построении различных моделей города и участков городской среды.
Babich V. N.. Kolyasnikov V. A. FRACTAL STRUCTURES IN THE LAY-OUT AND BUILDING OF CITY
The article is devoted to usefractal structures in construction of various models of city and sites of the city environment.
Фрактальная структура, городские территории, восприятие, построение модели.
Термин «фрактал» (/гасШ - изломанный) ввел в употребление Б. Мандельброт [3]. После создания фрактальной геометрии научное познание обрело качественно новый язык, что явилось толчком для кардинальных преобразований в различных областях науки и искусства, в т.ч. и архитектуре. Идея создания единого алгоритма получения различных форм (облаков, гор и др.) возникла в умах людей давно. Фрактал - это сложная структура, пространственная форма которой изломана и нерегулярна или регулярна: хаотична или упорядочена, и повторяет саму себя в любом масштабе. Понятие фрактала применимо к исследованиям в области архитектуры - как отдельных объектов (зданий и сооружений), так и целых городских территорий.
Свойства геометрических фракталов, отображающие их иррегулярную сущность: самоподобие или иерархический принцип организации; способность к развитию и непрерывному движению; дробная размерность; непрерывность: принадлежность одновременно к хаосу и порядку (динамическая иерархичность).
Основным свойством фрактальных структур является самоподобие. Форма фрактальной структуры, рассматриваемая в микроскоп с любым увеличением, видится одной и той же, лишь с небольшими отклонениями. Ее целые части подчиняются одному принципу (алгоритму) образования: прожилки листа дерева разветвляются так же, как и его маленькие и большие ветви и весь ствол целиком. При этом части целого не обязательно являются одинаковыми, а представляют собой «вариации на тему». Проявления естественной материи подобны по своей структуре, и форма сохраняется как в малом, так и в большом. «Фальшь» виртуального мира можно легко
увидеть, просто увеличив изображение: будут видимы лишь глухие разноцветные квадраты
- пиксели, которые определяют предел глубины компьютерного мира. В реальном мире для человеческого восприятия такого предела не существует - увеличив масштаб «просмотра», человек сталкивается с новыми и новыми уровнями пространственной организации.
Способность к развитию и непрерывному движению - второе свойство фрактальных структур. Оно подразумевает незавершенность внутреннего движения к росту или угасанию, в зависимости от направленности этого движения. Описать фрактальную структуру статическими понятиями невозможно, зато можно определить или задать принцип или закон, по которому она будет развиваться. Алгоритм возникновения формы, как правило, выглядит значительно проще, чем сама форма. Таким образом, появляется возможность весьма компактно описать самые разнообразные явления и процессы. Другими словами, фрактал - это не конечная форма, а закон построения этой формы. Фрактал - ген формообразования.
В градостроительстве тоже выделяются гены формообразования. Архитектор А. Э. Гут-нов определял такой ген как устойчивую часть планировки и застройки, сформировавшуюся в период зарождения города и «транслирующуюся» через все этапы его развития |1|. В Екатеринбурге, например, это ген идеального города 1723 г., место рождения города.
Дробная размерность - третье свойство фрактала. Она основана на метрических свойствах множеств. Для нелинейных пространств имеются вероятностные размерности, при вычислении которых главную роль играет частота, с которой типичная фазовая траектория посещает различные области аттрактора. Размерность понимается как инди-
Бабич
Владимир
Николаевич
канд. техн. наук, доцент УралГАХА
Колясников
Виктор
Александрович
д-р архитектуры, профессор УралГАХА
АКАДЕМИЧЕСКИЙ BFCTHHK УРАЛНИИГ-РОРКТ РААСН 2 | 2009
45
Градостроительство
видуальное свойство фрактальной структуры, и она вовсе не обязательно равна единице. Фрактальная линия есть некоторая неодномерная линия дробной размерности 1>0>2, а фрактальная поверхность есть некоторая «вспененная» поверхность дробной размерности 2>0>3.
Четвертым свойством фрактальной структуры является единство. Фрактал никогда не бывает законченным, в каждый момент времени фрактал - незавершенная структура, имеющая потенциал развития.
Пятое свойство фракталов - существование на границе хаоса и порядка. Именно пограничность провоцирует внутреннее непрекра-щающееся движение фрактальных структур. На разных уровнях осмысления они кажутся исследователю то упорядоченными по определенным законам, то вновь распадающимися в неопределимый хаос, и именно это свойство придает им особую эстетическую привлекательность. Понятие «порядок» приобретает новый смысл, означая что-то более чувственное и непредсказуемое, чем просто набор повторяющихся элементов. Следовательно, фрактальная геометрия есть геометрия хаоса
- порождающего порядок, и геометрия порядка - порождающего хаос.
В теории архитектуры активно изучается указанное свойство фракталов. Ч. Дженкс в книге «Архитектура вселенского прыжка» (1995) обосновал закон развития архитектуры на грани хаоса и порядка [2]. Е. М. Соколкова (УралГАХА, 2006) разработала концепцию взаимодействия хаоса и порядка, согласно которой хаос в архитектуре - условие нового порядка.
Хаос в планировке и застройке городов можно рассматривать как результат их самоорганизации на определенном этапе развития. Он должен привести к новому порядку, гомеостазу. В связи с этим можно, например, с оптимизмом смотреть на хаотичное вторжение в центр Екатеринбурга точечной застройки, которую сегодня многие критикуют.
Хаос создает эстетическую выразительность, необходимое разнообразие архитектурно-градостроительных форм. Проекты группы ОМА. Захи Хадид и др. привлекают своим хаосом. Но в них есть и порядок: оси композиции, прямоугольные сетки координируют размещение хаотичных элементов.
Понятие фрактальности в архитектуре подразумевает, что фрактальные свойства присущи как отдельным сооружениям, так и городской
среде в целом. С точки зрения фрактальной теории, архитектурная среда непрерывна в пространстве и времени: привычные границы между объектами теряют свою значимость, в то время как решающими становятся иные свойства пространства.
Рассмотрим фрактальные модели построения архитектурнопространственной среды города с позиции её свойств: первое свойство построения модели - непрерывность, т.е. отсутствие как начала, так и конца - присуща многим линейным фракталам. Пространственно-временной континуум, внутри которого существует любое архитектурное пространство, не имеет точно определенных начала и конца. Это касается любой среды, природной или искусственной (городской). Однако можно сказать, что любой город имеет дату основания и физические границы, но, если тщательно вглядеться, то ситуация с четкими временными и пространственными границами города оказывается подобной случаю с линией Коха, когда то, что кажется линией, на самом деле не имеет пределов, свойственных линии. Среда не имеет ни начала, ни конца, непрерывно трансформируясь из одного облика в другой. Города не возникают «из ниоткуда»
- они всегда являются «реакцией» на природные условия и особенности места, становятся ими в результате последовательных трансформаций заводов (Екатеринбург, Нижний Тагил), порта (Лиссабон) и других типов поселений (Верона - город-крепость). Разница между городом и естественной средой кажется очевидной лишь объектному взгляду, воспринимающему город как скопление зданий и сооружений. Понятия «начало» и «конец» не могут быть применены к городу с позиции фрактальной теории по той причине, что город, в сущности, неотделим от места и природного контекста, в котором он находится. Естественное никогда не прекращает своего существования - оно просто меняет свою форму.
Подобно временной безграничности города как одного из воплощений естественной среды, можно наблюдать также размывание, а иногда и отсутствие пространственных пределов. Огороженное стенами место, противопоставленное природе, видится сегодня как не имеющее четких границ, приобретающее все большую социальную и географическую неоднозначность. Очевидным для нашего времени является то, что «дикость и хаос» явлений
природы присутствуют в такой же степени и «внутри» (социальные процессы, эмоции).
Второе свойство построения модели - многослойность. Под слоями понимаются определенные аспекты рассмотрения архитектурно-пространственной среды города, такие как, например, транспортные артерии города, этажность, соотношение искусственного и природного и пр. Городские преобразования более поздних этапов «перекрывают» возведенные ранее постройки, в результате этого какие-то из них меняют свою роль, а какие-то и вовсе перестают быть заметными. Например, создание сети автомобильных дорог в Европе качественно повлияло на городскую ткань, сложившуюся ранее. Узкие улочки частично «умерли», а некоторые из них из связующих элементов превратились в линейные доминанты, став пешеходными или торговыми. Функциональная многослойность - это когда один и тот же фрагмент городской среды выполняет различные функции в разное время суток или года, например, «Плотинка» в центре Екатеринбурга в праздничные и погожие дни выполняет роль концертной площадки или зоны отдыха, а в остальное время становится пустынным местом, расположенным вдоль реки Исеть.
Многослойность архитектурного пространства всегда связывается с чувственным и интеллектуальным восприятием. Полноценное восприятие городской среды складывается из многих слоев: пространственного, физического, психологического комфорта и возможности духовно ощущать среду. Отсутствие, полное или частичное, любого из этих слоев, порождает негативные эмоции людей, снижает ценность города.
Семантически каждый архитектурный объект окружен своеобразными «многослойными оболочками» смыслов и значений. Целые зоны становятся так называемыми аттракторами внимания людей. На них наслаиваются личные воспоминания, настроения, эмоции, и они приобретают своеобразную много-ликость. Если объект принадлежит к исторической застройке, то разнообразие значений, связанных с ним. велико. Это может стать новым источником для дальнейшего понимания смыслового значения данного фрагмента среды.
Прежде чем начать работу проек-тированиемформы,разрабатывается идея, обрастающая изменяющимся «сценарием» развития конкретного места. Такой сценарий не пишется
46
АКАДЕМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН 2 | 2009
