高雯,周君,塞德里克·A·卡茲,艾弗拉·托馬拉/GAO Wen, ZHOU Jun, Cedric Al Kazzi, Avra Tomara
2000年,日本科學(xué)家中恒俊之在《自然》雜志上發(fā)布了一種“粘液菌走迷宮”現(xiàn)象[1]。單細(xì)胞的粘液菌沒有大腦或神經(jīng)系統(tǒng),但將它們均勻地布置在迷宮內(nèi),迷宮出入口分別放兩塊他們喜歡的瓊脂,經(jīng)過足夠長的時(shí)間,這些粘液菌便可以找到連接迷宮出入口的最短路線(圖1)。起初科學(xué)家們推斷粘液菌群中存在一些“先鋒”(pacemaker)在發(fā)號(hào)施令,但大量實(shí)驗(yàn)表明粘液菌之間并無差別。事實(shí)上,粘液菌是通過依外部環(huán)境而變的“環(huán)腺苷酸”的分泌來調(diào)節(jié)個(gè)體的行為,而并非聽從更高階層的指揮[2]。伊芙琳·凱勒(Evelyn F. Keller)和李·謝格爾(Lee A. Segel)用數(shù)學(xué)建模的方法佐證了這一生物學(xué)現(xiàn)象:當(dāng)簡單的個(gè)體遵循某種簡單的規(guī)則會(huì)形成意想不到的復(fù)雜結(jié)構(gòu)[3]。
1 “粘液菌走迷宮”示意圖(圖片來源: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23574752)
這種“自組織”和“去中心化”的現(xiàn)象還能找到許多[4],例如鳥群的在空中保持飛行的列隊(duì)、蟻群合作筑巢、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或城市鄰里的形成。這些現(xiàn)象背后都蘊(yùn)含著一個(gè)更為本質(zhì)的邏輯,即一些基本單元或個(gè)體,遵循少量的規(guī)則,可生成極為復(fù)雜的結(jié)果,基本單元本身并不單獨(dú)表現(xiàn)這種性質(zhì),而集群后所顯示的能力超過了個(gè)體成員的加和,我們稱之為“集群的智慧”,這便是涌現(xiàn)理論的核心理念。
隨著城市規(guī)劃從“中心化的”“自上而下”的模式向“去中心化的”“自下而上”的模式轉(zhuǎn)型[5],體現(xiàn)個(gè)體意志和非線性邏輯的規(guī)劃思想得到更多的關(guān)注。特別是面對城市發(fā)展日益增多的不確定性,基于個(gè)體自組織行為的模擬方法應(yīng)用廣泛,以彌補(bǔ)傳統(tǒng)城市設(shè)計(jì)預(yù)測模型的不足。
作為復(fù)雜理論(complexity)中的一支,涌現(xiàn)理論與混沌理論、模糊理論、有機(jī)理論及各種后現(xiàn)代文化思潮相交叉,對當(dāng)代城市設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等學(xué)科產(chǎn)生了很大影響,引發(fā)了各類新的設(shè)計(jì)思潮與變革實(shí)驗(yàn)[6]。涌現(xiàn)理論中所蘊(yùn)含的“整體大于部分之和”“簡單生成復(fù)雜”“受限生成”“去中心化”“自適應(yīng)” 等特征,借助計(jì)算機(jī)建模技術(shù)得到了更具體的證實(shí)和展現(xiàn)?;跀?shù)字化的抽象與具象的綜合特征,計(jì)算機(jī)模型可以具體地模擬出各種不同事物或系統(tǒng)的涌現(xiàn)狀況,并且對各種狀況加以控制和改變,從而為包括城市設(shè)計(jì)在內(nèi)的諸多學(xué)科提供基于涌現(xiàn)理論的方案模擬。
例如,史蒂文·約翰遜(Steven Johnson)就將城市的涌現(xiàn)現(xiàn)象與計(jì)算機(jī)建模相結(jié)合,并推廣到軟件程序的操作上,試圖尋找軟件程序與城市相同的涌現(xiàn)邏輯。在他看來,城市是動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的系統(tǒng),它建立在近鄰互動(dòng)、信息回路、模式識(shí)別和間接控制的基礎(chǔ)上,并通過“集群智慧”在運(yùn)轉(zhuǎn)。一些自發(fā)性因素或性質(zhì)將對城市的生成過程產(chǎn)生重要影響,而計(jì)算機(jī)恰恰可以模擬出這種集群的自發(fā)的城市現(xiàn)象。而“Kokkugia”項(xiàng)目十分擅長運(yùn)用參數(shù)化“集群智慧”進(jìn)行城市和建筑設(shè)計(jì)[7]。其創(chuàng)始人兼設(shè)計(jì)總計(jì)羅蘭·斯努克斯(Roland Snooks)認(rèn)為,
1“粘液菌走迷宮”示意圖(圖片來源: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23574752)
2“主體”與“環(huán)境因素”之間的作用關(guān)系(圖片來源:作者自繪)先決性的“總體規(guī)劃設(shè)計(jì)方案”應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用群體邏輯的“總體算法”,非線性、去中心化的集群效應(yīng)更值得關(guān)注,城市居民等 “主體”之間的非線性交互作用應(yīng)當(dāng)作為最核心的設(shè)計(jì)依據(jù)[8]。
相比于“自上而下”編制一套唯一優(yōu)選的城市規(guī)劃方案,基于涌現(xiàn)思想的城市設(shè)計(jì)更關(guān)注一種能體現(xiàn)集體自組織性的城市智能系統(tǒng),該系統(tǒng)中的每一個(gè)主體都具備自組織的能力,換言之,所有單個(gè)的城市行為主體都將被賦予智能并能夠相互作用,原本精英主導(dǎo)型的設(shè)計(jì)方式由一種多主體、自組織的涌現(xiàn)方式所取代。下面將就如何通過計(jì)算機(jī)建模軟件實(shí)現(xiàn)該城市設(shè)計(jì)思想做出具體解釋:
建模的思路可以概述為,通過計(jì)算機(jī)軟件創(chuàng)建大量小規(guī)模離散元素構(gòu)成的群體,為之設(shè)置簡單或復(fù)雜的互動(dòng)規(guī)則,并將各種內(nèi)外部因素作為參數(shù)輸入到模型中,使之在適應(yīng)外部環(huán)境和內(nèi)部動(dòng)態(tài)要求的前提下,模擬出各個(gè)離散元素發(fā)生的交互作用,從而完成涌現(xiàn)生成的探索。經(jīng)過足夠長的時(shí)間后,離散元素的交互作用將歸于一個(gè)近似的“穩(wěn)態(tài)”,最終呈現(xiàn)出一種反映某種“集群智慧”的形態(tài)。該集群形態(tài)將被應(yīng)用到設(shè)計(jì)項(xiàng)目的生成中,大到城市區(qū)域,小到建筑單體。值得注意的是,系統(tǒng)中任何經(jīng)濟(jì)、政治和社會(huì)狀況的變化都將對這種半穩(wěn)定的狀態(tài)產(chǎn)生沖擊,繼而重新形成新的穩(wěn)態(tài),因此涌現(xiàn)的結(jié)果是一種包含不穩(wěn)定因素的動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定,而依據(jù)其生成的城市規(guī)劃方案也應(yīng)當(dāng)是體現(xiàn)對內(nèi)外部條件主動(dòng)適應(yīng)性的靈活系統(tǒng)。
以涌現(xiàn)理論和集群智慧思想為指導(dǎo),本次城市設(shè)計(jì)借助一種特殊的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(Maya Dynamics System)對城市設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探索。簡而言之,在Maya軟件平臺(tái)中,城市的行為個(gè)體將由一個(gè)個(gè)的具備空間位置信息的“主體”代表,它將受到其他“主體”的影響,還會(huì)受到各類外部“環(huán)境因素”的影響,在內(nèi)外部因素共同作用下,“主體”將進(jìn)行動(dòng)態(tài)演變并逐漸形成相對的穩(wěn)態(tài)分布(圖2)。
2 “主體”與“環(huán)境因素”之間的作用關(guān)系(圖片來源:作者自繪)
具體的技術(shù)路徑如圖3所示,由場地分析提取初始狀態(tài)“主體”和“環(huán)境因素”信息,并轉(zhuǎn)譯為初始態(tài)幾何形(點(diǎn)、線、面等),導(dǎo)入Maya 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。其中,代表主體的幾何形將在Maya平臺(tái)中轉(zhuǎn)化為由點(diǎn)陣構(gòu)成的“纖維系統(tǒng)”,而代表環(huán)境因素的幾何形將轉(zhuǎn)化為“力場”。依據(jù)不同環(huán)境因素對不同主體的吸引力程度,制定環(huán)境因素評分參數(shù)表,該參數(shù)表將用于調(diào)節(jié)Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中“力場”。在此基礎(chǔ)上,軟件對主體之間以及主體與環(huán)境因素之間的作用力開始模擬“主體”的“纖維系統(tǒng)”則逐漸形成纖維圖案,即得到城市設(shè)計(jì)雛形肌理。
圖4表達(dá)了這一從初始到穩(wěn)態(tài)的模擬的過程,圖中的纖維狀的“線”事實(shí)上為束狀的“點(diǎn)”,每個(gè)點(diǎn)代表了城市中的每一個(gè)主體。經(jīng)過多輪迭代,主體在內(nèi)部集聚和外部環(huán)境因素力場的作用下,逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
3 Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)技術(shù)路徑圖(圖片來源:作者自繪)
4 動(dòng)態(tài)模擬過程的示意 (圖片來源:作者自繪)
下文將以波哥大城市設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例,對上述涌現(xiàn)模型的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。
本項(xiàng)目是由BD Promotors贊助支持的一項(xiàng)研究——波哥大未來城市設(shè)計(jì)“我的理想城”(my ideal city)項(xiàng)目,由美國賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院建筑系主任溫加·杜貝爾丹(Winka Dubbeldam)教授指導(dǎo)的studio完成。“我的理想城”項(xiàng)目將波哥大劃分為10個(gè)區(qū)域,分別交由10個(gè)研究小組進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。筆者所參與負(fù)責(zé)的是市區(qū)東南部的貧民窟區(qū)域,本文所闡述的涌現(xiàn)理論的設(shè)計(jì)實(shí)踐也主要針對該區(qū)域進(jìn)行。
波哥大是哥倫比亞首都、是哥倫比亞的政治、文化、經(jīng)濟(jì)中心,也是拉丁美洲的工業(yè)中心。與其它拉丁美洲一樣,波哥大同樣經(jīng)歷著快速、大規(guī)模但低質(zhì)量的城鎮(zhèn)化。據(jù)統(tǒng)計(jì),拉丁美洲在1950年,僅7.3億人居住在城市,到2009年,這個(gè)數(shù)字上升至超過30億。而波哥大在1930年僅有30%的人口居于城市,到1985年這個(gè)比例就已至70%,并仍在以每年約5.5%左右的速度在增長,是拉丁美洲城鎮(zhèn)化速度最快的地區(qū)之一[9]。然而城市的管理、基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)等難以支撐如此大規(guī)模的迅速城鎮(zhèn)化。交通堵塞、垃圾污染、毒品交易、暴力事件、高失業(yè)率、中心衰敗 、貧富差距成了波哥大的代名詞。波哥大的人口增長主要來源于大規(guī)模農(nóng)村-城市遷徙,這產(chǎn)生了大規(guī)模的非法移民(圖5)。這些農(nóng)民由于缺乏專業(yè)技能知識(shí)而尋求不到合法的工作,成為城市黑戶自發(fā)生長,主要聚居在波哥大周圍山區(qū)地帶的貧民窟(圖6)。與其他拉丁美洲地區(qū)以及撒哈拉以南非洲相似,國內(nèi)戰(zhàn)亂是導(dǎo)致大規(guī)模人口向城市遷移的關(guān)鍵原因,因?yàn)槌鞘性谡恼瓶刂?,相比農(nóng)村是更加安全的區(qū)域(圖7)。
5 波哥大城市增長圖(1950年,1970年,1990年;圖片來源:CIFA - Universidad de los Andes, Museo de Desarollo Urbano, Departamento Administrativo de Planeación Distrital)
6 波哥大非正式定居點(diǎn)增長圖(1951-2010;圖片來源:Informal Urbanization in bogotá: agents and production philosophies of Urban space, By Angélica Patricia, Camargo Sierra, Adriana Hurtado Tarazona )
波哥大安塔納斯·莫茨庫斯(Antanas Mockus)、恩里克·佩納洛薩(Enrique Penalosa)等精干的市長嘗試用各類傳統(tǒng)的城市治理方式改善波哥大的城市環(huán)境,然而,由于政治和社會(huì)局勢十分不穩(wěn),僅僅3年的市長任期難以保障傳統(tǒng)的城市規(guī)劃頂層設(shè)計(jì)一以貫之。人們開始探尋來自民間的內(nèi)生性城市更新力量,這可能才是城市治理的良方。BD Promotor發(fā)起“我的理想城”項(xiàng)目,認(rèn)為應(yīng)當(dāng)讓市民參與到城市決策,共同確定城市的未來。應(yīng)從一個(gè)“種子模型”開始組建,用很小的啟動(dòng)因子,最終生長出具備復(fù)雜性及完整性的方案。通過確定局部的內(nèi)在吸引力,加強(qiáng)并組成局部的設(shè)計(jì)方案,從而啟發(fā)周邊區(qū)域的自發(fā)性生長[10]。該思想與涌現(xiàn)理論的理念不謀而合,為此,由BD Promotor贊助,杜貝爾丹教授帶領(lǐng)指導(dǎo),筆者團(tuán)隊(duì)對波哥大地區(qū)進(jìn)行一次基于涌現(xiàn)思想的城市設(shè)計(jì)探索。
本項(xiàng)目所在地位于波哥大市區(qū)東南部,與城市北部的富人區(qū)不同,這里是富查河(Fucha river)上游的貧民窟區(qū)域(圖8)。富查河污染問題逐年嚴(yán)重,每年雨季在其上游地區(qū)極易發(fā)生山洪泥石流。在這塊聚集區(qū)內(nèi)居住多為失地農(nóng)民、城市貧民,還有其他的非法移民,面臨著生機(jī)維系、人身安全、健康保障、自然災(zāi)害、子女教育等各類嚴(yán)峻的問題。改善這里人們的生活質(zhì)量迫在眉睫。
經(jīng)過實(shí)地勘查,該地區(qū)的居住者主要為低收入者和貧民,他們大都是為躲避戰(zhàn)亂從其他地區(qū)遷移而來的有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)民。而河流兩岸土地肥沃,當(dāng)?shù)靥赜械臍夂蜻m合種類繁多的植物生長,特別是藥用植物。基于河流、土地、城市農(nóng)民和科研機(jī)構(gòu)這4項(xiàng)獨(dú)特的資源稟賦,項(xiàng)目組確定了場地(圖9)并提出了地塊的設(shè)計(jì)理念:城市農(nóng)場(Farm City)。
將河流兩岸設(shè)計(jì)成濕地系統(tǒng),可凈化空氣,并為當(dāng)?shù)靥峁┣鍧嵉乃?。將兩岸平鋪的低矮、簡陋的房屋置換為高層建筑,通過增加單位面積的建筑密度,為不斷增長的人口提供足夠的高質(zhì)量住宅,辦公和商業(yè)空間。高密度建設(shè)區(qū)布局在在場地西側(cè)富查河與城市主干道卡里拉10號(hào)(Carrera 10)的交匯區(qū)域,與城市北部富人區(qū)緊密連接,提升場地可達(dá)性和集聚效率。結(jié)余出的土地可以創(chuàng)造更多居民所需的公共空間和服務(wù)空間。結(jié)合特有的生態(tài)濕地設(shè)計(jì)景觀綠地,沿著富查河道布置跑步及騎行道,打造出特色市民廣場和運(yùn)動(dòng)空間,實(shí)現(xiàn)城市空間與自然生態(tài)空間的真正融合。而改善后的富查河岸的生態(tài)系統(tǒng),可以為眾多的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、科研院所提供緊鄰城市地區(qū)的實(shí)驗(yàn)基地。曾經(jīng)沒有正式工作的城市農(nóng)民可以發(fā)揮自己的種植特長,幫助研究機(jī)構(gòu)和組織進(jìn)行藥材等作物的培育。培育出的生態(tài)產(chǎn)品可直接供給其他區(qū)域的城市居民,也可借助城市的商貿(mào)物流網(wǎng)絡(luò)銷往其他地區(qū)。
如此一來,通過構(gòu)建一個(gè)“城市-濕地-農(nóng)地-綠地生態(tài)系統(tǒng)”,輔以完善交通設(shè)施等相關(guān)配套服務(wù),可引發(fā)該地區(qū)從單純的居住功能向科研、商貿(mào)、教育、旅游、辦公、文化藝術(shù)等其他復(fù)合功能轉(zhuǎn)變,逐漸成為波哥大城市南部的一塊綠寶石。
7 戰(zhàn)爭對波哥大城市增長的影響 (圖片來源: Council of Bogota-information on the city of Bogota, World Urbanization Prospects-united Nations population estimates and projections of major Urban Agglomeration)
8 波哥大城市階層分布(圖片來源: Geografía Urbana with data from the Secretary of Urban Planning of Bogota (2011).)
9 場地(綠線范圍)環(huán)境
10 生態(tài)主體初始態(tài)纖維系統(tǒng)
11 都市主體初始態(tài)纖維系統(tǒng)
根據(jù)集群智慧的思路,主體可以按一定規(guī)則形成獨(dú)特的集群形態(tài)。由“城市農(nóng)場”的設(shè)計(jì)主題出發(fā),項(xiàng)目將構(gòu)建兩個(gè)層次的行為“主體”:(1)以河流、水流為代表的生態(tài)主體;(2)以人流、交通流為代表的都市主體。
如文章第二部分所述,場地提取的環(huán)境因素將在Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中被轉(zhuǎn)譯為“力場”,而主體被轉(zhuǎn)譯為點(diǎn)陣構(gòu)成的“纖維系統(tǒng)”。其中,環(huán)境因素既包含“線”的形式,代表河流、道路等城市線性要素,也包含“點(diǎn)”的形式,代表醫(yī)院、大學(xué)、集市等功能聚點(diǎn)。根據(jù)表1中環(huán)境因素的分值,對代表環(huán)境因素的“點(diǎn)”和“線”產(chǎn)生的各個(gè)“力場”進(jìn)行參數(shù)設(shè)定,以此生成對“主體”產(chǎn)生強(qiáng)弱不同作用的“力場”。而主體則由“點(diǎn)”來代表,并形成束狀的 “主體”集,在Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)平臺(tái)中表達(dá)為纖維系統(tǒng)。
“主體”在Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中被轉(zhuǎn)譯為由點(diǎn)陣構(gòu)成的纖維系統(tǒng),代表其在城市構(gòu)成中的“運(yùn)動(dòng)趨勢”(to-movement)[11]。由于運(yùn)動(dòng)趨勢體現(xiàn)的是代表交通流、河流的“主體”集群在城市中主要目的地之間的分布,因此“主體”的初始態(tài)是由點(diǎn)陣構(gòu)成的多組直線。圖10模擬的是生態(tài)主體初始態(tài)的纖維系統(tǒng)(每條纖維可理解為由均布點(diǎn)構(gòu)成),代表毛細(xì)血管般分布的濕地水流。水流沿地勢等高線的方向進(jìn)行布置,并與河流交匯合并,表達(dá)出沿富查河道引發(fā)出眾多支流。圖11模擬的是都市主體初始態(tài)的纖維系統(tǒng),以垂直方格平鋪于基地,但在靠近城區(qū)干道區(qū)域加密。由于城市主干路和河流是影響居民聚集的關(guān)鍵因素,因此線網(wǎng)平行于城市主干路和河流方向布置,并結(jié)束于東側(cè)山區(qū)。同時(shí)場地原有的主要交通匯集點(diǎn)發(fā)散出與城市干道連接的人流,以傘狀束的纖維表現(xiàn)。
值得指出的是,“主體”首先具有一種內(nèi)部的集聚性,是運(yùn)動(dòng)的源動(dòng)力;“主體”轉(zhuǎn)譯的纖維系統(tǒng)在Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)平臺(tái)中,會(huì)設(shè)定使其具有毛發(fā)般靜態(tài)緊貼(static cling)的屬性,以此模擬其集聚性的內(nèi)部作用。同時(shí),外部“環(huán)境因素”作為城市設(shè)計(jì)中的現(xiàn)存形式,對“主體”產(chǎn)生疊加的作用力,引導(dǎo)纖維系統(tǒng)形變。為研究不同“環(huán)境因素”對各“主體”的吸引力作用及其關(guān)系,我們建立了如下數(shù)學(xué)模型:
有“環(huán)境因素”Ep,“主體”Aq,假設(shè)Ep對Aq的吸引力作用均由n個(gè)維度來評價(jià),即維度向量D={D1,D2,D3…Dn},n∈Z+,則設(shè)計(jì)者對每一維度的吸引力進(jìn)行評價(jià), -1表示排斥作用,0表示中性作用,+1表示吸引作用,則評價(jià)
RDn=c,c∈{-1,0,1}
另設(shè)權(quán)重向量W={W1,W2,W3…Wn},n∈Z+,表示不同維度對吸引力評價(jià)的權(quán)重。則Ep對Aq的吸引力總分:
本項(xiàng)目中,我們認(rèn)為“地形條件”“功能”與“環(huán)境體驗(yàn)”是城市“環(huán)境因素”對“主體”纖維系統(tǒng)的形態(tài)產(chǎn)生物理位置上影響的重要維度,因此本項(xiàng)目設(shè)維度集D={D1,D2,D3},其中D1為“地形條件”,D2為“功能”, D3為“環(huán)境體驗(yàn)”。在城市設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)中,“地形條件”與“功能”維度在吸引力評價(jià)上權(quán)重更高,設(shè)權(quán)重集W={W1,W2,W3},W1=2,W2=2,W3=1,表示吸引力評價(jià)的“地形條件”與“功能”權(quán)重分別是“環(huán)境體驗(yàn)”權(quán)重的2倍。接下來,可按此假設(shè)對每個(gè)“環(huán)境因素”在各“主體”上的吸引力計(jì)算總分。例如,環(huán)境因素Fucha河(E1)對生態(tài)主體(A1)的“地形條件”“功能”與“環(huán)境體驗(yàn)”吸引力均為正,則吸引力總分:
于是據(jù)此模型,得到場地的重要“環(huán)境因素”對不同“主體”的吸引力評分參數(shù)表(見表1)。
表1 生態(tài)主體和都市主體環(huán)境因素評分表
12 生態(tài)主體的穩(wěn)態(tài)纖維系統(tǒng)
13 都市主體的穩(wěn)態(tài)纖維系統(tǒng)
14 濕地空間(藍(lán))與城市用地(紅)
15 城市設(shè)計(jì)土地利用平面圖
在動(dòng)態(tài)模擬的迭代過程中,生態(tài)主體和都市主體不斷更新自己的地理位置,使得纖維系統(tǒng)逐漸形成肌理。當(dāng)生態(tài)主體和都市主體經(jīng)過多輪迭代達(dá)到相對穩(wěn)定,肌理變化趨于靜止,生成了穩(wěn)態(tài)纖維系統(tǒng),即得到了城市設(shè)計(jì)的雛形肌理(圖12、13)。
纖維系統(tǒng)作為城市設(shè)計(jì)雛形,是進(jìn)步一提煉形態(tài)輔助建模的重要基礎(chǔ)。觀察都市主體生成的纖維系統(tǒng)肌理,可以明顯地看到集聚發(fā)生在基地西側(cè)城市主干道卡里拉10號(hào)和富查河道的交界處,形成一近似三角形的都市區(qū)域。如圖14,將纖維變粗的地方提煉成為新的城市干道,將孔洞提煉成為城市用地??梢园l(fā)現(xiàn),越靠近三角區(qū)核心的孔洞越大,圍繞的纖維越粗壯,城市形態(tài)越清晰。因此,將此三角區(qū)域定義為都市層人口密度最高的核心地區(qū),也是城市主體高層建筑物落位的最佳場地。另一方面,依據(jù)生態(tài)主體生成的纖維形態(tài)提煉出濕地系統(tǒng)。纖維密集交錯(cuò)的區(qū)域被視為水流的匯聚,設(shè)計(jì)為地勢相對較低的濕地空間;而纖維舒散的區(qū)域則成為設(shè)計(jì)地勢相對較高的與生態(tài)系統(tǒng)交融的科研、教育類用地(圖15)。
在纖維系統(tǒng)肌理的指導(dǎo)下,結(jié)合真實(shí)的設(shè)計(jì)語意,完成了更具體的設(shè)計(jì)方案。沿著富查河兩岸塑造地面形態(tài),創(chuàng)造一個(gè)個(gè)大小不一、自然流暢的濕地水庫,并均勻分布在不同的地勢高度形成生態(tài)階梯。從山地流淌下的河流就沿著地勢形成一個(gè)個(gè)水塘,為各類動(dòng)植物的生存生長提供了最佳環(huán)境??蒲泻徒逃ㄖ槃輳睦w維空洞中生長出來,懸于水塘之上,種植屋頂逐漸形成坡面并消失于農(nóng)地中,與生態(tài)景觀融為一體,“城市農(nóng)場”設(shè)計(jì)方案由此完成(圖16-18)。
城市由大量小規(guī)模離散個(gè)體構(gòu)成,并通過“集群智慧”運(yùn)轉(zhuǎn)。在波哥大城市設(shè)計(jì)項(xiàng)目中,借助計(jì)算機(jī)軟件嘗試將這種“集群智慧”的邏輯應(yīng)用到城市生長預(yù)測中。通過模擬個(gè)體對外界環(huán)境以及個(gè)體之間的互動(dòng)機(jī)制,獲得了“自下而上”生成的自組織城市形態(tài),是將涌現(xiàn)理論應(yīng)用到城市設(shè)計(jì)實(shí)踐的一次很好的嘗試。
與以元胞自動(dòng)機(jī)(cellular automaton)為代表的其它模擬算法相比,本項(xiàng)目中采用的Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在城市設(shè)計(jì)方面具有更大優(yōu)勢。前者在城市土地利用、生長預(yù)測模擬等方面能力強(qiáng)大,而Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在具體的城市設(shè)計(jì)尺度上可拓展的功能較為全面,與城市設(shè)計(jì)語義結(jié)合的較為充分。具體而言,本項(xiàng)目所采用的方法在以下幾個(gè)方面呈現(xiàn)了其創(chuàng)新性的特征:
(1)“自下而上”的纖維運(yùn)動(dòng)生成城市肌理:代表城市行為的“主體”以纖維系統(tǒng)的形式表達(dá)群體性,這一表達(dá)使“主體”在“自下而上”的運(yùn)動(dòng)過程中帶動(dòng)纖維逐漸形成具有清晰圖案的城市肌理,因此能夠更有效的轉(zhuǎn)譯為城市設(shè)計(jì)這一尺度的規(guī)劃;(2)富于美感的新形式:纖維系統(tǒng)遵循涌現(xiàn)理論生成的圖案,與城市設(shè)計(jì)中各個(gè)自然生成的流體發(fā)生共鳴,如人流、水流等,激發(fā)了一種合理的城市肌理的美感認(rèn)同,也激發(fā)了新設(shè)計(jì)形式的探索;(3)純粹的規(guī)則:相較于對個(gè)體與環(huán)境設(shè)置一系列的規(guī)則,Maya動(dòng)態(tài)系統(tǒng)將此過程更純粹的抽象為力的吸引-排斥作用,通過將復(fù)雜的外部條件與個(gè)體條件轉(zhuǎn)譯為不同的吸引-排斥力場,集群過程就可在力場的作用下呈現(xiàn)出豐富的復(fù)雜性,并暗含設(shè)計(jì)的理念和意圖;(4)穩(wěn)態(tài):本方案中的技術(shù)路徑具有逐漸趨向穩(wěn)態(tài)的特性,使得模擬過程擁有了結(jié)束標(biāo)志,使設(shè)計(jì)意圖能不斷趨近最優(yōu)解。
“設(shè)計(jì)結(jié)合自然”也是本方案在設(shè)計(jì)過程中尊崇的設(shè)計(jì)思想之一。除了結(jié)合基地的自然環(huán)境稟賦,本案又綜合性地結(jié)合了當(dāng)?shù)氐恼?、?jīng)濟(jì)、居民組成、用地現(xiàn)狀等與設(shè)計(jì)理念相關(guān)的環(huán)境因素,共同疊加、綜合分析、抽象轉(zhuǎn)譯為力場作用于主體。在 “設(shè)計(jì)結(jié)合自然”的理念方法上,本案的設(shè)計(jì)邏輯對其進(jìn)一步拓展抽象,使其作為影響設(shè)計(jì)生成的外部組織力量,作用于內(nèi)部組織力量,內(nèi)外因素共同作用生成結(jié)果。
然而,通過計(jì)算機(jī)對個(gè)體行為進(jìn)行模擬,操作方法卻仍舊基于精英(設(shè)計(jì)師)假說。例如,計(jì)算機(jī)模型中為每一種環(huán)境因素影響力設(shè)定的參數(shù),很大程度取決于設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)。在未來的探索中應(yīng)嘗試將計(jì)算機(jī)建模方式與傳統(tǒng)田野調(diào)查方法更為充分地結(jié)合:一方面,基于初步模型假說,制定模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的田野調(diào)查框架;另一方面,將田野調(diào)查獲得的大量信息進(jìn)行參數(shù)化轉(zhuǎn)換,作為數(shù)學(xué)模型建構(gòu)依據(jù),并利用居民的歷史行為信息對模型進(jìn)行校核。這樣,設(shè)計(jì)成果才更能真實(shí)反映個(gè)體需求,真正體現(xiàn)集群智慧。
17 與濕地交融的科研建筑
18 生態(tài)引入都市圈(9-18 圖片來源:作者自繪)