Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современное состояние, трудности и перспективы развития комплексных методов моделирования проектируемой застройки 9
1.1. Современное состояние моделирования восприятия объемно-планировочных проектных решений . . . . .9
1.2. Перспективы комплексного использования макетных и компьютерных методов проектирования . . . . . .20
Глава II, Системные закономерности формирования восприятия городской застройки . , . . . .27
2.1. Психофизиологические особенности восприятия пространства и их
связь с закономерностями поисковой и познавательной деятельности . . 27
2.2. Универсальные принципы организации проектирования и применение системной методологии при решении градостроительных задач комплексными методами . . , . . . .40
2.2.1. Классификация проектных задач . . . . . .40
2.2.2. Применение системной методологии . . . . .45
2.3. Методы макетного анализа и теории подобия как инструмент многокритериальной оценки проектных альтернатив на всех уровнях иерархии проектной задачи . . . . . .52
2.4. Организационно-экономические механизмы муниципального влияния на выбор проектных решений и коллективное градостроительное творчество . . . . . . . .71
2.5. Социально-психологические аспекты визуализации проектных решений в ходе изучения общественного мнения по вопросам формирования градостроительной политики . . . . . .80
Глава III. Пути и примеры преодоления технических противоречий при оптимизации средств динамического анализа проектируемой застройки . , , * . .88
3.1. Пределы экономичного внедрения технических средств проектирования и пути их поэтапного преодоления . . . . .88
3.2. Пути повышения универсальности телемакетоскопическои аппаратуры 124
3.3. Программно-математические принципы оптимизации
компьютерного анализа макетных видеозаписей . . . . .132
Заключение . ... 151
Библиографический список использованной литературы . .16
- Перспективы комплексного использования макетных и компьютерных методов проектирования
- Универсальные принципы организации проектирования и применение системной методологии при решении градостроительных задач комплексными методами
- Методы макетного анализа и теории подобия как инструмент многокритериальной оценки проектных альтернатив на всех уровнях иерархии проектной задачи
- Пределы экономичного внедрения технических средств проектирования и пути их поэтапного преодоления
Введение к работе
Необходимость взаимодействия различных, часто конкурирующих между собой, методов проектирования обусловлена самой логикой проектной деятельности и стремлением к повышению качества принимаемых решений. При проектировании строительных объектов возможность серьезной проектной ошибки недопустима, так как стоимость и требовакия по надежности этих объектов чрезвычайно велики. В такой ситуации только взаил/гное совпадение результатов анализа проектного решения, полученных с помощью- различных методов, дает уверенность в достоверности этих результатов. Так, например, ответственные инженерные сооружения типа мостов рассчитывают параллельно по нескольким методикам, основанным на альтернативных принципах моделирования работы конструкции. Подобная альтернативность неизбежно возникает при: тщательной проработке проектов городской застройки.
На всех стадиях архитектурного проектирования широкое распространение получили два основных іч/іетода моделирования проектируемых объектов:
математическое моделирование и макетирование. При этом моделирование; физических (механических, акустических, теплотехнических и прочих) параметров часто осуществляется с помощью комбинированных методик, сочетающих испытания гчласштабных макетов этих объектов с математической (обычно компьютерной) обработкой полученных при испытаниях результатов с целью моделирования аналогичных процессов, протекающих в застройке реальных размеров, для чего используются принципы и методы теории подобия,
В области визуально-пространственного моделирования эстетико-эргономических свойств архитектурных объектов макетные и компьютерные методы чаще оказываются в определенной конкуренции между собой [108]. При этом приверженцы компыютерных методов указывают на архаичность и неавтоматизированность макетирования и на субъективность оценки его результатов. С другой стороны, компьготерная графика в большей мере связывает проектировщика набором стандартных форм и элементов, содержащихся в базе данных. Ввод в систему новых форм сопряжен с дополнительными трудностями, в то время как последующее преобразование этих форм, их размножение, деформация, наглядное представление и оформление в виде стандартной проектной документации осуществляются без каких-либо затруднений. Макетный метод, наоборот, облегчает поиск нестандартной формы, но не обеспечивает удоб ства ее дальнейшей обработки и оформления. В связи с этим чрезвычайно заманчивым: является сочетание достоинств этих направлений визуально-пространственного моделирования путем непосредственного ввода в компьютер
объемной информации о форме, найденной в пластилине, представленной в виде масштабного макета или существующей реально в виде исторической застройки. Подобные задачи встречаются в различных областях науки и техники и относятся к сфере так называемого машинного зрения.
Актуальность сочетания макетных и компьютерных методов в единой системе автоматизированного архитектурного проектирования обоснована Н. Негропонте, предложившим совершенно новый подход к моделированию проектных функций [109]. Им была разработана концепция "архитектурной машины", способной двигаться, сканировать и анализировать изображения, рисовать и строить объемные макеты. Такая машина должна представлять собой гибкую самообучающуюся систему, основанную на достижениях в области теории пространства и изображений, картографии и изобразительной голографии, компьютерной графики и машинного зрения. Эксперименты с опытными образцами подобных систем позволили обеспечить фактическое слияние функций проектировщика и машины. При этом архитектор в значительной степени переключался с узкопрофессиональных вопросов на разработку стратегии проектной деятельности. Тесная связь макетного проектирования с системно-методологическими основами проектной деятельности обусловлена тем, что оно, в отличие от компьютерных средств, не может предложить какой-либо определенной стратегии поиска решения, а трудоемкость макетирования стимулирует проектировщика более обоснованно выбирать направление своих творческих поисков. Неслучайно перевод американского пособия по макетному проектированию [64] был дополнен обширным редакционным разделом, описывающим отечественный опыт в области стратегии решения сложных объемно-планировочных задач промышленного проектирования. Практические вопросы взаимодействия макетного и автоматизированного проектирования для обеспечения достоверного восприятия будущей застройки рассматривались в работах как отечественных авторов (Л.Н. Авдотьин, В.И. Иовлев, О.А. Корзин, М.Е. Маталасов, Ю.А. Прокофьев, Т.А, Свирская, А.И, Чесноков и др.), так и зарубежных авторов (К.-А. Акинг, К. Олсон и У. Сёгрен, X. Стенорс и др.). Теоретические модели восприятия городской среды как объекта проектирования и оценки разрабатывали Е.Л. Беляева, Э.П. Григорьев, Э.М. Климов, Ю.И. Короев, С.К. Регамэ и др., а в аспекте подобия - Л.И. Павлова.
Усложнение структуры проектируемых объектов и соображения экономического характера вынуждают разработчиков к сочетанию различных методов представления и отбора вариантов возможных решений. Макетные методы совмещают в себе демонстрационные и аналитические возможности. Аналогичное сочетание лежит в
основе систем автоматизированного проектирования (САПр), использующих принципы системного анализа для выявления приемлемых проектных решений. Это создает практические предпосылки для технико-технологического объединения обоих направлений в процессе реального проектирования.
Более всего по пути данного объединения продвинулись специалисты, работающие в области визуализации проектов городской застройки, где демонстрационные и аналитические аспекты наиболее тесно связаны из-за необходимости решать вопросы зрительного сочетания проектируемого объекта и существующего окружения. Это делается на основе применения архитектурной фотограмметрии в градостроительном проектировании в комплексе с компьютерным построением перспективных изображений проектируемой застройки на фототеодолитных снимках, полученных из точек, характерных для массового визуального наблюдения [81]. Другим средством получения подобных изображений, отражающих сочетание проектируемой и сложившейся застройки, является телевизионная макетоскопия, основанная на визуальном анализе и съемке макетов застройки с точек и ракурсов, характерных для сомасштабного макету наблюдателя. В основе этих направлений лежат фотографические принципы получения и совмещения снимков проектируемых объектов и их реального окружения с аналогичных точек, определяемых простейшими фотограмметрическими расчетами. Развитие компьютерной графики и телевизионной техники, открывая дополнительные технологические возможности получения и обработки фильмов, уменьшило связь макетоскопических и фотограмметрических методов, но общее аппаратное обеспечение компьютерной графики и обработки телевизионных натурных и макетных изображений создает техническую основу для их слияния в единое направление имитации визуально-пространственного восприятия будущей застройки, называемое видеомоделированием [68]. Главным фактором объединения компьютерных и макетных методов в системе автоматизированного проектирования является программное обеспечение их взаимодействия, создающее за счет разнонаправленных связей простор творческого поиска всеми методами проектирования городской застройки, в программной увязке с которыми нуждается также перемещение съемочной аппаратуры, передача изображений и макетирование. В качестве РАБОЧЕЙ ГИПОТЕЗЫ принято предположение о необходимости применения модульного построения и многоуровневой компиляции большинства компонентов систем автоматизированного макетного проектирования городской застройки.
ЦЕЛЬ исследования - определение общих конструктивных, программно-математических и организационно-экономических принципов взаимодействия
макетного и автоматизированного проектирования городской застройки. Эта цель трактуется в духе традиционного для архитектуры поиска оптимальных пропорций сочетания частного и общего, "жесткого" и "мягкого", локального и комплексного, так как целостность и привлекательность города достижимы только в случае гибкого преемственного решения локальных вопросов его застройки по отношению к его главной планировочной идее [69, с. 5].
Для достижения этой цели в работе удалось решить нижеследующие ЗАДАЧИ.
Адаптировать для объединения средств проектирования принятые в градостроительстве и архитектуре традиции синтеза сложных систем компиляцией известных компонентов, в том числе пропорций, приемов и правил.
Определить обеспечивающую нужное взаимодействие компонентов системы проектирования глубину их предварительного анализа (декомпозиции).
Обобщить приемы наглядного графоаналитического представления многомерных проектных зависимостей количественного характера.
4. Обосновать необходимость выявления и оптимизации обобщенных критериев
качества застройки, обладающих свойствами критериев подобия.
Обосновать возможность пропорционирования проектных параметров путем компиляции устойчивых эталонов, в условиях неопределенности более надежных, чем оптимумы, диктуемые поставленными ограничениями.
Формализовать процессы ускорения проектирования и проявление закона убывающей доходности для инвестиций в недвижимость.
Выявить основные направления и принципы разработки телемакетоско-пической аппаратуры на основе анализа психологических, гносеологических и социальных аспектов пространственного восприятия городской застройки.
Выявить главное техническое противоречие развития взаимодействия макетного и автоматизированного проектирования городской застройки.
Исследовать междисциплинарные основы организации проектирования и пути обоснованного внедрения макетных и компьютерных методов в практику разработки и согласования проектов городской застройки.
10. Решить конструктивные, программно-математические и организационно-
экономические вопросы применения телемакетоскопических комплексов.
ОБЪЕКТОМ исследования являются модели городской застройки.
ПРЕДМЕТОМ исследования являются комплексные телевизионные, макетные и компьютерные методы представления информации, как компоненты системы автоматизированного проектирования городской застройки.
ГРАНИЦЫ исследования. В работе исследуются конструктивные, программно-математические и организационно-экономические аспекты макетного и компьютерного моделирования восприятия городской застройки и ее технико-экономических параметров в процессе автоматизированного проектирования. Аспект автоматизации макетирования анализируется в связи с остальными аспектами. Содержательный аспект проектирования затрагивается только в части сохранения качества проектов при интенсификации и компиляции.
МЕТОДИКА исследования основана на комплексном применении системных методов на этапах выявления, анализа и преодоления проблем, препятствующих взаимодействию макетных и компьютерных методов проектирования, и, в частности, на использовании теории решения изобретательских задач, блочно-иерархического и синергетического подходов для аппаратного, программного и технологического обеспечения данного взаимодействия.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования заключается:
в дополнении макетных методов разработки, визуализации и экспертизы проектов застройки сравнительной количественной оценкой ее технико-экономических параметров на основе анализа стоимость/эффективность, модифицированного в соответствии с законом убывающей доходности;
в разработке на базе этой модификации оригинального математического аппарата организационно-экономического нормирования проектного труда при его разделении и интенсификации благодаря техническим средствам;
в обосновании причин, вызывающих необходимость разработки серии установок для различного динамического анализа и съемки макетов разных размеров и конструкции, а также в разработке оригинальных вариантов конструктивной компоновки 4-х устройств этой серии и их отдельных узлов;
в обосновании принципов адаптации программно-математических средств стереофотограмметрической и трехмерной компьютерной обработки изображений и моделей пространственных объектов в соответствии со спецификой проектирования городской застройки.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ состоит в рекомендациях по адекватному и экономичному объединению макетных и автоматизированных методов представления и решении задач проектирования городской застройки.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
- анализ перспектив и системных основ интеграции графических и макетных методов
в автоматизированное проектирование городской застройки;
- обоснование необходимости (в условиях неопределенности) компиляции выявленных
эталонных соотношений проектных параметров, интерпретированных на основе теории
подобия с учетом действия закона убывающей доходности и закономерностей
разделения проектного труда;
- конструктивные, программно-математические и организационно-экономические
принципы обеспечения многоуровневого взаимодействия макетного и
автоматизированного проектирования городской застройки.
АПРОБАЦИЯ. Обоснованные в данной работе конструктивные принципы использованы лабораторией Видеомоделирования Московского архитектурного института (МАрхИ) при дипломном и курсовом проектировании, в хоздоговорной работе (гос. per. № 01.8.80011582) по методике визуально-пространственного моделирования архитектурного облика градостроительных ансамблей, заказанной ЦНИИП градостроительства в ходе плановых работ по теме 2—3.4 "Разработка научно-методических основ визуально-пространственного моделирования архитектурного облика градостроительных ансамблей в процессе проектирования городских центров с применением фото-, видео-телемакетоскопии" (акт внедрения от 5.02-1991 г.), а также в признанном в январе 1997 г. лучшим заказном конкурсном проекте Торгово-делового центра в Столешниковом переулке. На ряд конструкций аппаратуры получены авторские свидетельства и патенты СССР и Российской Федерации. Программно-математические принципы компьютерной обработки макетных и натурных стереоснимков и видеозаписей были в 1990 г. в МИФИ вынесены диссертантом на защиту дипломной работы "Программа для автоматизации фотограмметрических расчетов". Модификация анализа стоимость/эффективность с учетом закона убывающей доходности опубликована в журнале "Жилищное строительство" №№ 7; 9 за 2000 г. Закономерности не интенсифицированного разделения проектного труда, названного экстенсификацией проектирования, выведены в статье, опубликованной в журнале "Жилищное строительство" № 5 за 2001 г.
Изложенные в диссертационной работе идеи и принципы опубликованы в сборниках научных трудов МАрхИ, кафедры Экономики и управления в строительстве Московского государственного строительного университета (ЭУС МГСУ) и трудов Московского государственного института электроники и математики (МИЭМ), а пропорционирование параметров как следствие стихийной оптимизации сложных систем отражено в НИР (гос. per. №01.2.00104898) "Проблемы ансамбля в архитектурной теории и практике" и в журнале "Известия вузов. Строительство" № 5 за 2002 г.
Перспективы комплексного использования макетных и компьютерных методов проектирования
Макетирование как древнейший компонент проектного процесса нуждается в переосмыслении с учетом современных информационных технологий и демонстрационных возможностей. Приводимое в Советском энциклопедическом словаре 1980 г. определение архитектурного макета как "объемно-пространственного изображения" объекта "в уменьшенном масштабе" более подходит создаваемому оптически или голографически действительному пространственному изображению. На практике макетом принято считать вполне осязаемую физическую модель, выполненную из определенных материалов, а не бестелесное, сотканное лучами изображение. В данной диссертационной работе под проектным макетом понимается изделие, форма которого отражает свойства проектируемого объекта. В дополнение к форме макет может отражать свойства объекта своей расцветкой, подвижностью и другими качествами. Грань между макетом и графическим изображением пролегает на уровне техники аппликации, фиксирующей графический образ, найденный методом плоскостного (темплетного) макетирования. Получаемое таким образом макетное изображение, как и фотография объемного макета, есть форма его визуализации.
Наиболее очевидной причиной, задерживающей интеграцию макетной визуализации в компьютерное проектирование, является недостаточная заинтересованность проектировщиков в достоверности представляемых ими иллюстрационных материалов, касающихся внешнего облика проектируемых объектов. Находясь в тисках конкретных технико-экономических требований проектного задания, проектировщик не всегда в состоянии мобилизовать силы и средства на моделирование и проработку всего комплекса вопросов визуального восприятия. Часто он ограничивается наиболее выигрышными ракурсами или обязательными проекциями, которым придает максимально эффектный вид. Изменить ситуацию может только налаженная система экспертизы визуального восприятия проектных предложений, основанная на независимом и, возможно, альтернативном применении различных методов визуализации. Медленное, но неуклонное созревание социального заказа на проведение подобных экспертиз неизбежно заставит проектировщиков вооружиться полным набором средств и методов визуализации своих разработок. Имеющиеся в настоящее время в рамках компьютерного проектирования возможности создания качественных перспективных изображений в определенной мере препятствуют выделению средств на развитие макетоскопических методов -моделирования визуального восприятия, так как это расценивается как расточительное дублирование. Возникающее из-за нехватки денег у проектных организаций противопоставление макетных и компьютерных средств визуализации в значительной степени является временным явлением. По мере удешевления вычислительной техники приоритетное значение приобретают факторы трудоемкости компьютерного моделирования и возможность проконтролировать неизбежно возникающие в ходе него ошибки. С другой стороны, распространение доступной и совместимой с компьютером видеоаппаратуры, миниатюризация телевизионных камер и сохранение практики проектного макетирования уничтожают материальные основы указанного противопоставления. На передний план выходят организационные вопросы проектного процесса, его подконтрольность и управляемость. Повседневной практикой является архитектурное компьютерное проектирование, осуществляющееся последовательно в нескольких программных пакетах, специализированных на различные виды работы: точные пространственные построения, присвоение цветов, текстур и фактур поверхностям, монтаж перспектив с фоновыми изображениями и прочее. В рамках устаревающего программного пакета ArchiCADS.O, способного реализовать большинство необходимых архитектору функций без преобразования данных в иной компьютерный формат, проектирование осуществлялось по искусственно-тупиковой схеме. По этой схеме создание пространственных элементов возможно только на планах, редактированию поддаются только элементы, отображенные на планах этажей, разрезах и фасадах, а перспективные и аксонометрические проекции используются для проверки результатов редактирования и построений. В более новых версиях этого пакета можно редактировать и трехмерные изображения, но подобная работа с визуально воспринимаемыми элементами проекта менее удобна и производительна, чем макетное проектирование, сопровождаемое компьютерными средствами рисования и распечатки фасадных элементов. Необходимость последующего ручного ввода результатов макетного эскизирования в компьютер соответствует радиально-тупиковой схеме компьютерного проектирования, которое в такой форме не может считаться по-настоящему автоматизированным. Фактически мы имеем дело с механизацией черчения и частичной автоматизацией построения отдельных изображений, так как обратная связь отдельных изображений и проектных форматов друг с другом программой предусмотрена не всегда. В анимационных компьютерных пакетах 3DS и 3DS-Max работа с пространственными объектами может вестись в любом из четырех проекционных окон: горизонтальном, фронтальном, профильном и аксонометрическом или перспективном. Изменения во всех окнах происходят синхронно и автоматически.
Такие же возможности предусмотрены в версии ArchiCAD6.5 и 7.0, а также в имеющем архитектурное приложение программном пакете MicroStation. В пакете ABIS-3D все проекции тоже равнозначны, а работа в изометрии автоматически приводит к изменениям во всех чертежах.
Работа в изометрической проекции требует высокой квалификации, чрезвычайно развитого пространственного воображения и постоянно поддерживаемого навыка практической работы в конкретном программном приложении. Достигаемые такой ценой элементы автоматизации проектирования пока плохо поддаются коллективному исполнению. Фактически распределены и проконтролированы могут быть только четко определенные компоненты работы, что сложно в условиях творческого поиска. В то же время коллективная организованная работа над макетом проектируемого объекта является широко распространенной и проверенной практикой. В Западной Европе довольно часто можно увидеть в процессе сборки одного макета проектировщиков разных специальностей, обсуждающих свои проблемы на различных языках [64, с. 9].
Универсальные принципы организации проектирования и применение системной методологии при решении градостроительных задач комплексными методами
С момента зарождения основ методологии научно-технического поиска не прекращаются попытки реорганизации процесса проектирования на основе общих закономерностей поисково-познавательной деятельности и закономерностей развития технических систем.
Одновременно с этим возникает необходимость выявления различий, свойственных разным типам творчества, объединенным часто общей предметной областью и даже призванным совместно решить единую проектную задачу. Это связано с тем, что в рамках решения единой задачи на разных стадиях и в отдельных аспектах проектировщики сталкиваются с препятствиями совершенно различного типа, требующими соответственно и различных подходов к их преодолению, а также формулирования самостоятельных поисковых целей для отдельных разделов, этапов и стадий. Применение единых подходов к различному типу задач способно привести к дискредитации любой методологии, разработанной на основе общих закономерностей, но ориентированной на использование только при определенных условиях.
Общеизвестно противопоставление архитектурно-градостроительного проектирования инженерно-техническому творчеству, но и в рамках чисто технической деятельности встречаются подобные противопоставления. Г.С. Альтшуллер - создатель ТРИЗ, основанной на гносеологических тезисах классической философии, -специально подчеркивал принципиальные различия между творчеством изобретателя и творчеством конструктора. Он, в частности, писал:
"Конструктор лавирует между взаимно противоречивыми характеристиками машины, подбирая их так, чтобы наилучшим образом удовлетворить требования конкретной задачи. В итоге любое изделие, машина, любой технологический процесс являются результатом компромисса между противоречивыми требованиями, одно из которых может быть усилено только за счет других.
Изобретатель же должен сломать этот компромисс, так улучшив одну часть (или одно из качеств) машины, чтобы при этом не ухудшились другие.
Конструктор пользуется уже известными в технике приемами, изобретатель ищет новые пути, новые приемы" [10, с. 41].
В архитектуре и градостроительстве, как в синтетическом искусстве, потребность в изобретательстве может возникнуть, если не удается согласовать характеристики проектируемого объекта на удовлетворительном для поставленной задачи уровне. В этом случае необходимо найти пути устранения технического противоречия между характеристиками либо изменить поставленные в проектном задании требования. Таким образом мы видим, что в рамках единой проектной задачи можно выделить взаимосвязанные задачи трех типов: 1 тип - формулирование проектного задания; 2 тип — поиск решения, оптимально удовлетворяющего требованиям проектного задания; 3 тип - при отсутствии стандартного решения задачи 2 типа выявление препятствующего этому технического противоречия (или противоречий) и поиск путей его (их) устранения. При этом в случае успешного решения задачи 3 типа происходит возвращение к задаче 2 типа, а при неудаче - обоснованный возврат к переформулировке проектного задания, то есть к задаче 1 типа.
Из трех приведенных типов только последний изобретательский 3 тип задачи может быть сформулирован в обезличенной научно-объективной форме, например, в виде вопроса: "А есть ли вообще пути достижения того-то без утраты другого?". На подобный вопрос в принципе может найтись строго научный ответ: "Нет, так как это противоречило бы такому-то физическому закону".
Именно подобная однозначность и конкретность изобретательских задач, необходимая для вывода процесса проектирования из тупика, является причиной того, что эти задачи можно рассматривать и решать как научно-познавательные на основе методик типа ТРИЗ, базирующихся на классической теории познания.
Задачи 2 типа, связанные с выбором оптимального решения, уже приобретают субъективную окраску из-за выбора критериев оптимизации, что само по себе является задачей I типа и осуществляется на стадии формулирования проектного задания.
Если попытаться проанализировать задачу 2 типа с точки зрения того, что в ней является объективным и легко формализуемым, а что субъективным и интуитивным, то мы придем к выводу о возможности формализации вариантного проектирования по типу изобретательской задачи, с той разницей, что общее количество вариантов -решения тривиальной проектной задачи значительно больше количества возможных путей преодоления технического противоречия в задаче изобретательской. Экономичнее сразу сузить поле поиска подходящего решения, логически проанализировав ограничения проектного задания в надежде обосновать неперспективность максимального количества возможных направлений этого поиска.
На практике тривиальные проектные задачи чаще всего встречаются в форме совершенствования прототипа проектируемого объекта в соответствии с новыми ужесточившимися требованиями, то есть задача оптимизации возможных вариантов решается в обратном порядке, при котором сами варианты разрабатываются в направлении реализации ужесточившихся требований. В этом случае обыкновенное по своей сути проектирование может быть рационально организовано на принципах решения задач изобретательского характера, так как наступательное логическое развитие предъявляемых к проекту требований порождает технические противоречия, которые можно рассматривать не как признаки "тупиковости" поиска по данному направлению, а как обостренную форму постановки задачи.
В данной связи можно привести в качестве иллюстрации третье дополнительное правило ТРИЗ, гласящее: "Чем больше нарастают трудности при попытках решить задачу, тем ближе верное решение". Это объясняется следующим образом. Подлинные трудности при решении задачи связаны с тем, что изобретатель блуждает, не зная верного направления, в этих условиях важно знать хотя бы неверное направление. Представьте себе человека, который с завязанными глазами бродит в огромном зале. Если он натолкнется на стену, это уже поможет ориентироваться. Зная, куда нельзя идти, легче решить вопрос, куда идти можно [10, с. 108] .
Методы макетного анализа и теории подобия как инструмент многокритериальной оценки проектных альтернатив на всех уровнях иерархии проектной задачи
Как уже говорилось ранее, только задачи 3-ей (по классификации А.И. Кузьмина) группы, то есть конкретные задачи, возникающие внутри замкнутых систем, поддаются детальному системному анализу.
Ни один строительный объект не является замкнутой системой, хотя степень его автономности может быть значительно повышена усилиями проектировщиков. Связи реального объекта с окружающей средой многообразны и нестабильны. В тех случаях, когда их влияние предсказуемо с необходимой достоверностью, системные методы в состоянии обеспечить результат на основе использования вероятностно-статистических данных, причем достоверность результата будет зависеть от достоверности исходной информации о состоянии и динамике системы.
Математический аппарат теории вероятностей позволяет подсчитать интегральную вероятность нормального функционирования проектируемого объекта на основе учета достоверности информации о его внешних связях и собственной надежности, но в любом случае всякое строительство сопряжено с хозяйственным риском и, следовательно, с ответственностью за последствия проектных решений, а значит, и с предоставлением прав на их принятие конкретным лицам. Таким образом даже в простейших задачах строительного проектирования присутствует личностный аспект в принятии отдельных проектных решений. В задачах архитектурно-планировочного и градостроительного характера, относящихся к 1-ой и 2-оЙ классификационным группам, системная методология начинает буксовать при каждой возможности различного толкования требований проектного задания.
Независимо от того, кто по договору между заказчиком и проектировщиком вправе делать выбор между проектными альтернативами в условиях неопределенности критериев отбора, задача методологии заключается в том, чтобы обеспечить условия для наиболее компетентного и взвешенного принятия решения по возникающему вопросу. Э.П. Григорьев пишет по этому поводу [40]: "Современная философия пришла к выводу, что обоснование истинности социально-нормативных практических суждений может быть достигнуто только на основе дискуссии заинтересованных сторон. При этом участники дискуссии должны находиться в условиях "коммуникативной компетенции", причем должно отсутствовать давление посторонних сил".
Приведенное соображение указывает пути совершенствования процессов решения планово-проектных задач, носящих перспективный стратегический характер: правильная организация критической дискуссии заинтересованных сторон и поиск на основе этого диалектического синтеза различных альтернатив [40, с. 47-48].
Идеальными условиями для принятия проектного решения можно считать наличие полной ясности относительно всех последствий выбора каждой из возможных проектных альтернатив. На практике это невозможно, так как сложность любой проектной задачи такова, что если попытаться оценить абсолютно все последствия принимаемого решения, то вместо ясности группа лиц, принимающих решение (ЛПР), получит объем информации, превышающий возможности человеческого восприятия. Сделать обоснованный выбор в подобных условиях не представляется возможным. Скорее всего ЛПР при избытке информации будут руководствоваться профессиональной интуицией или своими творческими пристрастиями. В ряде случаев, например при оценке эстетических достоинств проектных альтернатив, этот путь является наиболее реальным, но при оценке эргономических качеств, не говоря уже об экономических или экологических, интуитивные методы экспертной оценки уступают место логике и расчету.
Очевидно, что применяемые даже в рамках одной задачи различные методы отбора проектных решений потребуют соответственно различного информационно-технического обеспечения. Это обеспечение в общем случае призвано освободить членов группы ЛПР от той работы, которая должна осуществляться по четко определенным правилам и не требует принятия ответственных решений по ходу ее выполнения. Примерами подобной работы могут служить расчеты значений критериев оптимизации, проверка предложений на количественное и логическое соответствие нормативным требованиям и, наконец, моделирование пространственного образа проектируемого объекта, которое в противном случае каждому члену группы придется осуществлять самостоятельно в уме и в спешке с большим риском ошибки.
Из общей теории систем известно, что оптимизация системы не адекватна оптимизации ее элементов. Их параметры вступают в противоречие, и всегда чем-то надо поступиться. Следовательно можно говорить лишь о субоптимизации территориальной системы [25, с. 20]. При многокритериальной оптимизации технические противоречия задачи скрыты в противоречиях между критериями и группа экспертов призвана определить порядок поиска компромисса в форме выбора алгоритма оптимизации и присвоения критериям оценки коэффициентов значимости. Например, именно разработка критериев оценки и установление "веса" отдельных факторов представляют наибольшую трудность при комплексной оценке территории [25, с. 48]. Наибольшее распространение многокритериальная оптимизация получила при математическом решении задач конструкторского профиля с опорой на сложившуюся технологическую базу, когда, в отличие от архитектурных проектов и сложных строительных систем, большинству параметров можно дать достоверную технико-экономическую оценку на основе существующих условий производства, хранения, сбыта и эксплуатации [44, с. 5].
Технические противоречия при этом так и остаются непроанализированными в ходе работы экспертов. Вопросы: какие параметры проектируемого объекта, в какой степени и почему противоречат друг другу? — отходят на второй план, что не способствует возникновению у проектировщиков стремления к их разрешению каким-либо из методов творческого поиска. Таким образом при проектировании изделий многокритериальная оптимизация не способствует поиску путей повышения качества проектных альтернатив, главным для чего в конечном итоге является выявление и представление технических противоречий в наиболее рафинированной форме, чему способствует БИП с его локальной оптимизацией.
В архитектурно-градостроительном проектировании, благодаря более наглядному отражению внутренних взаимосвязей и противоречий, свойственных проектной задаче, существует тенденция к преодолению указанного недостатка многокритериальной оптимизации. В связи с этим, как средство оценки альтернатив, многокритериальные методы, такие как баланс Личфилда, матрица Морриса-Хилла и другие, высоко ценятся в городском и региональном планировании. Эти методы признают, что различные общественные группы могут иметь различные системы ценностей и по-разному оценивать тот или иной элемент проекта1. Общим недостатком подобных методов оценки является их сложность. Это означает, что проектировщик должен сосредотачивать усилия воли для проверки каждого результата оценки, производимой в ходе разработки плана. Если ему это не удается, он обращается к оценкам профессионального аналитика, которые он может и не разделять [99, с. 235].
Естественное стремление проектировщика использовать упрощенные методы оценки и сравнения альтернативных решений в большинстве случаев согласуется с более наглядным выявлением свойственных проектной задаче технических противоречий.
Пределы экономичного внедрения технических средств проектирования и пути их поэтапного преодоления
Необходимость и основные пути преодоления субъективности в оценке архитектурных проектов рассмотрены в шведском исследовании по данному вопросу [107]. Там, в частности, отмечается, что в противном случае ответственные решения долгосрочного действия, например, планировка и дизайн застройки со сроком службы 50—70 лет, могут повлечь за собой обширные негативные последствия. При этом ошибочные решения могут вытекать не только из недостаточной полноты представленных проектных материалов, но и из того, что недостаточно ясно показаны последствия реализации данного проекта. Шведские исследователи считают, что данный вопрос из области обсуждения вкуса и оценки достоинств и недостатков должен быть перенесен в сферу средств обеспечения всестороннего восприятия проектируемого внешнего окружения, которое базируется на человеческих реакциях и возникает в результате накопления информации на основе визуального впечатления. Это может, в определенной степени, быть достигнуто обзором макета изнутри и с высоты, соответствующей росту человека в масштабе макета.
Техника визуализации, то есть съемка с уровня взгляда, который скорректирован с учетом масштаба, используемого в макете проектируемого архитектурного окружения, - это средство получения наиболее реального представления о том, как данное окружение в действительности должно выглядеть в натуральную величину. При использовании съемки для воспроизведения движения по макету с учетом уровня взгляда восприятие расширяется не только в пространстве, но и во времени. То, что эта сверхпространственность фиксируется съемочной техникой, особенно важно для воспроизведения ощущений человеческого бытия [107, с. 5-6].
Задача заключается в обеспечении возможности получения многочисленными зрителями одинаковой визуальной информации об интересующем их проекте. Сравнение различных результатов индивидуального восприятия и оценок, возникающих у группы наблюдателей, интересно как при рассмотрении законченных проектов, так и для обсуждения альтернативных предложений. При этом динамика восприятия играет огромную роль, так как "создающийся пространственный образ не является результатом пассивного созерцания и регистрации действительности, а формируется в процессе активной деятельности субъекта во внешнем мире и характеризуется выработкой определенной схемы движения, представляющей собой содержание образа" [98, т, 2, с. 302]. Макетная визуализация проще всех существующих средств и методов обеспечивает зрителю возможность активного управления динамикой осмотра проектируемой застройки в реальном временном масштабе, то есть так, как это происходит в реальной, а не в смоделированной ситуации. Как уже говорилось, макет сам по себе не гарантирует того, что его восприятие обеспечит иллюзию реальности. Зрители не всегда в состоянии приспособиться к масштабу наблюдаемого невооруженным глазом макета и реалистично воспринять соответствующую макету архитектурно-планировочную ситуацию. Чтобы упростить зрителям эту задачу были разработаны различные технические приемы, основанные на использовании эндоскопических приборов перископического действия, обеспечивающих наблюдение макета с правильного зрительного уровня с учетом используемого масштаба. В силу того, что эндоскоп может двигаться внутри макетного пространства, зритель получает возможность наблюдать картины, аналогичные тем, которые соответствуют "прогулке" внутри проектируемой застройки. Эта информация может быть записана на видеомагнитофон или кинопленку, чтобы сделать ее доступной большему количеству зрителей. Все это позволяет значительно снизить необоснованность решений по планировке и дизайну проектируемой застройки. Шведские исследователи выделяют два типа подобных решений [107, с. 15]: - официальные (утверждаемые в соответствии с установленными правилами) и - неофициальные (рекомендательного характера).
Причем практически все этапы градостроительного проектирования сопровождаются принятием решений обоих типов, и решения, принятые на предшествующем этапе, выступают как предварительные условия и ограничения для последующих. Можно выделить три фазы, периодически повторяющиеся перед каждым принятием официального решения: фаза подготовки, фаза презентации и фаза обсуждения.
Очевидно, что обсуждение и принятие решений осуществляются коллегиально и, как правило, группой представителей различных заинтересованных в проекте сторон. Это следует учитывать при создании макетного фильма, для чего необходимо определить, на достижение каких целей и на какой состав аудитории ориентирован данный презентационный фильм. Ожидаемый результат зависит прежде всего именно от понимания, для кого фильм делается, и предназначен ли он для общественного контроля планирования и администрирования, или же он создан для более узкого круга. Дело в том, что заинтересованные стороны вольно или невольно — в силу ранее сложившихся у них мнений - способны проконтролировать исходный презентационный материал, представленный в проектной документации и снимаемом макете. Если же фильм демонстрируется для зрителей, не определивших свои интересы, он может ввести их в заблуждение.
В основном заинтересованные лица могут быть условно разделены на две группы: авторы и пользователи. Под авторами понимаются изыскатели, планировщики, архитекторы и так далее. Пользователи могут включать в себя общественные организации, учреждения, клиентуру, подрядчиков и широкую публику. При этом будет по-разному проявляться субъективная составляющая процесса восприятия. Говоря проще, каждый пользователь увидит в фильме в значительной мере то, что он захочет увидеть. В связи с этим заинтересованные стороны и их представители могут образовывать как общую экспертную группу, так и отдельные группы по надзору за проектом с различных точек зрения. Очевидно, что во внимание должны быть приняты как общественные, так и частные интересы. Общественные интересы, связанные с земельными и водными ресурсами, в силу всеобъемлющего характера часто отодвигают на задний план интересы частные. Даже в Швеции этому не принято уделять внимание до тех пор, пока не нанесен ущерб личным правам граждан, например, жителей. Таким образом возникает противоречие интересов между, с одной стороны, общим функциональным планированием, осуществляемым общественной администрацией, а, с другой стороны, правом собственности индивидуума. Если данное противоречие не приобрело антагонистического характера, оно может способствовать более рациональной организации проектируемого пространства и учету перспектив его развития.
