Номер
УДК-711

КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА В ПРОЦЕССЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗВИТИЯ НОВОСИБИРСКОЙ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 1945–2015 гг.

 

Ерохин Г.П., кандидат архитектуры, доцент

Новосибирский государственный университет архитектуры, дизайна и искусств

 

Аннотация: В данной статье представлены результаты исследования процесса территориально-пространственного развития Новосибирска. В ходе исследования проверяется гипотеза цикличности процесса градостроительного развития крупнейших городов. В статье описываются алгоритмы и методики исследования, а также полученные двумя различными способами результаты, которые подтверждают проверяемую гипотезу.

 

Ключевые слова: Циклическое развитие города, колебательные процессы в градостроительстве, градостроительное развитие Новосибирска.

 

    В данной статье представлены первые результаты исследования ретроспективной динамической модели Новосибирской градостроительной системы. В настоящее время модель содержит определенный набор объективных данных о прошлом состоянии системы и позволяет генерировать некоторые выводы о закономерностях ее эволюции за последние 60–70 лет.

    Данное исследование является, по сути, рассмотрением частного аспекта городского развития, а именно пространственно-временной локализации жилого фонда, которое, тем не менее, может дополнить общее представление о ходе развития крупной градостроительной системы. Образно говоря, данное ретроспективное исследование крупного города можно соотнести с изучением жизни дерева по годовым кольцам или истории планеты по геологическим наслоениям.

   Целью исследования является поиск закономерностей пространственного развития города и объективное подтверждение высказанных ранее гипотез и утверждений о циклическом характере территориально-пространственного развития крупных городов на основе изучения и обработки значительных массивов данных о жилой застройке и построении ретроспективной динамической модели Новосибирской градостроительной системы.

   В применении к городу термин «моделирование» достаточно широко используется как в повседневной жизни горожан, так и в градостроительной и исследовательской практике. Сфера применения моделирования города и процессов, происходящих в нем, достаточно широка и продолжает расширяться. В настоящее время можно привести ряд примеров: информационно-справочные модели города, модели локальных процессов в городе или модели функционирования отдельных инфраструктур (транспорт, энергетика, инженерное обеспечение), трехмерные имитационные модели городского пространства и т.п.

   Сегодня в цифровом моделировании города активно развивается направление, связанное с созданием городских интеллектуальных систем, которые функционируют в онлайн-режиме и обеспечивают оперативное управление уличным освещением, транспортными потоками, микроклиматом и т.п. Развивается интерактивное взаимодействие горожан с интеллектуальными городскими системами на основе онлайн-сервисов и открытых данных.

    Наиболее впечатляющие результаты и еще более смелые планы на ближайшую перспективу озвучивают власти Сингапура. В рамках стратегии Smart Nation в городе создается система, объединяющая данные с тысяч датчиков, сенсоров и камер. Собранная воедино информация обрабатывается и используется в регулировании транспортной системы, в коммунальном хозяйстве, энергетике, здравоохранении, охране правопорядка и, что представляется еще более важным, для прогнозирования вероятных сценариев развития, проведения виртуальных экспериментов с цифровой моделью города и поиска оптимальных решений.

    Специалисты в сфере архитектурно-градостроительного проектирования часто понимают под моделью города или градостроительной системы их проектную модель – то есть комплект градостроительной документации – генеральный план или схему территориального планирования, которые являются, по существу, нормативным прогнозом развития города, системы расселения, территории. Проектные модели крупных градостроительных систем не всегда учитывают синергетику города и игнорируют процессы самоорганизации, что влияет на их реализуемость и адекватность реально происходящим в градостроительной системе процессам.

    Одним из путей повышения адекватности градостроительного проектирования является апробация принимаемых управленческих решений в области градостроительства в виртуальной динамической модели города, соотнесение предлагаемых архитектурных и градостроительных решений с прогнозами развития всей градостроительной системы.

   Точность, адекватность и работоспособность любой модели зависит прежде всего от степени ее соответствия той системе, которую она имитирует, то есть полноты знания о законах развития и функционирования системы, а также количества и достоверности операционных данных о системе на максимально протяженном отрезке времени ее существования.

    Например, продолжающийся какое-то время территориальный рост города может убедить нас в том, что, вероятнее всего, территориальный рост продолжится аналогичными темпами и в ближайшем будущем. Однако территориальное расширение города сопровождается увеличением нагрузки на транспортную инфраструктуру и сокращением транспортной доступности, а следовательно, и снижением привлекательности для потребителя новых жилых районов, появляющихся на периферии города. Это может приводить к переходу всей градостроительной системы в другое состояние – завершению территориального роста с переносом градостроительной активности в центр и модернизации всей транспортной системы перед следующим скачком в территориальном развитии.

    Таким образом, знание того, какие фазы развития градостроительная система прошла в прошлом и в какой фазе находится сейчас, может уберечь нас от ошибок механической экстраполяции и приблизить к большему пониманию общих законов развития градостроительных систем, а также практическому прогнозированию их развития.

     Еще в 2013 г. в НГУАДИ на кафедре ГиЛА была начата инициативная работа по созданию открытой динамической модели Новосибирской градостроительной системы, сформулированы общая концепция, основные цели и практические задачи, которые были сгруппированы в три блока: построение модели, исследование модели, использование модели. Использованные данные о застройке г. Новосибирска имеют хронологическую и пространственную привязку и содержат информацию об объеме жилого фонда. В том же, 2013 г. проведена первичная апробация динамической модели, в ходе апробации осуществлена экспериментальная проверка утверждения (гипотезы) о колебательном характере процесса пространственного развития города.

    Гипотеза: процесс территориально-пространственного развития крупной градостроительной системы имеет пульсирующий (циклический) характер. Каждый цикл состоит из фазы с преобладанием центростремительных тенденций в территориальном развитии и сменяющей ее фазы центробежных тенденций.

    Фаза центробежного развития сопровождается территориальным расширением градостроительной системы, освоением новых территорий, градостроительная активность смещается из центра на периферию.

   Фаза центростремительного развития градостроительной системы характеризуется тем, что территориальное расширение замедляется или вообще прекращается, развитие продолжается за счет использования внутренних территориальных и пространственных ресурсов, градостроительная активность локализуется в центральной и срединной зонах.

     Переход от одной фазы развития к другой обусловлен работой механизма выравнивания системы, в котором экономическая целесообразность является регулятором, определяющим точку перехода (прямого и обратного). Последовательная смена фаз в пространственном развитии градостроительной системы сопоставима с природными циклическими (колебательными) процессами, основой которых является противоречие двух видов энергии – потенциальной и кинетической. В градостроительных системах этот процесс можно представить как переход накопленного потенциала развития градостроительной системы в кинематику территориально-пространственного расширения и обратно.

   Образно представить циклический процесс территориально-пространственного развития города можно в виде сферических волн, расходящихся от центра. Если смещение градостроительной активности происходит волнообразно от центра к периферии (ил. 1а), то в каждой точке, расположенной в срединной зоне города, будет наблюдаться периодически повторяющиеся всплески градостроительной активности, то есть прирост нового строительства будет выглядеть как колебания синусоидального вида (ил. 1б).

10.1

Ил. 1. а) сферические волны; б) плоские волны

 

    В ходе первичной апробации в качестве фрагмента рассмотрен участок городской застройки площадью 172 га в районе современной станции метро «Золотая нива». Данная территория расположена в срединной зоне города на расстоянии около 3.2 км от площади Ленина – ядра центра Новосибирска. В качестве показателя уровня градостроительной активности принят прирост жилого фонда.

    Наблюдение, проведенное в пределах одного выбранного фрагмента, позволяет утверждать, что процесс изменения прироста жилого фонда в данной точке носит признаки колебательного: в частности, прослеживается три волнообразных всплеска градостроительной активности (ил. 2).

10.2

Ил. 2. График изменения прироста жилого фонда с 1950 до 2013 г. в районе станции метро «Золотая нива», г. Новосибирск

 

     В 2014 г. проведено значительное расширение объемов привлеченного эмпирического материала и выполнены измерения уже на трех фрагментах города. В качестве фрагментов-индикаторов приняты три участка, расположенные в срединной зоне города (ил. 3). В ходе исследования установлено, что в точках наблюдения произошло несколько ярко выраженных всплеска градостроительной активности (ил. 4), которые связанны со строительством жилья. Первый всплеск связан с первичным освоением территории (территориальным ростом города) последующие всплески – повторное освоение территорий (уплотнительная застройка).

10.3

Ил. 3. Положение фрагментов-индикаторов в структуре г. Новосибирска

 

    Проведенные измерения и графическое их представление (ил. 4) наглядно подтверждают проверяемую гипотезу о циклическом (колебательном) характере процесса пространственно-территориального развития города.

10.4

Ил. 4. Графики изменения прироста жилого фонда для исследуемых фрагментов-индикаторов в срединной зоне г. Новосибирска 1940–2014 гг.

 

    В начале 2017 г. завершен очередной этап по сбору данных из открытых источников о пространственной и временной локализации жилого фонда Новосибирской градостроительной системы. Распределение жилого фонда в пространстве свидетельствует о распределении в пространстве мест проживания, иначе говоря – локализации в пространстве «ночной популяции» города. В работе принимается, что распределение населения по жилому фонду является равномерным.

    Всего к исследованию привлечена информация (положение в пространстве, этажность, площадь) о 9985 жилых сооружениях г. Новосибирска и п. Краснообск – жилые дома, секции в составе жилых домов и комплексов, построенные в разное время или разноэтажные, пристроенные части, вставки над арками и т.п. Это составляет около 93.5% современного жилого фонда указанных населенных пунктов. Информация об остальных 6.5% жилого фонда в открытом доступе отсутствует: это преимущественно индивидуальная малоэтажная застройка и общежития. Данные привлечены из открытых источников: reformagkh.ru, 2gis.ru/novosibirsk, n-s-k.net.

     В настоящее время мы обладаем относительно полной информацией о датировке застройки с начала массового строительства жилья в Новосибирске в 1940–1950-е гг. Сведения о застройке в предшествовавший период носят фрагментарный характер в связи с тем, что новое массовое строительство велось преимущественно со сносом старого малоэтажного жилья. Восстановление полного набора сведений о хронологии возведения, местоположении и конфигурации снесенных зданий требует кропотливых исторических и архивных исследований (вероятно, часть данных утрачена полностью). Проблема утраты информации о прошлом города актуальна и сегодня, прежде всего это связано с реализацией программы сноса аварийного жилья. В Новосибирске с 2007 по 2017 г. снесено 234 жилых дома и информация о них исчезает из открытых источников.

    В силу отсутствия на данном этапе исчерпывающих данных об эволюции во времени улично-дорожной сети Новосибирска в исследовании не учитывается конфигурация транспортной инфраструктуры, которая в значительной степени трансформирует реальное коммуникационное пространство и может кардинально влиять на транспортную доступность (транспортную удаленность) городских территорий. На данном этапе исследования коммуникационное пространство города рассматривается как условно однородное. В перспективе предполагается провести изыскания в этом направлении и выполнить вычисления, характеризирующие распределение жилого фонда с учетом его транспортной удаленности от центра системы.

     В данном исследовании в качестве операционной информации для обработки выступают две группы данных – о времени возведения, объемах и локализации в пространстве жилого фонда:

Исходные (объективные) данные:

– положение жилых зданий в пространстве города (на основе векторной топографической информации);

– год постройки жилых зданий;

– площадь застройки;

– этажность.

Производные (расчетные) данные:

– расчетный жилой фонд зданий (сумма площадей всех этажей);

– центр масс жилого фонда по годам (определение см. ниже);

– расстояние жилого здания от центра масс;

– «момент жилой массы» здания (определение см. ниже);

– среднее арифметическое «момента жилой массы» зданий по годам возведения.

    Для того чтобы выяснить, каким образом в процессе эволюции градостроительной системы смещается градостроительная активность от центра к периферии, нужно прежде всего уточнить, что понимается под градостроительной активностью и центром системы. В данном исследовании под градостроительной активностью предлагается понимать строительство жилья, то есть прирост жилого фонда, а для определения центра системы вводится рабочее понятие центра масс жилого фонда.

    Центр масс жилого фонда вычисляется как центр масс, геометрический центр или центроид (в CAD-системах) сложносоставного геометрического тела, описанного как трехмерная модель, которая объединяет в себе трехмерные модели всех жилых зданий города, существующих на определенный момент времени. Таким образом, масса данного сложносоставного геометрического тела, имитирующего жилую застройку, пропорциональна объему жилого фонда и может быть выражена в квадратных метрах жилой площади.

    То есть под «жилой массой» градостроительной системы в данном случае предлагается понимать объемы и географию распределения жилого фонда. Если допустить, что население распределено по жилому фонду равномерно, то география распределения жилого фонда свидетельствует о распределении в пространстве населения градостроительной системы, а точнее, ее ночной популяции.

    По мере нового строительства, общее пятно жилой застройки города меняет конфигурацию, изменяется жилая «масса» градостроительной системы. Соответственно, от года к году положение центра масс смещается. Для дальнейших вычислений и измерений условно принят средний центр масс (центроид центров масс) с 1925 по 2015 г.

    Далее вычисляется расстояние от среднего центра масс до каждого из жилых зданий. Однако для того чтобы зафиксировать факт смещения градостроительной активности в сторону центра или на периферию градостроительной системы, недостаточно знать, на каких расстояниях от центра ведется новое строительство, необходимо также учесть и объемы нового строительства. Для этого в данном исследовании вводится понятие «момент жилой массы» – по аналогии с моментом сил в теоретической механике.

    «Момент жилой массы» здания – произведение расстояния от центра масс до здания на объем жилого фонда здания: Мж = Vжф х L (ил. 5).

10.5

Ил. 5. Момент жилой массы

 

     Далее производится вычисление среднего арифметического «моментов жилой массы» зданий, возведенных по годам во временном отрезке от 1945 до 2015 г. Таким образом, среднеарифметическая удаленность жилой массы от центра по годам возведения получает числовое выражение. Это позволяет представить объективную динамику смещения градостроительной активности в градостроительной системе относительно ее геометрического центра (центра масс), а также визуализировать этот процесс (ил. 6). Приведенные на ил. 6 графики демонстрируют погодовое изменение среднего арифметического «моментов жилой массы» зданий, возведенных в указанный период.

10.6

Ил. 6. График изменения среднеарифметического момента жилой массы

г. Новосибирска 1945–2015 гг.

 

    На ил. 7 положение точек соответствует положению построенных в указанный промежуток времени жилых зданий, а размеры точек (площадь полигонов) соответствуют суммарной жилой площади этих зданий.

10.7

Ил. 7. Смещение градостроительной активности в г. Новосибирске

 

    В перспективе планируется продолжить исследование закономерностей развития крупных градостроительных систем, в том числе колебательной динамики их пространственного развития. В частности предполагается при определении удаленности от центра перейти от вычисления расстояний в метрах к измерению транспортной доступности в минутах – это даст более достоверную картину реальной динамики процесса территориально-пространственного развития градостроительной системы. Также планируется привлечь и обработать массивы данных, связанных с общественными и производственными зданиями.

     Таким образом, можно считать, что проверяемая в ходе настоящего исследования гипотеза о циклическом характере территориально-пространственного развития крупных градостроительных систем на примере Новосибирской градостроительной системы подтверждается. Причем результаты, подтверждающие гипотезу, получены двумя различными способами.

 

OSCILLATORY DYNAMICS IN THE PROCESS OF SPATIAL DEVELOPMENT OF THE NOVOSIBIRSK URBAN SYSTEM 1945-2015

 

Erohin G., Candidate of Architecture, Docent

Novosibirsk State University of Architecture, Design and Arts

 

Abstract: This article presents the results of a study of the process of spatial development of Novosibirsk. The study tests a hypothesis of the cyclical process of urban development of major cities. This article describes the algorithms and methodology of the study, and obtained in two different ways the results confirm the hypothesis tested.

Keywords: The cyclical development of the city, oscillatory processes in urban development, urban development of Novosibirsk.