• <code id="c6y2a"><label id="c6y2a"></label></code>
  • 分形城市、空間私有與NKS

    建筑與城市,在我們可見的未來幾十年里,會走向何方呢?

    有兩個命題或許將成為主流:

    一個是數字化、網絡化對城市及建筑的影響。從這個意義上來說,建筑和建筑師都在被迫做減法。因為他們的功能都在逐一溶解,建筑從類型明確的格局走向它的最初——遮蔽與隔斷;建筑師則從一技之能的專家返回到人手可及的工匠。建筑設計逐漸成為普通人觸手可及的日常生活,真實空間與虛擬空間的構架或許只是一種游戲的兩個側面,結構及功能標準件將與空間組合及私有的過程徹底可分離,普通人對建筑生長的可操作部分將從“表皮”一直延伸到除“骨架”(需要認證建造來確定安全)外的所有領域……這個大勢看樣子不可阻擋。(http://www.abbs.com.cn/report/read.php?cate=1&recid=78,見tears原文《末代建筑師》、《“高技”VS“高高技”》)

    第二個是建筑/城市的真正生態化與空間化。雖然建筑師可能不再是一項專家性質的職業,但這并不妨礙建筑作為樹木真正走回城市這片森林的本質。告別從地圖到平面都是一張紙的時代,在公共的外部世界中劃分私有的空間(而不僅是室內)。雖然人人都可以做菜,廚師卻以做菜為職業,營養師在研究做菜背后的東西。建筑師或許在將來就將從“廚師”轉向“營養師”。那么在這個過程中,哪些東西該是他們關注的“背后”的東西呢?
    本文為之探討一二。

    ○ 從東西方城市差異說起

    比較東西方城市的差異,是一個歷史久遠、快被說煩的話題,也是在種種文化差異中,空間尺度最龐大的一類。

    從空中俯瞰城市平面,最容易發現的兩者差別無疑是道路格局:中國城市遵循自《考工記》以來嚴格的正交棋盤式路網(近代西方城市如曼哈頓也有模仿),西方城市則自由的鋪開星型放射狀路網。星型放射狀路網能夠獲取兩點間的最短連線,但往往造成路口的道路匯集過多。象巴黎這樣的大城市,很多路口由6-8條以上的街道交叉而成,最終形成一個圍繞環島的“星型廣場”。 正交棋盤式路網有著精確的方向性,雖然城市中多數的兩點間沒有直線可以通達,但每個路口的交通往往能通過一個紅綠燈就能解決。在北京、西安這樣的中國城市中習慣于正方向的居民,在巴黎或者倫敦會很容易迷失方向,這也算是城市差異在人的潛意識中的一個對應吧。

    東西方城市的另一類典型差異被認為是建筑與街道的關系。蘆原義信在其《外部空間設計》中,曾例舉一個日本城市及一個歐洲城市的平面簡圖。他認為在歐洲的城市,建筑與道路空間之間的區別就是有無屋頂,即使把屬于街道的那些空間與屬于建筑的空間對調,其平面看起來仍是一個完整的、可使用的城市;而日本的城市則完全不能這么做。事實上,蘆原義信的這個論調有失武斷,因為即使是西方的城市平面,把它“翻轉”過來后,得到的并非一個可使用的城市,而僅僅是其黑白分布的均衡比例及街道的不規則性使人產生了這樣的錯覺,在翻轉的圖中,人們仍然是把街道的部分看成街道的——雖然它們已經從黑色變成了白色。然而,他的這個嘗試仍不失一步非常有趣的探索,因為超越了道路結構,而徑直揭示了城市的圖底關系。

    第三類差異是人人都能一眼看出的,那就是建筑本身的差異。無論是周莊古鎮、麗江老街,還是北京四合院,都在那些簡單的重復間給人以深深的震撼。因為東方的傳統建筑與城市是渾然一體的,而不是千百棟房屋合在一起的西方城市。

    上面三類從大到小的差異——道路系統、建筑與街道的關系、建筑,從表面上看,并沒有任何直接的聯系。然而跳出城市研究的傳統角度,試著從另一個層次來分析,就可以發現三者實際上是統一于一同種完美的數學模型,那就是分形。

    ○ 分形及國內發展現狀

    什么是分形?通俗一點說就是研究無限復雜但具有一定意義下的自相似圖形和結構的幾何學。什么是自相似呢?例如一棵蒼天大樹與它自身上的樹枝及樹枝上的枝杈,在形狀上沒什么大的區別,大樹與樹枝這種關系在幾何形狀上稱之為自相似關系;我們再拿來一片樹葉,仔細觀察一下葉脈,它們也具備這種性質;動物也不例外,一頭牛身體中的一個細胞中的基因記錄著這頭牛的全部生長信息;還有高山的表面,您無論怎樣放大其局部,它都如此粗糙不平等等。這些例子在我們的身邊到處可見。分形幾何揭示了世界的本質,分形幾何是真正描述大自然的幾何學。

    分形(Fractal)被稱為非線性科學(nonlinear science)中最重要的三個概念(分形、混沌、孤子)之一。自70年代初誕生以來,分形已經發展成為一個龐大的以幾何為基礎,涉及自然科學、社會科學、方法論甚至電子藝術的完整體系。

    分形理論是一門交叉性的橫斷學科,20多年來,從振動力學到流體力學、天文學和計算機圖形學,從分子生物學到生理學、生物形態學,從材料科學到地球科學、地理科學,從經濟學到語言學、社會學等等,無不閃現著分形的身影。分形理論已經對方法論和自然觀產生強烈影響,從分形的觀點看世界,我們發現,這個世界是以分形的方式存在和演化著的世界。

    創始人B.B.Mandelbrot是這樣描述分形的:“為什么幾何學常常被說成是‘冷酷無情’和‘枯燥乏味’的?原因之一在于它無力描寫云彩 、山嶺、海岸線或樹木的形狀。云彩不是球體,山嶺不是錐體,海岸線不是圓周,樹皮并不光滑,閃電更不是沿著直線傳播的。更為一般地,我要指出,自然界的許多圖樣是如此地不規則和支離破碎,以致與歐幾里得幾何相比,自然界不只具有較高程度的復雜性,而且擁有完全不同層次上的復雜度。自然界圖樣的長度,在不同標度下的數目,在所有實際情況下都是無限的……作為對這個挑戰的回答,我構思和發展了大自然的一種新的幾何學,并在許多不同領域中找到了用途。它描述了我們周圍的許多不規則和支離破碎的形狀,并通過鑒別出一族我稱為分形的形狀,創立了相當成熟的理論。”
    典型的分形體 典型的分形體
    典型的分形體 典型的分形體
    圖一:一些典型的分形體

    人們對于分形最直觀的理解,便是“自相似”及“迭代”。的確,不同層次間的部分在形狀上相似,并通過一個方式迭代成一個更大的整體,正是分形體(符合分形結構的物體)最本質的特征。

    事實上,我們身邊的萬物都可以從分形或者多分形(分形的擴展概念,具體略)的角度來分析和研究,“城市”也不例外。在我國,城市地理、城市人口、城市交通、GIS以至混凝土技術等分支學科已經在初步的應用分形的觀點來建立新的理論架構,而在城市規劃與設計方面,還少有涉足。以互聯網上著名搜索引擎Google,來搜索中文“分形”,可以得到不重復的結果9770個,其中與“藝術”相關的2270個,與“城市”相關的1100個,與“城市規劃”相關的僅66個,不過還是集中于人口、經濟、材料的研究方面,真正聯系上城市規劃的僅有曹永卿、湯放華的《混沌與城市規劃》一文,但也以介紹混沌、分形的基本理論為主。在ABBS建筑論壇(abbs.com.cn)中搜索中文“分形”,得到結果265個,其中理想城市論壇僅14個,且都是提及分形概念而已。可見分形仍是國內規劃界的知識空白,更談不上相對深入的研究與發展。

    ○ 城市的分形特征

    所有的城市與自然界的萬物一樣,都具備分形的基本特征。而前面提到的各類結構,都不過是對分形的簡化,或對某一局部特征的歸納罷了。
    自我們老祖宗世代傳留下來的中國傳統城市,正是一個非常標準、非常簡潔的四邊分形體。以唐長安城為例,以“城、坊、院、屋”分為四個層次,構成完美的自相似結構。

    (在所有中國的城市中)“墻”是分形迭代的主體。從外圍最高大的城墻,到各街坊每晚需要各自關閉的坊墻,再到各家各戶自己的院墻,最后是每間屋子的圍合墻壁。不同的墻代表了不同等級的所有者權限:最高等級的皇帝擁有天下土地,甚至可以用綿延萬里的長城來劃定自己的權力范圍(長城在名義上的權限標識作用遠遠大于它的實際防御作用);而一戶人家的家長便統轄自家的院墻之內;未出嫁的小姐則只能擁有一間外人不能入內的“閨房”……圍墻作為傳統城市的典型特征,至今還在大多數中國城市占據著城市劃分的主體地位。城市道路則是在“墻”劃分后的結果,是被動形成的交通體系,而這個交通體系同樣貫徹了完整的分形結構:從朱雀大街這樣的九軌大道,到各坊間的次干道,再到坊內小街小巷(清代稱胡同),最后是院內的走道、庭和廊。庭是中國家庭的空間核心,也是與上天交流和溝通的精神核心,即使大如宮廷,也會保持庭的空曠和不容侵犯。居住的空間必須位于庭的四周,而且低矮和平均(即使皇宮也一樣)。

    從分形的角度,更清晰的看出了中國(東方)城市在空間結構和功能使用上的鮮明特點,而這決非是通過單純的四合院、十字街和大屋頂就能概括的外部形象。也使我們能更清晰看到東西方城市隱含在外觀形象及街道平面圖之外的差異。

    于是,我們回到最初的那個問題:東西方城市差異的本質究竟是什么?

    以分形的觀點,不難發現兩者的深層區別:

    一,分形的層次。中國城市遵循3-4級的逐級迭代,而西方城市僅有從城市到建筑單體的兩層。

    二,分形的主體。中國城市分形的主體是墻,墻內區域的自相似性決定了墻間道路的自相似(宮墻阻隔道路的貫通是普遍現象),并且垂直相交;西方城市分形的主體是道路,單體建筑只能在道路的劃分之下占據空隙(三角形的華盛頓東館是典型案例)。

    三,分形的相似度。從城市結構的最末端可以看出二者在分形相似度上的明顯差異:中國的家庭院落內部,交通的組織仍然依靠每間屋外側的走道、走廊和中庭,與整個城市并無二致;而西方的家庭單體建筑,內部交通已經主要依靠房間之間的互通,與城市強有力的道路走向相差很遠了。

    綜上所述,中國城市是一個多迭代層次、均質化和整體性的分形體,西方城市則基本可以簡化為一個建筑單體的集合。而現代城市正是按照西方的傳統城市結構建立起來的,所不同的只是每個建筑單體擴大了規模,增加了面積和高度,是一種簡單的垂直拉伸或者說累加。

    因為是在舊結構的模式上擴展城市(包括大量的建設高層建筑),而城市的道路系統仍然局限在地平面上,使得現代大城市越來越暴露出它的弊端,如交通阻塞、高樓病、熱島效應、能源危機、人際隔離、貧富差距、市中心空殼化等等。為解決這一系列問題中最迫切的一個——交通阻塞,人類創造了立交橋、人行天橋和地鐵系統,相當程度上緩解了這一矛盾。但從根本上來講,這一切其實只是在不斷的完善西方城市結構中兩個要素(道路、單體建筑)中的一個——道路系統,最終使得道路面積占城市面積的比例越來越大,街道的傳統特性越來越降低,而仍然跟不上汽車的飛速增長。

    加入WTO后的中國,經濟逐步起飛,人口面臨城市化加速的臨界點,也正在私家汽車普及的起步點。在這樣的關鍵時候,認識到西方模式下現代城市的局限性,正確找到適合于自己的城市發展道路,具有非常緊迫的現實意義。

    ○ 從分形的角度發揚傳統城市

    有沒可能通過繼承中國傳統城市結構的思路來優化和改造現代城市呢?
    在這條路上,也有許多前輩作出了各樣的嘗試。然而,他們中的大多數實踐停留在了傳統的一個局部,比如中國建筑的形象抽象、符號提取,比如自然天成的中式園林,比如用“中庭”作為建筑的空間核心,比如用單元樓圍合而成的“現代院落”……這一系列的實踐中有成有敗,有的因為挖掘到了傳統建筑的一個精華點而使整體空間增色(如中庭),有的卻因為生硬的放大傳統空間而喪失了其本質(如高樓“院落”)。然而所有的實踐中卻少有從城市的角度來領悟和繼承中國傳統的精華。

    中國傳統城市的精華本質正在于它完美的分形體特征。

    我們借鑒這種分形體特征,不等于完全照搬古代嚴格分層的、平面化的城市格局。要知道那樣的平面城市是為以行人、轎子和馬車為主的時代設計的,而在用地緊張、人口膨脹、汽車橫行的現代城市,單體建筑規模的擴大、城市的立體化是不可避免的。

    現代城市從分形的角度看,最大的缺失正是在自相似度上的再次降低。每一棟單體建筑成為了立體化的高樓,其內部的垂直交通已經與水平交通同等重要,然而整個城市卻依然聯系于一個單一的平面(即地平面,某些大城市還包括地鐵這樣的高成本第二交通平面)。以“山脈”作為比較對象,我們可以發現現代城市在分形上的弱點:一條山脈由無數個山蜂、山坡和山谷組成,而每一座山峰都是可以經由山谷到山坡再攀登上去的,也就是說每個單一的山峰都是整體山脈中不可分割的一部分;而現代城市猶如無數峭壁的集合,峭壁的內部是一個個單獨的堡壘(大樓),而只有山谷的平地才是屬于整個山區的公共區域,峭壁則屬于彼此分開、外表不可進入的非公共區域。

    其實在古代中國,已經有部分城市走上了立體分形的道路。例如位于四川西部山區中的羌寨:因為天旱少雨,所有的院落都鋪設平屋頂,而且最初出于戰爭防御的目的,還用過街樓、連廊、天橋和樓梯,把整個寨子的屋頂都連成了一片。這樣,城市(羌寨)便如同一條山脈,每個院落都自然的形成其中的一座山峰,山峰間是彼此相連、而且可以漫步和攀登的公共區域。

    ○ 分形:城市與建筑的新思路

    前面提到東西方城市在三個層面上的差異,包括道路系統、建筑與街道的關系及建筑自身。下面就從分形的觀點,再返回到這三個層次,具體談談我們可以如何利用現代理論、更好的發揚傳統文化,來拓寬我們規劃設計的思路,改造和更新我們的城市。

    一,首先是道路系統。

    地鐵、輕軌及高架路是立體分形城市的雛形,通過它們可以相當大程度的解決城市里日益嚴重的交通問題。在未來的立體分形城市,擴展上述體系的自我封閉,解決其接口轉換的效率是一個關鍵。城市應該為不同速度的轉換提供最大程度的方便,而不是將效率浪費在高架路的接地匝道、龐大的停車場及軌道交通與目的地間的距離上。

    除此之外,現代城市有非常多的平面可以為真正的立體分形城市提供可能。而這里面,屋頂平面是最普遍、最易公共化和最易改造實施的一個。僅僅改造屋頂這一公共平面,就將使城市的公共區域擴大一倍以上。

    二,其次是建筑與街道的關系。

    我們設想,未來的城市建筑將變封閉的“樓層”為開放的“空中土地”,城市(建筑)的支撐結構體系將與城市的使用空間及建筑的表皮完全分離,而建筑的表皮(及空中土地的開放部分)將與道路、廣場一樣,成為城市的公共空間。

    建筑與街道的界限將從地面的紅線轉移到整個的建筑表皮。越來越多的建筑將成為可以漫步而上的建筑,越來越多的建筑也將成為彼此可以連通的復雜的空中街道的一部分。樓內的垂直電梯、樓間的傾斜扶梯及平面傳送帶將使任何平面的交通都象機場漫步一樣輕松,再結合上不同規模的索道纜車……當這個立體的空間分形城市,它自己真正動起來的時候,越來越多的人將不會再在市中心去駕駛和停放那些行動遲緩、占據太多空間的私人轎車。

    “雨林頂”是自然生態領域在最近十年產生大量新發現的特定環境,指在熱帶雨林樹冠之上那些以前未被人類觸及的地方。人們熟知的雨林是被高大蔽日的熱帶喬木及茂密叢生的熱帶灌木所包圍下的雨林地面,潮濕、陰暗、毒蟲眾多是我們對雨林的普遍印象。然而,科學家偶然發明的一種探險工具——樹冠網——使得人們的視線脫離了地面,來到了離地數十米的雨林之頂。在那里,發現了上千種從未被人類所認識的動植物,也發現了一個同樣屬于熱帶雨林、卻截然不同的生態環境:陽光普照、雨水充沛,不斷生長的樹葉在嫩綠的海洋里起伏……

    三年前我們所設想的“城市雨林頂”(包括“空中春熙路”)正是一個自然熱帶雨林頂在城市規劃與建設中的一個具體應用。如果我們把整個城市當成一個立體的雨林來看待的話,市民平常的所有活動路線都是位于雨林底部的一個平面上,最多是沿著樹干(即辦公樓或住宅樓)上到某一株與自己相關樹的內部,而樹與樹之間、樹頂與樹頂之間,根本就沒有任何聯系,都是孤立的站立在城市的平面上。

    “城市雨林頂”就是盡可能的連接那些可以連接的屋頂平面,最終形成一個類似雨林頂的、位于城市上空的新的城市生態。

    三,最后是建筑自身。

    建筑,連同它的外表皮、甚至穿越的走道,都已經成為整個流動著的立體分形城市的不可分割的一部分。而每一幢單體的建筑里面,仍然有無限的個性空間可以發揮。

    仿生:仿生建筑就是分形建筑的一個實例。在突破千篇一律的道路上,模仿自然界的萬物、特別是生物,是創造復雜、高效而優美的分形體的一個捷徑。韓國人崔悅君的“進化式建筑”是一個尚不成熟、但頗為有趣的例子。

    解構:從某種角度上看,“解構主義”是從平面拉伸走向空間分形的一次探索。無論它的作者們給予它如何的解釋,事實上解構都在不斷的突破西方傳統城市、建筑在平面的低次分形向空間拉伸的過程及其之前的形象、功能、結構與審美。可以預料,在走向空間分形的時代,解構曾經所寄托的形象與作品將越來越脫離它的本意,而變成城市中習以為常的建筑類型。

    躍層:最后談談這個普通老百姓最熟悉的概念。事實上,躍層住宅就是我們身邊空間分形城市最現實的、活生生的例子。類似的還包括大到每戶上百平米的“空中花園”。雖然它們都還處在最初的獨立階段,但也說明空間分形的趨勢已經在不知不覺中滲入了我們城市的每個角落。未來,象法蘭克福商業銀行、楊經文生態辦公樓那樣,不是簡單疊加平面,而是詳細構造每個不同空間的大樓,將遍布我們的城市。

    ○ 分形造就空間私有化

    地圖上一條細線就劃分出兩國的權屬所在,那是因為航空器與潛水器尚未發明;墻與地板就界定出你居住的XX平米,也是因為我們住在立體的空間卻幻想還踏在地面。

    雖然我們清楚更大的樓間距能賣更高的價錢,而如果這個間距中沒有道路或停車場的話更為完美,卻沒人指出這間距中的一半應劃歸私人所有。為什么?因為沒有標志權屬的界點。沿海岸的12-200海里如果可以被定義為“領海”,那么穩定的占據南沙或是釣魚島才能明確國家的權屬空間所及遠不止200海里。

    同樣,建筑或其內部住宅的權屬空間,本可以遠遠超過外墻所及之地、層高所達之處,問題在于我們怎樣在建造成本越來越低的情況下增大事實的權屬空間,特別是在從平面城市真正走向空間城市的時候。

    頂層與底層的權屬空間遠大于中間樓層,因為頂層的向上空間是直接屬于住戶,而底層附屬的花園可以用腳步來測量。四合院所承載的空間也大大超出了屋內的面積,因為它的天井才是事實上的“客廳”。

    可以預見,在“空間私有”的方向上,未來幾十年中將產生大量的衍生變化并直接影響到處于增長發展中的中國房地產市場。在人口日益擁擠的中國城市,空間權屬將涵括室內、花園、間距、噪聲、光污染等系列的權屬問題,誕生一系列的非傳統居住形式與銷售模式,并最終成為房產衡量的標準。

    ○ 從分形到Wolfram“新科學”(NKS)

    大概是建筑學距離科學的前沿太遠、建筑師把數學已經當做游戲或者發掘理由的手段而不再實際應用吧。科學界、數學界的新動向很少能夠傳播到建筑師這里。Stephen Wolfram(斯蒂芬·沃爾夫拉姆)和他的“新科學”(NKS)或許就是擺在我們眼前的現實案例。

    因為出版《A New Kind of Science》而被稱為與牛頓比肩的科學開拓者Stephen Wolfram,何許人也?與我們前面談到的分形又有何關系呢?

    Stephen Wolfram1959年出生于倫敦,幼年聰慧,13歲入伊頓公學,15歲發表首篇粒子物理方面的學術論文,到17歲,他的科學論文發到了《核物理》(The Nuclear Physics)雜志上。在獲得牛津大學的獎學金并在牛津學習一年之后,即到了美國阿格納國家實驗室(Argonne National Laboratory)的理論高能物理小組(Theoretical High-Energy Physics Groups)工作。1978年19歲的Wolfram受著名物理學家Murray Gell-Mann之邀去到加州理工學院,從事基本粒子物理學方面的研究,取得顯著成就,一年內獲得理論物理學博士學位。1980年Wolfram成為加州理工學院一員,與Richard Feynman共事。1981年被授予麥克阿瑟“天才人物”獎(Mac Arthur "Genius" Fellowship),并成為該獎最年輕的獲得者。之后他又到了普林斯頓高級研究所工作,再后來又成為伊利諾斯大學的物理學、數學和計算機科學教授。

    1986年27歲的Wolfram創立了以他的姓氏命名的研究公司Wolfram Research, Inc后,離開了學術界,成為一位企業家。1988年6月23日他的公司發布了一種著名的數學軟件——Mathematica(“數學”),該軟件使得人們可以隨心所欲地進行各種復雜的數學運算,解方程、求導數、求積分、求矩陣的逆、畫三維圖形等等不再是一件煩人的苦差事。目前該軟件在科學家、工程師以及其他各種職業中有大量的使用者,其數目超過二百萬,Wolfram因此也成為億萬富翁。
    早在1981年,Wolfram的研究興趣從基本粒子轉向了自然界中復雜性的起源問題,試圖通過電腦運算來解釋各種復雜現象,并取得了一定的成果。由于研制和改進“數學”軟件,以及監管公司的運營,他的這一研究興趣被一度壓制。1991年“數學”軟件第二版發行之后,Wolfram開始抽出一部分時間來繼續先前的研究。他一般在晚上10點整坐到他的電腦前開始他的科學工作,直到天亮,再睡到中午,然后與他的前數學家妻子和三個孩子度過下午。Wolfram就這樣在幾乎隱居的狀態下進行他的科學研究,按照他的說法,牛頓和達爾文在發表他們的驚人之作前,都是單打獨斗了好幾年的。在總共4000多個漆黑的夜晚里,Wolfram敲擊了一億次鍵盤,移動了一百多英里的鼠標,作了上萬頁的筆記,編制了近一百萬行的“數學”軟件命令,運行了一千萬億次的電腦運算。最后形成了一本1200多頁、5磅重的大部頭。

    Wolfram聲稱此書是科學史上最為重要的一部著作,而他所做的一切不亞于牛頓的貢獻。早在該書面世以前,Wolfram在接受《福布斯》雜志記者采訪時就夸耀了他將在書中給出的幾個主要發現,譬如,向自然選擇學說作出挑戰;時間為什么單向流逝;怎樣制造人造生物;解釋股市漲落;諸如從雷電到星系的復雜系統如何蘊藏著智能;樹葉、樹木、貝殼、雪花和幾乎所有其他東西的形狀為什么是那個樣子的,等等等等。

    上個世紀50年代Stanislaw M. Ulam和John von Neumann(馮·諾伊曼)為了研究機器人自我復制的可能性,提出一種叫做Cellular Automaton(細胞生成機)的離散型動力系統。細胞生成機是研究復雜系統行為的最初理論框架,也是人工智能的雛形。

    設想一個平面上縱橫相交的許多直線構成了許多網格(這里以平面為例,但不限于二維平面),每一個網格就是一個細胞。這些細胞可以具有一些特征狀態,譬如被染成黑、白、紅、綠等顏色。在每個特定的時刻每個細胞只能處于一種特征狀態中。隨著時間的增加,或者叫做疊代過程的進行,每個細胞根據周圍細胞的狀態,按照相同的規則自動地改變它的狀態。這就構成了一臺細胞生成機。

    決定一個細胞生成機的先決條件有四個:1、決定細胞活動的空間維度,譬如一維的、二維的或三維的,等等;2、定義細胞可能具有的狀態;3、定義細胞改變狀態的規則;4、設定細胞生成機中各細胞的初始狀態。

    1982年Wolfram發表了第一篇關于細胞生成機的學術論文,從此開始了對細胞生成機的系統研究。Wolfram著重研究空間維度為二維的細胞生成機,細胞可能具有的狀態只有兩種,用顏色表示成黑色或白色,一個細胞只根據上一行中與該細胞緊相鄰的三個細胞的狀態來改變自己的狀態。被這樣設定的細胞生成機叫做一維細胞生成機。

    考慮并排的三個格子,它們分別被賦予黑白兩種狀態,通過簡單的排列后,我們不難得到共有8種組合狀態。這8種組合狀態的每一種都各自決定下一個細胞是黑色或白色,這樣總共有256種可能性。因此在Wolfram考慮的細胞生成機種類中,細胞改變狀態的規則有256種。Wolfram把這256種規則一一編號,譬如第110號規則是這樣的: 
    110號規則
    110號規則 110號規則 
    圖二:110號規則

    用文字來敘述就是:當某細胞的上一行相鄰三個細胞為全黑、全白或者左側一個細胞為黑時,該細胞為白色,否則為黑色。設定一個簡單的細胞初始狀態,譬如在第一行只有一個黑色細胞,根據規則110,細胞生成機就可以自動把其余的細胞變成黑色或保留白色。上左圖就是根據規則110運行了前20步的情況,在這里似乎看不出什么有趣的東西。但運行到幾百步后,就出現了一些有趣的特征,一些結構開始既不是周期性地也不是完全隨機地出現在畫面上。上右圖就是按規則110運行到700步的情況。1984年Wolfram把256種規則分成了四類:第一類只生成簡單重復的圖案,比如全黑、全白、或黑白相間如國際象棋棋盤等等;第二類規則產生一些自相似的分形圖案,形成穩定的嵌套結構;第三類規則產生的圖案具有明顯的隨機性;第四類規則產生復雜的圖案,但不簡單重復。這些圖案既不是規則的也不是完全隨機的。它們呈現出某種有序性,但卻不能被預言。Wolfram所青睞的正是這第四類規則。規則110是第四類規則中的精粹(被認為幾乎與規則110同樣有趣的還有規則30)。通過規則110細胞生成機可以實現從簡單的規則和簡單的初始條件產生出復雜的圖形模式。發現規則110和規則30細胞生成機是Wolfram對細胞生成機理論所作出的巨大貢獻。
    第四類規則的生成結果 
    圖三:第四類規則的生成結果之一
    從上面的分析不難看出,第二類規則(穩定嵌套)正是標準的分形模式,分形正是細胞生成機各類規則的一個子集;而第四類規則則是標準分形模式的擴展,而事實上這種規則更接近于我們真實的宇宙、真實的物體和真實的城市。在這里我們暫且不去評價在《A New Kind of Science》中,Wolfram把規則110細胞生成機等價于普適圖靈機,從而認為宇宙就是一臺計算機這一終極命題,及用規則110來解釋和計算一切宇宙現象是否合理,但我們有理由重新審視分形數學本身在解釋自然現象時在對應方程式上的困惑,而另辟蹊徑,從細胞生成機上找到更合理、更接近真實狀況的數學模型,從而對城市這樣一個非常復雜的“生態系統”乃至其中類似交通規劃這樣的巨型動態環境的規劃建設提供更有效的手段,而不是停留在目前在城市規劃中基本屬于經驗應用的層次上。

    ○ 結 語

    我們希望能以此文拋磚引玉,給建筑學界的同仁們兩個小小啟示:

    一,現代數學甚至前沿科學的介入,是否能使建筑學/城市規劃這樣以經驗為主的跨門類學科的研究具有更堅實的基礎和更普遍的現實意義、更廣闊的發展前景?對此,我抱謹慎樂觀的態度,至少這樣的方向比我們一味的挖掘老祖宗或者迷進玄學要好得多。

    二,建筑/城市的研究,如何能更加貼近于城市及其房地產業的發展,成為可能的增長點?建筑學不應是被開發商養起來的畫匠,偶爾雕琢一兩個尤物來圈內欣賞;規劃師也不應該是東拼西湊、插遺補缺者,在比天氣預報更復雜的城市生態面前,他們需要更多的工具和更大的影響力。

    參考文獻:
    《分形藝術》電子版,劉華杰著,湖南電子音像出版社1997年。
    《外部空間設計》蘆原義信著,尹培桐譯,中國建筑工業出版社1985年3月第一版。
    《文景》2003年3月號,鈕衛星,《Wolfram和他的“新科學”》
    《A New Kind of Science》Stephen Wolfram,2002

    發表評論

    作品展示

    更多>>

    專家團隊

    余鑾經

    教授級高級建筑師、國務院政府特殊津貼專家

    馬克儉

    中國工程院院士、首批勘察設計大師

    姚金凌

    教授級高級建筑師、中國特許一級注冊建筑師

    時芳萍

    教授級高級建筑師、一級注冊建筑師

    市場版圖

    中海世紀市場版圖
     
    深圳中海世紀建筑設計有限公司
    總機:0755-22274118
    聯系人:余華 (團隊洽談)
    電 話:0755-22274118
    0755-22921212
    E-mail:[email protected]

    聯系人:吳科峰(設計業務)
    電 話:0755-22274118
    0755-22274149
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:深圳市福田區福強路4001號(深圳文化創意園)A座六層A606

    中海世紀建筑設計有限公司上海分公司
    聯系人: 余鑾經
    電話:021-35052128
    傳真:021-35052190
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:上海市楊浦區大連路970號401室

    中海世紀建筑設計有限公司煙臺分公司
    聯系人: 陳卓謀
    電話:0535-6398862
    傳真:0535-6389611
    E-mail: [email protected]
    辦公地址:山東煙臺開發區長江路九號銀和廣場九樓

    中海世紀建筑設計有限公司北京分公司
    聯系人:蔡軍
    電話:010-62043727
    傳真:010-62043728
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:北京市西城區教場口一號院2號樓200室

    中海世紀建筑設計有限公司海南分公司
    聯系人:李季
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:海南省海口市義龍西路21號僑匯大廈第四層

    中海世紀建筑設計有限公司昆明分公司
    聯系人:溫永強
    電話:0871-8063681
    傳真:0871-8063685
    E-mail:zhsj [email protected]
    辦公地址:云南省昆明市穿金路印象首日封16幢2單元801號

    中海世紀建筑設計有限公司南昌分公司
    聯系人: 萬強
    電話:0791-88300393
    傳真:0791-88309270
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:南昌市南京東路308號706室

    中海世紀建筑設計有限公司蘇州分公司
    聯系人: 余偉
    E-mail: [email protected]
    辦公地址:蘇州市吳中區東吳北路98號新蘇國際廣場2802室。

    中海世紀建筑設計有限公司成都分公司
    聯系人: 常一畫
    電話:028-86283778
    傳真:028-86283635
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:成都市高新區天暉南路中航城市廣場1001

    深圳中海世紀建筑設計有限公司龍華分公司
    聯系人: 林暉
    電話:0755-23129100
    傳真:0755-29034613
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:深圳市龍華新區龍華辦事處建設東路盛世江南A棟2樓208室

    中海世紀建筑設計有限公司貴陽分公司
    聯系人: 張林夕
    電話:0851-3796999
    傳真:0851-5536099
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:貴陽市南明區新華路194號花樣年華14樓3號

    中海世紀建筑設計有限公司新疆分公司(深圳?梅林)
    聯系人: 賈中偉
    電話:0755-66805826
    傳真:0755-33959681
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:新疆喀什市人民東路336號13樓
    深圳市福田區梅坳五路鴻發批發大樓四樓

    中海世紀建筑設計有限公司鷹潭分公司
    聯系人: 舒克強
    電話:0701-6316007
    傳真:0701-6316007
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:鷹潭市月湖區體育館北路

    中海世紀建筑設計有限公司杭州分公司
    聯系人: 章捷
    電話:0571-63692097
    傳真:0571-63692097
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:杭州市拱墅區麗水路166號理想絲聯166創意產業園

    中海世紀建筑設計有限公司安徽分公司
    聯系人: 梁偉
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:安徽省合肥市包河區馬鞍山路綠地瀛海B座1119室

    中海世紀建筑設計有限公司重慶分公司
    聯系人: 黃勇
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:重慶市沙坪唄區石碾盤88號附1號東原ARC中央廣場寫字樓20層5室

    中海世紀建筑設計有限公司東莞分公司
    聯系人: 劉杰
    電話:0769-23180258
    傳真:0769-23180259
    E-mail:[email protected]
    辦公地址:東莞市南城區華凱活力中心1209 室

     

    榮譽資質|核心優勢|服務流程|專家團隊 |主營業務|中海研究|案例成果|政策法規|重要客戶 |合作伙伴 |加入我們|行業要聞

    全國服務熱線:400-9988-128   傳真:0755-22274289   Email:[email protected]  地址:深圳市福田區福強路4001號(深圳文化創意園)A座六層  郵編:518017 

    深圳中海世紀建筑設計有限公司 Shenzhen CHC Architectural Design Co., Ltd.  版權所有    網站備案: ICP12082293-2

    服務熱線:

    (總機)

    400-9988-128

    (商務聯絡)

    136-2230-8866 


    在線客服:

    QQ客服

     中海世紀
    湖南快乐十分走势图表
  • <code id="c6y2a"><label id="c6y2a"></label></code>
  • <code id="c6y2a"><label id="c6y2a"></label></code>