Морфология в архитектуре — часть архитектурной системы, объединяющая элементарные пространственные компоненты как носители структурных значений, законы их существования и формообразования. Морфологическая классификация архитектурных систем — классификация архитектурных систем по особенностям их морфологии (главным образом структуры элементарных пространственных элементов и их сочетаний).
В основе структурного метода лежит процедура выявление структуры архитектурного объекта как относительно устойчивой совокупности отношений; признание методологического примата отношений над элементами в системе; частичное отвлечение от развития объектов во времени, другими словами, примат синхронии над диахронией.
Исследователь имеет дело с архитектурными объектами. Их можно сравнивать, делить на части, классифицировать, описывать соотношение частей и т.д. Этой деятельностью и призвана заниматься архитектоника. В результате этой деятельности исследователь получает абстрактное описание архитектурного объекта, модель множества архитектурных объектов, представляющих собой перечень единиц, составляющих объект, и правил их сочетания. Таким образом, структурная архитектоника является: во-первых, наукой о структуре архитектурных объектов: во-вторых, наукой о построении формальных моделей архитектурных объектов.
Структурная архитектоника «создает» свои объекты — структуры, которые относятся не к чувственной реальности, но являются научными конструкциями и моделями. Так же, как следует различать социальные отношения, принадлежащие к эмпирической реальности, и их модели — структуры, которые относятся к формальному уровню теоретического конструирования. В этом смысле архитектура это социальная, человеческая, общественная система, возникшая как результат.материализации структуры жизнедеятельностных процессов. Архитектура проявляется в материальных объектах, в проектных концептах, в графических и виртуальных образах.
Обращаясь к архитектуре, мы можем найти какие-то системные отношения между составляющими ее элементами. В архитектурных объектах мы выделяем составляющие их элементы: улицы и площади, дома и дворы, отдельные помещения, проемы, лестницы. лифты, балконы, террасы и т.д. и определяем их соединения друг с другом в различных комбинациях и формах взаимодействия. Эти взаимодействия и обуславливают отношение к архитектурным объектам как к связанным системам.
Следует упомянуть работы таких американских исследователей как Н. Бемис, который исследовал традиционные американские дома, и М. Крюгер ^2.61], работа которого была связана с исследованием морфологических свойств городской застройки в городе Ридинге в Бергшире, Англия. В частности, Н. Бемис установил, что 88,5% американских домов состоят из прямоугольных помещений и 98,3% из этих домов имеют прямоугольные конструктивные компоненты. В свою очередь исследования М. Крюгера, который изучал крупномасштабные карты и выделял наружные контуры зданий в центральной части Ридиига, показали, что 98% этих планировочных форм имели прямоугольную геометрию. В.Л. Глазычев в своей книге «Энциклопедия. Архитектура» (2002) обращал внимание, что «разглядывая планы критских дворцов, движения но римским катакомбам, вид римского осадного лагеря у подножья горы Масада в Иудее — все это фокусирует внимание на «атоме» архитектурного сооружения. Роль такой наименьшей единицы всегда отдана комнате — изредка округлой, но почти всегда прямоугольной по форме».
В начале 70-х годов прошлого века в.Англии ряд исследователей Кембриджского университета изучали геометрические свойства архитектурных планов, построенных на основе прямоугольников (К. Фрю, В. Митчелл, А. Диллон, А. Мателла и др.). Такие примитивные построения планов похожи на игру в домино». Задача исследования заключалась в определении математических зависимостей между элементами и видом их соединения друг с другом. Два прямоугольника можно соединить только одним способом, три — двумя, четыре — семью и т.д.
Говоря о геометрических ограничениях, следует упомянуть и тот факт, что на геометрию здания, в частности, на ширину жилого корпуса, влияет необходимость учета таких внешних по отношению к объекту факторов как естественный свет и естественная вентиляция, что может также влиять на общую конфигурацию планов зданий с изменением их общей конфигурации, созданием внутренний дворов, атриумов, световых и вентиляционных колодцев.
Планы архитектурных объектов, представленные в формальном виде и состоящие из однородных (в нашем случае — прямоугольных) элементов, отражающие структурные свойства реальных пространственных составляющих, будут соотнесены с их изоморфными моделями.
Изучение генерации прямоугольников интересно тем, что позволяет понять алгоритм построения прямоугольных компоновочных вариантов. Количественный расчет вариантов компоновок для большего количества компонуемых элементов потребовал задания программного алгоритма. Таковой был создан исследователями Кембриджского университета в Англии и позволил определить зависимость числа компоновочных вариантов от количества составляющих их компонентов (по Ф. Стидману ).
Интереса заслуживает то, как возрастает количество возможных компоновок при увеличении числа исходных элементов. До 6 элементов человек еще способен «узнавать» их комбинации (117 геометрических эквивалентов — по данным Ф. Стидмана ) ио начертанию, как иероглифы, но дальнейший их учет под силу только компьютеру (при 10 исходных элементах количество геометрических вариантов их компоновки составляет 423724). Однако не следует считать, что в многочисленности вариантов — залог неограниченной свободы планировки. Как вариантность сочетания букв алфавита не определяет богатство лексического состава языка, так и планировочные ситуации, реально используемые в планировке, складываются в условиях ограничений и обеспечения разного рода требований, сокращающих палитру реально используемых организационных форм.
Статистический подход в исследованиях компоновочных вариантов построения архитектурных объектов позволяет увидеть практические ограничения среди множества комбинационных возможностей. При обсуждении результатов исследования компоновки прямоугольных планов, выбранных для демонстрации геометрических закономерностей их формообразования, интересен вопрос о том, в какой степени обнаруженные закономерности касаются непрямоугольных конфигураций, построенных на основе треугольных, шестиугольных и других сеток или на основе свободной планировки. Эти вопросы исследовании в своих работах Н. Кришнамурти, А. Роэ, А. Коломб, Р. Литптон и др.
Задачи компоновки элементов друг с другом возникают перед планировщиками регулярно. В связи с этим решения задач компоновки могли бы быть сведены в таблицы уже готовых геометрических вариантов компоновочного решения, которые могут быть классифицированы. Проектировщик, сталкиваясь с той или иной задачей компоновки, мог бы выбирать из каталога наиболее подходящие для той или иной заданной планировочной ситуации исходные компоновочные заготовки. Так поступает инженер, определяя по каталогу необходимое типовое сечение конструктивного элемента (сортаменты, типовые профили, шаблоны и т.д.). Другими словами, мы можем предположить, что при заданных условиях генерации плана на основе заданного количества элементов можно заранее выявить все возможные варианты их компоновки.
В истории архитектуры и искусства можно найти много примеров того, как архитекторы и художники рассматривали симметрию в качестве божественного начала, знания, данного свыше, наивысшего проявления чистого разума и порядка. Во всех случаях симметрия становилась вершиной совершенства в ее противостоянии хаосу и энтропии. Слово «симметрия по своей этимологии означает «соразмерность». Исследования свойств симметрии уже давно оформились в самостоятельную науку, которая аккумулировала выявленные естественнонаучный и герменевтический опыт.
В основе «классической симметрии» лежат четыре геометрические процедуры: поворот на заданный угол, отражение в воображаемом зеркале, трансляция в указанном направлении, комбинация этих операций. Интересен сам факт того, что благодаря теории симметрии все многообразие геометрических фигур с определенными структурными свойствами может быть описано всего 4-мя процедурами. Для дальнейшего рассмотрения роли симметрии в исследовании архитектурных объектов необходимо чуть подробнее остановиться на основных законах ее проявления.
Г. Вейль называл симметричным такой предмет, который можно как-то изменять, получая в результате то, с чего вы начали. Иными словами симметрия — это инвариантность (неизменяемость) объекта относительно каких-то преобразований. Континуальные свойства пространства и времени позволяют утверждать, что физические законы не должны зависеть от того, в какой момент времени мы их рассматриваем, в какой точке пространства. Из этого утверждения следует: каждой симметрии соответствует сохранение некоторой физической величины. Такую теорему доказала в 1918 году немецкий математик Эмми Нетер. Это положение определило основу для возможного описания геометрических структур в категориях симметрии.
В пособии в качестве демонстрационной модели пространственного строения архитектурного объекта выбран его план — наиболее привычная для архитектора модель внутренней структуры объекта. С целью сужения исследовательского поля, но сохранения общей картины проводимого исследования, модели объектов сводятся к ортогональному их представлению. В основе разбиения ортогонального плана на составляющие его прямоугольные части — локумы (комнаты, помещения) — лежит тот же принцип соблюдения дробности и непрерывности, о котором упоминал Герман Вейль в своей знаменитой книге «Симметрия».
Поворотная (или осевая) симметрия осуществляется через центр поворота и предусматривает разворот фигуры вокруг центра под разными углами. При повороте на 360° фигуры совпадают друг с другом.
Поворотная симметрия очень популярна в природе. Особенно часто приходится наблюдать ее в строении растений и примитивных живых форм. Такое заключение является объяснением того, почему и в архитектуре мы не найдем примеров построения архитектурных структур на основе решеток из пятигранников, семигранников и т.д.
Архитекторы в своем творчестве ПОСТОЯННО «перелопачивают» варианты возможной объемно-пространственной и планировочной структуры будущей архитектурной формы. Этот творческий процесс проб и ошибок, поиск геометрических решений той или иной задачи определяет проблемы глубины геометрической проработки проектных решений, — этот процесс занимает много времени и требует большого психологического напряжения. Любая помощь по оптимизации этого процесса, рационализации принятия решений при отработке возможных вариантов была бы принята архитектором-практиком. И, очевидно, что заведомое знание архитектором геометрических закономерностей построения определенного вида геометрических сетей, характерных особенностей их видов могло бы избавить его от тщетных попыток создания невыполнимого планировочного решения.
Экскурс в мир симметрии продолжим утверждением, что стремление к симметрии является лишь частным случаем общечеловеческого стремления к пропорциональности и периодичности — более строгим и геометрически правильным.
Трудоемкость сооружения и поддержания заставившие работать наиболее оптимальные формы их тонировки с точки зрения затрат человеческого труда. И вновь — ортогональная тонировка гораздо большей общечеловеческой потребности во внутреннем равновесии. Мы до сих пор не знаем точно, каким именно образом пропорции входят в представление о гармонично развитом теле или в психофизические процессы восприятия архитектурных форм. Нам до сих пор неизвестно, каким именно образом периодичность вносит изменения в самосознание или как через «генетические коды» общественной памяти вносится информация в понимание культуры.
Симметрия позволяет нам открывать своего рода структурный эталон для многих вещей. Она своими формами организации определяет своеобразную норму, к которой стремится псе живое и неживое, хотя и не достигая ее, и в этом проявляется более глубокая и общая природа физического существования вещей. Например, симметрия для мира кристаллов является естественной базой их физической сущности. В кристаллах видна ассоциация с неким совершенством, порядком и гармонией.
Общественные привычки и геометрические дарования пчел не могли не привлечь внимания и не вызвать восхищения людей, наблюдающих их жизнь и использующих плоды их деятельности. «Мой дом, — говорит пчела в персидских сказках «Тысяча и одна ночь», — построен по законам самой строгой архитектуры. Сам Евклид мог бы поучиться, изучая геометрию моих сот». По словам Г. Вейля, еще в 1712 году итальянец Марачьди, по-видимому парных архитектурных форм (круглых, треугольных, шестиугольных, сложных кривых и т.д.) обычно сопряжено с малым размером объекта, его отдаленностью от других или сознательной сложной компоновкой разных но конфигурации помещений.
В типологических исследованиях, посвященных изучению появления ранее невиданного типа зданий, непременно обсуждаются те исторические причины, которые послужили мотивом его рождения. Примером служат многочисленные современные монографии по анализу таких типов сооружений как клуб, кинотеатр, театр, музей, библиотека, судоремонтная верфь, вокзал и др. Главное обоснование обычно сводится к объяснению функциональных особенностей технологии и поиску художественного образа, знаково закрепляющего данный тип сооружения.
Однако вызывают интерес морфологические особенности пространственного строения этих сооружений. При всей их функциональной разнице и непохожем зрительном образе они могут быть родственны по своему внутреннему строению. В жизни это свойство объектов проявляется в том, что некоторые объекты легко изменяют назначение своего использования, полностью сохраняя свою планировку, и, наоборот, здания, специально спроектированные под определенное использование, с введением в эксплуатацию начинают существенно меняться: устраиваются дополнительные перегородки, пристраиваются блоки и этажи, прорубаются и убираются двери и т.д.
Рассмотрим один из типологических рядов в архитектуре, связанных с появлением таких утилитарных сооружений как военные лагеря, вахтенные поселки, фортификационные сооружения, тюрьмы, госпитали, инженерные сооружения и пр. Появление этих сооружений обычно было связано с желанием создания механизмов строгого регулирования некоторых новых процессов жизнедеятельности. Такого рода сооружения обычно проектировались наиболее опытными инженерами и архитекторами, поскольку заказчиком чаще всего выступало государство.
При постановке такого рода задач проектировщики неизбежно сталкивались с преимущественно геометрическими задачами создания оптимальных пространственных систем, обеспечивающих четкие требования, предъявляемые к будущим объектам. Планы этих сооружений скорее напоминают геометрические узоры, чем архитектурные сооружения. Именно актуальность и новизна задач, которые ставились в соответствии с требованиями социального развития общества, определили рождение новых по своему геометрическому и топологическому строению сооружений.
Таким образом, 5 из 7 возможных вариантов компоновки можно описать через различные операции симметрии. Данный пример наглядно раскрывает возможности инструментария симметрии, который позволяет описывать геометрические преобразования в терминах векторной алгебры. В этом видится залог того, что строгому описанию подвластна, в конечном итоге, любая форма.
