Что-то мне подсказывает, что большинство из вас живут в городах. А много ли вы о них знаете?

Сейчас модно говорить о городах как о живых, эволюционирующих системах. Начало этому явлению положило создание теории самоорганизации систем — синергетики — в конце 20-го века. В её терминах город называется «открытой динамической диссипативной системой», и можно построить её модель — «объект, иллюстрирующий зависимость трансформаций формы от меняющегося содержания» и описать «внутренние структурные преобразования с учётом возможности неопределенного поведения системы во времени». Эти все графики, таблицы и алгоритмы у неиспорченного человека вызывают нормальную защитную реакцию оцепенения. Но не всё так безнадёжно.

Под катом будет несколько бионических аналогий, которые позволят со стороны взглянуть на город и понять, чем он живёт, как развивается, шевелится, болеет и умирает. Так не будем терять времени и займёмся расчленёнкой.

Кроме математических, когнитивных и формальных моделей существует ещё такой приём, как аналогия, которая используется человеком много тысяч лет и неплохо зарекомендовала себя для упрощения понимания. Конечно, строить прогнозы на основе аналогий — дело гиблое, но отследить динамику процесса можно: в каждой уважающей себя системе есть источники энергии, пути её передачи, точки использования, векторы роста и так далее. Первые попытки применить концепцию бионики к градостроительству относятся ещё к 1930-м годам, но особого развития они тогда не получили, поскольку полной аналогии города в живой природе не существует (если бы нашлась — вот это было бы действительно странно). Зато отдельные аспекты “физиологии” города имеют хорошие соответствия. Как бы мне ни хотелось польстить городу, но в основном он ведёт себя как одноклеточное, лишайник, колония микроорганизмов или многоклеточное животное чуть сложнее губки.

Архитекторы выделяют в строении города много структур и подсистем, каждая со своим названием, многие из которых вам могли встречаться, как транспортная система или структура жилищного фонда, о других же вы наверняка не слышали, например, о визуальном каркасе или ментальной карте. Однако каждый элемент имеет своё чёткое функциональное назначение.

Скелет

Самое первое, на что вы натолкнётесь, анатомируя любое поселение — его каркас из осей-костей и узлов-суставов. Это то, что придаёт форму и с первых дней направляет развитие. Каркас есть у каждой отдельной клетки, без него никакие процессы толком не организовать, поэтому логично, что он есть и у мегаполиса, и у самой захудалой деревушки. Во-первых, это основные дороги, ориентированные на соседние поселения. Вдоль них городу захочется вытянуться и они же станут самыми устойчивыми, неизменными на века линиями на плане. Во-вторых, в скелет входят препятствия: реки, озёра, болота, овраги и прочие географические неудобья, которые останавливают рост, сдавливая растущее поселение, как внешний панцирь. С другой стороны, именно такие элементы часто служили защитой для цитаделей средневековых городов, и к ним тяготели управляющие органы, так что некоторые формы рельефа можно с чистой совестью назвать костями черепа, скрывающими мозг.

Если набор этих параметров уже задан, можно предсказать форму поселения в будущем и то, как разовьётся сеть дорог поменьше, на которых будет нарастать мясцо и внутренности. И если в старых городах всё работало само собой, то в советские времена при составлении генпланов новых городов авторам проектов пришлось пошевелить извилинами, сочетая (не всегда удачно) естественные тенденции и веления партийного руководства.

Что из этого можно узнать:

• Скелет должен быть связным, новые элементы всегда присоединяются к старым — если у города проблемы со связностью дорожной сети, у него будут проблемы с ростом и с экономической стабильностью.
• Окружающие ткани в местах сочленений суставов имеют сложное и своеобразное строение — перекрёстки улиц притягивают к себе торговлю, обслуживание, узлы пешеходной сети и наоборот “выдавливают” обычное жильё.
• Организм с большим количеством элементов типа “панцирь” или останавливается в развитии и росте, или вынужден уничтожать их — ключевым моментом в развитии огромного числа городов является переход на другой берег реки или осушение болота, а если ресурсов для такого мега-проекта недостаточно, город может находиться в стагнации столетиями, не увеличивая территорию и не повышая свою экономическую значимость;
• Выгодно прокладывать основные кровеносные сосуды вдоль элементов скелета, поскольку они наиболее неизменны во времени — дороги и инженерные коммуникации тяготеют к друг другу неспроста, но об этом ниже.

Фарш

Мясо, оно же мышцы и жир, а у клеток цитоплазма — это такая штука, которая окружает кости, образуя основную массу тела живого существа, накапливает и отдаёт ресурсы, обеспечивает движение и определяет общую жизнеспособность. Для города это конечно же, то, что архитекторы называют “городской тканью”, “заполнением” и другими скучными словами: обычные кварталы, в основном, жилые.

Как любое существо наращивает массу при любой возможности, так и город при улучшении снабжения начинает привлекать всё больше людей и строить новые спальные районы, даже если он не всегда может обеспечить этих “внутренних мигрантов” нормальным уровнем жизни и работой. Малоэтажные районы приятны, но малоэффективны — это жир, слабо пронизанный сосудами и содержащий мало полезных организму клеток.

Что из этого можно узнать:

• Мышцы стремятся к равномерному расположению вдоль скелета; на более толстой кости толще слой мышц. Жилые районы будут вести себя так же: около более крупных магистралей плотность населения будет выше, чем около второстепенных.
• Если мышца плохо снабжается кровью, она отмирает — районы с плохой транспортной доступностью растут медленнее прочих, жильё в них дешевеет и не ремонтируется, население постепенно маргинализируется.
• Если куски жира оказываются зажаты со всех сторон мышцами (а малоэтажные старые районы многоэтажными), мы можем получить “воспаление”, которое приведёт или к исчезновению этого типа застройки (тогда считайте, мы просто временно резервировали этот объём), или к превращению всего окрестного района в “бандитский” или к превращению застройки в элитный, закукленный и огороженный квартальчик — это уже своеобразная “киста”.
• Если организм жиреет по поверхности (а город по периметру), ему становится тяжело таскать столько неэффективной ткани, он задыхается, кровеносные сосуды расширяются и забиваются тромбами, а внутренние органы испытывают несоразмерную нагрузку и сбоят. Все прелести субурбанизации как они есть: пробки на дорогах, невозможность легко добраться до работы и инфраструктуры, загрузка центральной инфраструктуры в разы сильнее расчётной, отмирание социальных связей и так далее.

Этот город развивается по спирали. Сразу ясно, что он возник естественным путём, а не был построен «с нуля».

Кровеносная система

Каждый процесс требует ресурсов. Для города это люди, грузы, вода, энергия, информация и время. Кровеносная система ресурсы перераспределяет между органами. Людьми и грузами занимается транспортная система города, энергией и информацией — инженерные сети. Транспортировать энергию на большие расстояния не всегда выгодно, поэтому может перевозиться сырьё для её производства, как глюкоза доставляется к митохондриям.

Инженерные сети всех видов обычно группируются с транспортными артериями по нескольким причинам: во-первых, они подводятся к новым районам одновременно и вести работы в двух местах сразу накладно; во-вторых, как уже говорилось, это островок стабильности, “закопал и забыл”, и завтра тут не вырастет небоскрёб; в-третьих, существует возможность сэкономить на “оболочке сосудов”, строя общие защитные и инженерные сооружения-коллекторы; в-четвёртых, важна экономия места на отступах, ведь есть зоны и элементы, которые могут соседствовать, а другие вредны друг другу.

Что из этого можно узнать:

• На большие расстояния кровь переносят широкие сосуды, так меньше сопротивление, а на периферии они разветвляются и скорость снижается.
• Мышцы снабжаются кровью по сети мелких сосудов, тут важна равномерность обеспечения, а к жизненно важным органам идут крупные.
• Кровь не только приносит ресурсы, но и отводит отработанные, поэтому системы канализации подчиняются тем же законам.
• Если базовые коммуникации уже подведены к району, он начинает расти очень быстро и эффективно. Широко распространён рост города по спирали: каждый следующий район примыкает к предыдущему и к старой застройке, одновременно в двух местах масштабные работы обычно не ведутся (в крупных современных городах может быть несколько таких «точек роста», например, по числу районов, тогда спираль получается не такая заметная).

Нервная система

Нервная система состоит из узлов, обрабатывающих данные и посылающих сигналы и путей передачи сигнала. Так как информация у нас пошла по графе “ресурсы”, значит, это всё не про Интернет. Это про управление. И у меня для вас печальные вести: города — очень примитивные организмы, и управляются они из рук вон плохо. Генпланы не выполняются, реальная ситуация не соответствует данным администрации, управляющие сигналы часто не доходят или срабатывают причудливым образом, реакция на какие-либо изменения всегда запаздывает.

Но совсем без управления тоже плохо жить в меняющихся условиях, поэтому город обычно делится на районы, подвластные локальным “ганглиям”, у которых есть шанс успеть что-то поправить и не дать ситуации зайти в тупик (крестцовый “задний” мозг крупных динозавров подтверждает, это работает). При этом, если административное деление произвели без учёта специфики скелета, мышечной ткани и кровеносной системы, организм будет действовать и развиваться неоптимальным образом. Пример из жизни: река город делит на северную и южную половины, а административные районы — на восточную и западную части. В итоге имеем деление на четвертушки и постоянную необходимость согласования действий между двумя администрациями.

Кстати, сейчас РФ переживает трудный период смены системы жёстко начерченных “генпланов”, которые в принципе плохо работали, на систему гибких стратегий — “мастер-планов”, с которыми пока мало кто вообще понимает, что делать. Поэтому мой хрустальный шар предсказывает: стабильного и логичного градостроительства в ближайшие годы даже и не ждите.

Что из этого можно узнать:

• Крупные города плохо балансируют потребности и перспективы своих районов. Средства распределяются и неравномерно, и нерационально. Предположительно, мастер-план сможет бороться с проблемой, “но это не точно” (с).
• Города численностью свыше 400 тысяч жителей признали самоуправляющимися системами ещё в советские времена, так что если вы живёте в одном из таких, просто не ищите логику на масштабах больше нескольких километров. Чтобы воплотить в жизнь проект, затрагивающий несколько районов сразу, нужны огромные средства и мощный административный ресурс, и всё равно кто-то напортачит, а последний километр кольцевой дороги будет строиться десять лет..
• В зонах на стыке районов часто творится всякая непонятная дичь, они могут даже “подставлять” друг друга, например, построив крупное здание там, где могла бы пройти дорога, важная для другого района.

Этот город хорошо делится пополам. Главное, не перепутать, как.

Пищеварительная система

Что происходит с ресурсами, поступающими в город? Их или перерабатывают до неузнаваемости или мелко дробят и распределяют по организму при помощи кровеносной системы. Как жирные кислоты в печени превращаются в ацетоуксусную кислоту, основная масса которой используется за пределами печени, в различных тканях и органах, так и пища и товары из складских зон развозятся по всему городу. В промышленных же комплексах происходят самые разные преобразования, но с результатами их происходит неизменно то же самое: их используют для поддержания жизнеспособности организма. Не все напрямую достаются жителям, есть и строительная, и транспортная отрасли, направленные на рост (их можно сравнить с белковым обменом, а товары повседневного спроса — с углеводным).

Что из этого можно узнать:

• Пищеварительная система очень тесно связана с выделительной и не может без неё функционировать.
• Промзоны нуждаются в подводке большого количества ресурсов (в том числе, людей) и энергии. Крупные артерии дОроги, поэтому рационально их использование для нескольких схожих процессов. Это приводит к кластеризации по транспортному принципу.
• Переработка ресурсов — часто дело поэтапное, и метаболит одного процесса — исходный материал для другого. Это создаёт кластеризацию по принципу “комбината” из последовательных стадий.
• Крупные органы связаны с организмом только в нескольких точках, поэтому для других тканей они играют роль преград в кровоснабжении. Это диктует специфичность расположения промзон в городе. Города, переросшие свою схему, нуждаются в экстренной “полостной операции” — выносе промзон и перепрофилировании территорий. С этим, кстати, в самых разных городах мира связано много уникальных проектов. Например, прижимистые британцы устроили глобальную реконструкцию портово-складских районов Лондона под вывеской подготовки к олимпиаде.

Выделительная система

Без канализации — нет цивилизации, это всем известно. В организме кровь от вредных веществ фильтруют два органа: печень и почки (число почек у организмов разное, поэтому не будем углубляться). Почки удаляют в неизменном виде то, что могут, а печень преобразует отходы (иногда — в более опасные метаболиты). Кишечник выносит наружу просто неиспользованные ресурсы, в нашей аналогии это вывоз твёрдых отходов на свалки. Канализационная система выполняет роль почек (если у вас нет метан-танков, которые преобразуют отходы в энергию). Мусороперерабатывающие, мусоросжигательные заводы и метан-танки исполняют функцию печени.

Что из этого можно узнать:

• Переработанные отходы могут быть ядовитее непереработанных, как метиловый спирт, который метаболизируется алкогольдегидрогеназой в печени до формальдегида и муравьиной кислоты. Привет-привет, мусоросжигательные заводы, я вас вижу.
• Отходы могут быть ценным ресурсом. После интенсивной физической работы лактат, образовавшийся при анаэробном гликолизе в скелетных мышцах, возвращается в печень и превращается там в глюкозу, которая снова поступает в мышцы. Если город начинает перерабатывать свой мусор и использовать получившиеся продукты внутри себя же — это очень круто и в плане экономии сырья, и в плане логистики.
• Плохо организованная переработка и хранение отходов может отравлять жизнь целым районам, вспомните акции протеста против свалок, “ароматов” с полей фильтрации и мусоросжигающих заводов, “сражения” жителей и управляющих компаний из-за вывоза твёрдых бытовых отходов. Естественно, жильё районах с такими проблемами будет обесцениваться, превращаться в съёмное, привлекать малообеспеченных, малообразованных и не очень порядочных граждан, которые ещё ухудшат его имидж. Геттоизация — процесс с положительной обратной связью, а запустить его могут совершенно различные факторы.

На самом деле, эта статья далеко не исчерпывающая и тем более не претендует на научную точность. Про рост городов, их движение, болезни, переваривание пространства и другие «физиологические процессы» я расскажу как-нибудь в другой раз, чтобы не валить всё в одну кучу. Если вам есть, чем дополнить, или появились вопросы — жду ваших комментов. Спасибо, что прочитали, надеюсь, было не скучно.

Источник: habr.com