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Macro Thinking & Micro action
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这篇论文旨在为中国当下快速的城市化进程提供一种替代性的革新方案。通过使用数字技术,作者试图将当地原有城市网格的多样性在社会和空间层面上达成统一,并同时满足城市扩张及发展潜能的需求。首先,通过相关数据及信息的参数化,将当地的市政设施,工业链以及生活模式都被抽象成图表,量化并录入到数据库作为源数据;第二,数字化序列模拟作为一种创新型工具来推进人介入到以上提到的元素中,通过细胞自动机(cellular automata) 的互相影响并且形成自发的发展进程;最后,在这块地区的建筑行为被预测并且自动产出未来可能的总体规划。本研究提供了一种开放性的规划方法其结论用来反思这一进程及得到的成果以及其中的不足。
来源:eth caad alumni

源码: https://github.com/caadxyz/Macro-Thinking-Micro-action
英文原文: http://www.academia.edu/1990355/Macro_Thinking_and_Micro_action

鸣谢:
This thesis is based on my Master of Advanced Studies final work at the ETH Zurich CAAD in 2009/2010. This thesis would not exist without the support of: Ludger Hoverstadt who made this project possible. Benjamin Dillenburger, Michael Hansmeye who are my mentors from the Chair. Xiaofan Deng, who offer the site material and context. Thanks also to our MAS colleagues for their support and friendship.

摘要:
这篇论文旨在为中国当下快速的城市化进程提供一种替代性的革新方案。通过使用数字技术,作者试图将当地原有城市网格的多样性在社会和空间层面上达成统一,并同时满足城市扩张及发展潜能的需求。首先,通过相关数据及信息的参数化,将当地的市政设施,工业链以及生活模式都被抽象成图表,量化并录入到数据库作为源数据;第二,数字化序列模拟作为一种创新型工具来推进人介入到以上提到的元素中,通过细胞自动机(cellular automata)的互相影响并且形成自发的发展进程;最后,在这块地区的建筑行为被预测并且自动产出未来可能的总体规划。本研究提供了一种开放性的规划方法其结论用来反思这一进程及得到的成果以及其中的不足。

1.文脉及提案

1.1文脉
中国正在经历空前的城市化进程,一个城市从破土到建成经常只是花了三到五年的时间。在最近的仅仅20年之间,400个新城市拔地而其总人口规模达到了240M,同时 。这种快速密集的发展需要能源和自然资源大量供给,也对创造可持续发展的城市带来了新的挑战。

当前的解决方案:为了满足快速的发展需求,城市被认为是一座受政府规划及经济发展所操纵的机器。

建议的解决方案:在当地社会及空间的文脉中,地域的多样性与城市扩张的潜力和需求整合到一起。

2.基地及参数化

2.1 场地概述
调研基地选在北京的南城。这片地区由当地人们生产活动自发形成,因而展现了城市内在强大的生长能力;然而,当城市的扩张达到这一程度,伴随而来的是外部对于这个地区发展的强大压力。

2.2 参数化

市政基础设施

产业链

这一区域集中了超过460个制衣工厂,包括了制衣工业的各个环节:零部件的制造,模具生产,以及成衣装配。另外,这里还有39个大型批发服装,衣料和附属品的市场。

社会需求

6个相对独立的社会需求通过参数化的方式整合到了这个区域中:1.批发店主 2.富有批发商人3.外来打工者4.无业外来人员5.当地村民6.城市居民。

3. 程序模拟

算法

受到产业链、市政设施以及社会需求的影响,居屋的建造行为试图通过添加或拆除建筑物以及修改建筑物使得该区域达到稳定状态。

3.1 算法——宏观设想

程序的初始化

空间和时间的初始值的定义

为了简化计算,在输入参数进行算法模拟之前,不失一般性,程序代码将基地用一个矩形([]ABCD)进行初始化,并且将2010至2020年期间划分为四个时间段。

定义一个基地发展的时间范围来简化运算。

市政基础设施的输入条件及输出成果

输入条件:街道及相关数据(由城市规划师设定)

输出成果:街区(由程序代码计算所得)

通过输入由城市规划师在不同时段设定的市政基础设施的发展策略,本软件代码可以输出由GIS(地理资讯系统)算法简化而得的街区成果。

输入街区的条件和城市基础设施的输出

依据街区的性质,本软件代码会依据设施的可达性自动生成各种基础设施。而场地的调研和城市规划师的知识为软件的计算提供了算法公式。

a) 基础设施的数量=F(L街道的长度)

 

formula

facilities’ number=(5~10)/100 X street length

facilites’ size=?{

if (area< 500,000sqm)

?=1;

if(area<1000,000sqm)< p=”">

?=2;

if(area>1000sqm)

?=3;

}

b) 大中小型基础设施规模的比例=F(D距离主要街道的远近)

ratio of L, M, S facilites’ scale=?{

firstly, calculate the location.

then calculate the distance to main streets.

if (distance<10m)< p=”">

L=0%

M=5%

if (distance<100m)< p=”">

L=5%

M=10%

if(distance>100m)

L=0%

M=20%

}

工业产业链输入和功能布局的输出

根据基于城市规划师输入的工业发展的规律的工业生产阶段,软件输出了使用与工业有关的数据库计算的程序

输出:锚点位置及可识别性(功能和强度)

当介入式的模拟算法开始后,所有的锚点都向着最优化的方向发展来满足固有的需求。经过一段时间之后达到了平衡,从而程序也停止了运行。从锚点开始,地区特有的性质由不同的颜色表示,依据受锚点影响的强度大小向周围扩散逐渐变淡。离锚点中心距离越近,影响越大,颜色越深,反之亦然。

有了这种方法,软件可以自动生成多种功能区的分布。然后规划师可以挑选其中一个来进行深化。

3.2 社会需求

在这片区域内存在着六种生活模式。在介入式的程序运行阶段,锚点创造出可以吸引新的人群的环境,比如设计师团体、研究人员等。为了模拟这一过程,我们采用了托马斯.谢林的“居民对于周围居民区社会环境耐受值(tolerance)”(以下简称“耐受值”)的概念,这一理论是他的一篇名为《微观的动作和宏观的行为》的论文中提出的。根据这一法则,人们会根据周围居民区文化理念和社会地位的相似程度来挑选他们工作和生活的地方。居民的耐受值从新居民进入的第一天就被感知到,并且耐受值的大小由相似的临近居民区的个数来决定。举个例子,如果周围没有相似文化水平和社会地位的居民区,那么耐受值就是0;如果在一定范围内有一个,那么耐受值就是1,诸如此类。在模拟算法开始前,规划师需要初始化一个居民耐受值。

3.2自组织的居民建筑行为

依据软件代码在第一阶段生成的空间属性,软件代码在这一阶段试图修正和调整聚居区的生活模式。每个聚居区力图找到各自在该区域中的位置,并且与他们的相似聚居区的间隔都在耐受值范围内。

当模拟算法开始后,首先在规划师人为干预步骤阶段为每个聚居区确定了一个社会地位和文化属性。而新产生的聚居区之后会依据各自在区域中的特点和耐受值等算法规则来确定其与先前聚居区的关系。在耐受值规则下,新聚居区的属性由它当前属性以及周围聚居区属性共同决定。最终如果所有的聚居区都满足耐受值规则,这个区域中的聚居区就是稳定的,为了达到这样一种稳定状态必然会消耗大量的运算时间。如果不能,那么规划师应该减少耐受值的大小,并且修改介入阶段最初的参数来实现函数的收敛结构。

3.3 代码结果输出

完整的模拟过程得到的是一个序列的循环。在第一步(外部干预)中,程序被初始化并且通过参数的方法考虑市政基础设施和基本的功能分区设定。第二步(自组织),聚居区根据参数的设定启动自组织的进程。第三步(自动生成),当地的市政设施及相关设施根据算法自动生成。当第三步完成后,模拟算法回溯到第一步来进行下一个计算过程。当几个递归算法和几次规划师介入程序后,模拟算法将达到城市发展的最终步骤。最后,区域的整个形态被模拟生成出来。

4 结论和反馈

4.1 结论

虽然最终版本的应用程序还在酝酿中,但是很明显参数化和模拟算法可能将作为一种新的城市规划的方法,来模拟现实以及生成解决方法。

在这个案例中,通过引入锚点的城市设计原则和细胞自动机(cellular automata)计算方法,在规定好参数和设定好居民生活行为后,可以实现计算机模拟城市发展。

本解决方案将自发生情况包含其中,其好处之一就是不同的使用者都能参与到这个城市发展的过程中。这样有利于使用者找到更合适的城市发展的替代方案。

本解决方案及其关键的地方在于创造了一个收敛的序列架构,这样就可以模拟整个城市发展的过程,否则模拟算法将陷入死循环。

4.2 反馈

这篇论文被2010年第28届eCAADe大会选为十佳论文

5参考书目

1. Laurence Liauw, 2008, ‘New Urban China’, Architectual Design, Profile No 195, Wiley

2. Alexander, C 1965, ‘A city is not a tree’, Architectural Forum, Vol 122, No 1&2, April 1965, pp 58-62.

3. Schelling, T. C 1978, Micromotives and macrobehavior, W. W. Norton, New York.

4. Batty, M 2005, Cities and Complexity: Understand cities with cellular automata, agent-based models

and fractals’, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts.

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_simulation.

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_automaton.

Software & Algorithm Support:

Java, provided an object-oriented language

Processing, provided a visual context

PostSQL & PostGIS, provided a related spatial database and algorithm

 

yjwang KS Wang 等2人赞过
2015.04.14
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