Morphological periodization of large-scale residential development in Krasnoyarsk

Lipovka Aleksei Yur'evich PhD in Technical Science Docent, the department of Urban Development, Siberian Federal University 660041, Russia, g. Krasnoyarsk, ul. Svobodnyi, 82 st.6., of. 522 alex.lipovka@gmail.com Other publications by this author

Fedchenko Irina Gennad'evna PhD in Architecture Docent, the department of Urban Development, Siberian Federal University 660060, Russia, g. Krasnoyarsk, ul. Svobodnyi, 82 st. 6, of. 522 ifedchenk@inbox.ru Other publications by this author

Каждый город имеет собственный набор и иерархию исторически сложившихся морфотипов застройки, которые определяют своеобразие градостроительной среды. Базовыми элементами городской структуры крупных российских городов, обладающими свойствами морфотипов, являются микрорайоны – жилые планировочные единицы различной конфигурации и плотности застройки. В последнее время в отечественной градостроительной науке появляются работы по изучению морфотипизации жилой застройки, поиска закономерностей объемно-пространственного развития, внедряются методы изучения территорий в геоинформационных системах на основе открытых городских данных на различных языках программирования и технологиях анализа. Важным источником получения объективной информации для исследования массовой жилой застройки являются открытые данные, предоставляемые администрациями муниципальных образований, порталов обеспечения хозяйственной деятельности города (сайты «Реформы ЖКХ», «ГИС ЖКХ»), которые включают площадные, плотностные характеристики жилой застройки, информацию по этажности, населению. Владея этими данными, исследователи получают возможность проводить аналитические расчеты для объективной оценки тенденций развития. Изменение социально-экономических, функциональных процессов в крупных городах России видоизменяет жилые территории, вследствие чего происходит расширение представительств типов жилой застройки и открытых общественных пространств, непредвиденное точечное строительство новых объектов в жилой среде. В целом происходит последовательное изменение объемно-планировочных характеристик застройки. В данном исследовании проведен анализ морфогенеза архитектурно-планировочной структуры жилых территорий Красноярска, фиксировались изменения формы плана жилых планировочных единиц на основе соотношения периодов их развития. Исследование морфологической эволюции пространственного развития жилых территорий города Красноярска ранее не проводилось, чем обуславливается актуальность настоящей работы.

Целью настоящего исследования выявление закономерностей построения структуры плана жилых планировочных единиц на основе геоинформационного анализа данных. На основе цели поставлены следующие задачи исследования: определение периодов строительства массовой жилой застройки на основе математического анализа; анализ топологии плана микрорайонов различных периодов строительства; определение морфотипов жилых планировочных единиц характерных периодам массового жилищного строительства; обоснование морфологических периодов микрорайонов массовой жилой застройки.

Теоретической базой исследования послужили труды в области городской морфологии. В ряде современных публикаций исследователи анализируют морфотипы городской среды с использованием ГИС технологий на предмет выявления ряда параметров: плотность городской ткани, пористость и соотношение открытых и закрытых пространств, этажность строений; характер взаиморасположений строений в составе жилой группы, квартала и т.д. В работе авторов Большаков А.Г., Беломестных С.С. «Морфогенез архитектурно-планировочной структуры и принципы реконструкции исторического центра Иркутска» выявлены морфотипы по признакам соотношения масс и пустот в квартале, по количеству и связности ячеек открытого пространства в кварталах ^[1,2]. В прикладном исследовании «Нестоличная реновация», посвященном выявлению потенциалов уплотнения жилой застройки Санкт-Петербурга на основе проведенного морфотипологического зонирования территории выявлены восемь морфотипов, характерных для среды постсоветского города, для каждого из которых определены пространственные ресурсы урбанизированных территорий ^[3]. В исследовании «Применение параметрических методов для картирования морфологии городской застройки на примере Василеостровского района Санкт-Петербурга» предложена последовательность применения методик Spacmatrix и MXI, их совмещение с традиционными методами выделения морфологических типов застройки ^[4]. На примере Ярославля автором Пасхиной М.В. была предложена классификация морфотипов жилой застройки на основе выявления и определения типологии и оценка городских жилых образований ^[5]. В работе «Москва: курс на полицентричность», на основе методологии Morpho исследовательская группа изучала влияние физической городской формы в Москве на жизнеспособность планировочных единиц в отношении набора показателей пространственного синтаксиса ^[6]. Исследования Л.Б. Кожаевой были направлены на развитие архитектурно-исторической среды с помощью возможных докомпоновок в соответствии с морфологией застройки Москвы. Ведущим критерием выявления морфотипа становится плотность застройки, которая рассматривается как универсальный показатель интенсивного освоения территории в различных частях столицы ^[7]. В ряде современных публикаций исследователи анализируют морфотипы городской среды с использованием ГИС технологий на предмет выявления ряда параметров: плотность городской ткани, пористость и соотношение открытых и закрытых пространств, этажность строений; характер взаиморасположений строений в составе жилой группы, квартала и т.д. Формируются новые направления по изучению закономерностей построения и эволюции топографии плана массовой жилой застройки ^{[8,9,10,11,12]}.

В зарубежной теории градостроительства анализируется процесс становления междисциплинарной научной дисциплины — городской морфологии — на стыке инженерных, технических наук и архитектуры. В своих трудах Vítor Oliveira объясняет принципы анализа физической формы города, то как разные агенты изменяют эту форму с течением времени и как различные процессы участвуют в этом преобразовании ^[13]. В работе «Математика морфологии города» под общим руководством Luca D’Acci собраны прикладные исследования, основанные на сопряжении универсальных законов и феноменологического описания процессов. В работе рассматриваются примеры многомерного анализа городских территорий с помощью статистической физики, математических вычислений ^[14]. В работе «Методологический подход к диагностике качества открытых пространств в массовых жилых комплексах» авторов García-Pérez, Sergio & Oliveira, Vítor & Monclus, Javier & Díez Medina, Carmen проанализированы физические характеристики жилых планировочных элементов, на основе анализа городской морфологии с диахронической точки зрения- оценивались процессы трансформации от исходной ситуации до текущей ^[15]. Отдельного внимания заслуживают работы, посвященные геоинформационному анализу динамики морфологического развития жилых планировочных единиц ^[16,17,18]

Исследование, посвященное комплексному топологическому анализу жилых территорий г. Красноярска методами математического моделирования и геоинформационного анализа ранее не проводилось, в связи с чем обуславливается актуальность настоящей работы.

Основные задачи исследования сформировали следующие тематические разделы работы: определение периодов строительства массовой жилой застройки; анализ топологии жилых планировочных единиц различных периодов массового строительства; определение морфотипов жилых планировочных единиц характерных периодам массового жилищного строительства; определение морфологических периодов массовой жилой застройки Красноярска

1. Определение периодов строительства массовой жилой застройки

В начале исследования необходимо было сформировать На основе анализа открытых данных портала «Реформ ЖКХ» были получены исходные данные для расчетов показателей жилой застройки. Всего в базе по состоянию на 01.03.2021 г. содержится 5957 записей о жилых многоквартирных домах Красноярска. Собранная в рамках настоящего исследования база геоданных включает обобщенную информацию о жилых и нежилых зданиях города, в которой содержатся значения численности населения, площади жилого фонда, площади застройки, на основании которых были выполнены расчеты. Расчет производился в геоинформационной системе QGIS на основе геометрии жилой застройки, полученной из открытого источника OpenStreetMap и специализированного языка программирования Python, предназначенного для обработки и визуализации данных через сравнительные гистограммы показателей. Отображение жилой застройки Красноярска 1960–2020 гг. на общем графике в форме гистограммы с накоплением, где ось абсцисс соответствует году постройки, а ось ординат — общей площади жилых домов позволяет сделать вывод о корреляции объемов и исторических периодов жилого строительства. Выделяются характерные «волны» строительства массовой жилой застройки, которые имеют выраженные нарастающие и спадающие фронты:

• I период — Формирование 5-ти этажного жилого фонда типовыми сериями (1960–1975 гг.);

• II период — Освоение территорий панельным домостроением в 9 этажей (1975–1990 гг.) В это время завод «Культбытстрой» (первоначальное название предприятия — завод ЖБИ-2) начал освоение серии 111-97 для строительства жилых домов, формируя новый на тот момент принцип «свободной» планировки микрорайонов с повышенной этажностью

• III период — Период низких темпов жилищного строительства (1990-2010). Складывается смешанная застройка различной геометрии и планировки, которой характерна точечная и фрагментарная типология.

• IV период – современные процессы комплексного жилищного строительства - застройка комбинированного типа.

Рис.1. Гистограмма периодизации строительства массовой жилой застройки в Красноярске

В исследовании была построена карта жилых планировочных единиц массового жилищного строительства по выявленным периодам. Было выявлено 187 жилых планировочных единиц (Рис.2).

Рис. 2 Карта жилых планировочных единиц по выявленным периодам массового жилищного строительства Красноярска

Отдельного внимания заслуживает сравнительный анализ динамики изменения во времени расчетных показателей плотности, коэффициента застройки, процентного соотношения жилых и нежилых помещений в жилых домах по отношению к выявленным периодам строительства микрорайонов: Происходит повышение интенсивности жилой застройки за счет роста этажности и уплотнения застройки, постепенно возрастает доля нежилых помещений в жилых домах, объем общей жилой площади возрастает при сохранении пятна застройки(Рис.3).

Рис.3. Графики расчетных показателей по микрорайонам массовой жилой застройки различных периодов строительства

2. Анализ топологии жилых планировочных единиц различных периодов массового строительства

При сопоставлении морфологических планов жилых планировочных единиц можно проследить характерность рисунка и характер плана микрорайона определенному периоду застройки. Так, например, первому периоду преимущественно характерна строчная застройка, второй период характеризуется сложным построением геометрии блок-секционных зданий свободной планировки; третий период выражен смешанной застройкой, по индивидуальным и типовым проектам. В четвертом периоде наблюдается возврат к преимущественно типовому рисунку плана зданий в больших массивах застройки (Рис.4)

Рис.4 Сопоставление планов микрорайонов Красноярска периодам их массового жилищного строительства

В исследовании вводится понятие морфотоп застройки в качестве определения, предложенного морфологом Conzen, что описывает наименьшие городские образования, которые имеют отличительный характер среди своих соседей благодаря особому сочетанию составляющих их морфологических элементов (Conzen, 1988). Таким образом, эти элементы состоят из характеристик типа плана, типа здания и землепользования ^[19]. Морфотоп в данном исследовании понимается как неразрывный наименьший элемент рисунка плана застройки в жилых планировочных единицах. В ходе исследования были проанализированы характерные микрорайоны массовой жилой застройки Красноярска и определены в них приемущественные морфотопы на основе геометрии: «строчка», «точка», «сплайн», «Г-образная», «П-образная», «Замкнутая» форма здания (Рис.5).

Рис.5 Алгоритм определения морфотопов массовой жилой застройки

При определении морфотопа учитывалась этажность здания (Рис.6). поскольку, например морфотоп «линия» застройки этажностью в 5 этажей качественным образом отличается от морфотопа застройки этажности в 25 этажей.

Рис.6. Определение морфотопов в зависимости топологии плана от этажности

В результате была получена матрица из 24 морфотопов, на основе пересечения геометрии и этажности застройки (рис 7).

Рис. 7. Матрица выявления морфотопов жилой застройки Красноярска

В результате анализа застройки характерных микрорайонов Красноярска выявлены следующие закономерности: «строчка» представлена во всех диапазонах этажности; диапазон 10-16 этажей- выражен всеми типами морфотопов; морфотоп «П-образная» представлен в единичном диапазоне этажности – 10-16; высотное строительство представлено только в морфотопе «строчка» и «точка» (Таблица 1).

Таблица 1. Морфотопы жилой застройки Красноярска

3. Определение морфотипов жилых планировочных единиц характерных периодам массового жилищного строительства

На основе выявленной матрицы были проанализированы характерные каждому периоду микрорайоны и посчитан баланс присутствия морфотопа (Рис.8)

Рис. 8. Сравнительный анализ баланса морфотопов характерных морфотипов микрорайонов массовой жилой застройки различных периодов

В результате построения визуально-графического ряда баланса можно наглядно проследить закономерность формирования топологического плана характерному периоду строительства, обосновать сформированные морфотипы сложившихся микрорайонов: 1 период – «Строчная застройка», вследствие преобладания в плане морфотопа «линия»; 2 период- «Свободная застройка» - результат присутствия различной геометрии плана зданий; 3 период – «Смешанная застройка» в результате нахождения множества различных типов застройки; 4 период – «Гомогенная застройка» - одинаково повторяющийся морфотоп («точка», «замкнутая» и др).

В результате анализа полученные морфотипы были экстраполированы на все выявленные жилые планировочные единицы Красноярска, составлена обобщающая карто-схема (Рис.9)

Рис.9. Карто-схема распределения морфотипов жилых планировочных единиц Красноярска: морфотип «Строчная застройка»; морфотип «Свободная застройка»; морфотип «Смешанная застройка»; Морфотип «Гомогенная застройка».

Проведение натурных обследований среды подтверждает выводы о наличии архитектурно-средовых и топологических характеристик, выявляющие морфотипы массовой жилой застройки в соответствии с периодизацией строительства (Рис.10)

Рис.10. Сравнительный анализ морфотипов обследуемых микрорайонов Красноярска

Сравнительный анализ характерных морфотипов микрорайонов Красноярска определил тенденции морфологических трансформаций: отход от дискретных форм к компактной гомогенной застройке повышенной этажности. Морфологическим изменениям подвергается застройка и открытые пространства жилых планировочных единиц. Складывается тенденция к внутреннему структурированию, образованию мелкоячеистого рисунка плана. Происходит дифференциация общественных пространств в зависимости от социального действия. Происходит возрастание нового типового строительства, наблюдается уплотнение застройки, образование мелкоячеистой планировочной структуры, состоящей из жилых групп с закрытым периметром застройки. В начале ХХI века современная застройка Красноярска – это крупные жилые массивы с преимущественно типовым рисунком плана застройки, облика жилых зданий. При этом в структуре жилых планировочных единиц сохраняются социально-значимые объекты. (Рис.11).

Рис. 11 Гистограмма соотношения объемно-планировочных показателей в зависимости от морфотипа микрорайона

IV. Определение морфологических периодов массовой жилой застройки Красноярска

Интересным выводом в исследовании оказалось сопоставление периодов строительства микрорайонов массового жилищного строительства со временем возникновения и существования морфотипов. В современной теории урбоморфологии под морфологическим периодом понимается культурный период существования территорий, оказывающий заметное морфологическое влияние на город. Полученные в результате формы отражают социально-экономические потребности общества и сохранятся в той или иной степени как остаточные характеристики в зависимости от потребностей следующих друг за другом обществ) ^[20]. Следы исторических морфологических периодов составляют морфологический каркас (автор Whitehand, 1984) ^[21]. В данном исследовании была построена гистограмма «Лента времени возникновения и распределения морфотипов по периодам застройки Красноярска» (Рис.12). Гистограмма демонстрирует что морфологический период, в отличии от временного периода имеет плавающие границы. Наблюдается одновременное наличие нескольких морфотипов в разных периодах, их взаимное проникновение во времени.

Рис. 12. Лента времени возникновения и распределения морфотипов по периодам застройки

В результате исследования зафиксированы и доказаны временные среды периодов строительства и формирования морфотипов массовой жилой застройки Красноярска (Таблица 2).

Таблица 2. Морфологические периоды массовой жилой застройки Красноярска

Заключение

В результате математического анализа данных полученных из открытых источников по годам строительства жилых зданий Красноярска были определены характерные периоды строительства массовой жилой застройки. Анализ топологии плана микрорайонов различных периодов строительства позволил выявить группу морфотопов застройки сложившиеся к началу ХХI века: «строчка», «точка», «сплайн», «Г-образная», «П-образная», «Замкнутая». По преимущественному балансу морфотопов были определены морфотипы жилых планировочных единиц характерных периодам массового жилищного строительства: 1 период – «Строчная застройка», вследствие преобладания в плане морфотопа «линия»; 2 период- «Свободная застройка» - результат присутствия различной геометрии плана зданий; 3 период – «Смешанная застройка» в результате нахождения множества различных типов застройки; 4 период – «Гомогенная застройка» - результат присутствия типового одинаково повторяющийся морфотопа. В исследовании выявлены морфологические периоды массовой жилой застройки Красноярска – доказан временной диапазон существования характерных морфотипов застройки.

Сравнительный анализ характерных морфотипов жилых планировочных единиц Красноярска по ключевым объемно-пространственным показателям определил тенденции морфологических трансформаций: отход от дискретных форм к компактной застройке повышенной этажности, наблюдается возврат гомогенной структуры плана. На сегодняшний день изучение закономерностей формирования городских морфотипов обогащаются исследованием социокультурных характеристик современного города. На современном этапе развития градостроительства в России остро стоит вопрос уплотнения застройки в крупных городах при сохранении показателей комфорта и благоприятного микроклимата. Понимание тенденций морфологического развития микрорайонов массовой жилой застройки могут быть использованы для совершенствования методики проектирования жилых территорий, в организации управления их развитием; нормативно-регламентной базы градостроительного проектирования города Красноярска.