Исследование EPFL показало, что городские территории следуют универсальным правилам, наблюдаемым в природе. От размера населения до выбросов углекислого газа и дорожных сетей — может ли ключ к устойчивой урбанизации лежать в самом «метаболизме» наших городов?
С появлением западных мегаполисов писатели часто сравнивали город и его производственные системы с живым организмом. Действительно, городские территории описывались в различных анатомических терминах: «живот» у Эмиля Золя, «рука» у Итало Кальвино, «лимфа» у Мишеля Бутора и лабиринтное состояние ума у Пола Остера.
Исследователи изучают эту аналогию более десяти лет, преследуя практическую цель: упростить сложность городских систем и улучшить планирование. Понимание того, как на самом деле работают города, может стать основой для устойчивого городского будущего.
Основные выводы исследования
Особое внимание учёные уделили одной гипотезе: «более крупные» города «лучше», поскольку они требуют меньше ресурсов, но генерируют больше богатства — это объясняется законами масштабирования городов по аналогии с законом Клайбера для живых организмов. Макс Клайбер, биолог из Цюриха, обнаружил в 1930-х годах, что более крупные животные используют энергию более эффективно, поскольку биологические системы характеризуются разветвлёнными транспортными сетями, которые оптимизируют рассеивание энергии и распределение ресурсов.
Учёные EPFL опубликовали исследование, обобщающее эти законы масштабирования от районов до глобальных городов. Это придаёт новый вес интуитивной аналогии, проведённой писателями. Их выводы, основанные на миллионах точек данных из более чем 100 городов по всему миру, опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Переменные исследования
Учёные изучили три переменные:
* Население города (аналог массы животного);
* Выбросы углекислого газа (эквивалент скорости метаболизма живого организма);
* Дорожные сети (система кровообращения).
«Когда мы скорректировали масштаб, мы обнаружили, что распределения вероятностей этих переменных следуют уникальной кривой для всех городов — больших и малых, — что подразумевает, что форма и функции городов регулируются универсальными законами, аналогичными тем, которые применяются к живым организмам», — говорит Габриэле Маноли, автор исследования и руководитель Лаборатории городских и экологических систем (URBES) в EPFL.
Выводы также указывают на то, что форма самоорганизации естественным образом возникает по мере роста городов. Однако, как объясняет Маноли, есть одно важное предостережение: «Вопреки распространённому мнению, крупные города не обязательно более устойчивы, чем малые — важно учитывать взаимосвязь плотности населения, транспортных сетей и экономической активности».
Подход к масштабированию
В законе Клайбера животные имеют чётко определённый средний размер. С городами всё сложнее: их границы могут сильно различаться в зависимости от того, как они определены — и законы масштабирования могут привести к противоречивым результатам (например, более крупные города могут считаться более экологичными или менее экологичными с точки зрения выбросов). Чтобы преодолеть это препятствие, авторы разделили каждый город на более мелкие единицы — как «пиксели» — и использовали подход масштабирования конечных размеров.
Этот подход был первоначально предложен коллегами из EPFL, включая Андреа Ринальдо, почётного профессора и соавтора исследования, для объяснения «внутривидовых вариаций» в законе Клайбера. Как и в биологии, где масса и скорость метаболизма вида могут варьироваться среди особей (и эти вариации могут значительно отличаться от среднего значения, рассматриваемого Клайбером), так и городские характеристики варьируются от района к району, и город лучше охарактеризовать распределением значений, а не одним числом.
Для Маноли эти выводы знаменуют важный шаг вперёд в городских исследованиях: «Мы математически доказали, что пространственная организация городов демонстрирует общие эмерджентные свойства, несмотря на географические, политические и исторические различия — поэтому планировщики должны применять системный подход и учитывать сложную и динамичную природу городской эволюции».
Он также утверждает, что города напоминают живые организмы, а не управляемые машины. По его мнению, любые усилия по проектированию более устойчивых территорий должны выходить за рамки отдельных секторов и операций: планирование должно учитывать целые городские территории, их многоуровневое поведение и непрерывный обмен с окружающей, почти глобальной, средой.
«Благодаря огромному количеству доступных данных, города предлагают благодатную почву для проверки новых теорий, вдохновлённых биологией и экологией», — сказал Маноли.
Команда Маноли надеется, что, рассматривая больше переменных и их временную эволюцию, они получат более глубокое понимание законов, управляющих самым человеческим из творений: современным городом.
Предоставлено:
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne