將要變革建筑的十大科學新發(fā)現(xiàn)

建筑歷來關注自身的未來，也關注科學新發(fā)現(xiàn)及其在建筑工藝上的實際應用。如今我們確實看到極具異域風情的電腦設計的美麗建筑表皮、花鍵連接的形態(tài)和生成圖示。對于一個不是科學家的人，這個工作可能顯得極端科學化和“現(xiàn)代化”。我們也看到動蕩破裂的宇宙的象征主義，其涵義的舊觀念正面臨令人痛苦的后現(xiàn)代挑戰(zhàn)。

但是從現(xiàn)代物理學家的觀點，建筑仍然深陷過去的泥淖。

那是因為建筑懷抱在其核心造型理論中的“現(xiàn)代性”現(xiàn)在幾乎有一百年歷史了，它是過去純樸工業(yè)時代過時的遺跡。當然“現(xiàn)代”建筑很多裝飾性外表由尖端技術制成。但是它們實質上仍是用來支撐舊工業(yè)聚落方法的新奇噱頭。建筑師讓自己成為引人注目的藝術包裝者，使用精致藝術文化的誘惑來幫助在全球推銷夸張過時的項目。為了我們所有對可持續(xù)性的追求，我們實際上在與災難同行。 　　問題是我們沒有真正地參與過定居過程，也沒問建筑作為工藝和原理怎樣能夠在形成聚落過程中真正處于領導地位。這意味著超越藝術隱喻的活動為其它活動服務，有助于依據(jù)科學發(fā)現(xiàn)實際應用聚落科學。這些科學必須包括經(jīng)濟學、政治學、環(huán)境心理學和醫(yī)學，也包括來自生物學、數(shù)學和物理學關于形成和成長動力方面的深刻見解。

與醫(yī)學類比特別恰當。聚落科學的應用必須和藝術與工藝一起應用，正如醫(yī)學必須被有藝術與工藝的醫(yī)師應用。就像醫(yī)學行業(yè)，聚落科學必須植根于實證方法，必須有一個關心他人福祉的行業(yè)標準作為基礎。

但是這意味著深入的再評估并對失敗的專家模式進行改革。它意味著方法學、技術和“現(xiàn)代性”概念方面真正的革命，最終成為設計思想本身的革命。

這些來自科學的見解是什么?我們這些物理學家、數(shù)學家和城市哲學家總結了其中十條，與其它部分一起都在新著《Design for a Living Planet》有詳細論述。 將要變革建筑的十大科學新發(fā)現(xiàn)：

1.復雜自適應系統(tǒng)

各類設計者得到的一個重要教訓是產(chǎn)品設計不能真正從環(huán)境設計中分離。某種意義上我們都是工作在人類環(huán)境中的環(huán)境設計者。因為每個系統(tǒng)只是部分封閉的，我們必須設法像在開放系統(tǒng)工作一樣在這些系統(tǒng)中工作 ― 也就是說作為更大優(yōu)化整體的一部分。老一套設計由于無法實現(xiàn)這樣的系統(tǒng)而導致了我們的生態(tài)災難。

2.自組織

任何設計如果硬要追求一種“標準的”、“形式的”、預想的或者自我參照的建筑或者城市的類型學，那它在根本上是有缺陷的。因為它沒有從當?shù)貤l件出發(fā)計算一個自適應配置。很多二戰(zhàn)后的城市規(guī)劃因此不得不被丟棄。

3.網(wǎng)絡城市

我們可以把建成的城市建筑和基建看作城市的“硬件”，它是一個基質，只有在付出相當多的時間和費用后才能夠改變。這個“硬件”能夠到處移動、連接、交換信息等等。簡單地說，只要我們能獲得無限的能源和支持資源，通過將網(wǎng)絡連接的重擔推給“軟件”來運行較差的“硬件”，我們就能建造一個城市。但是電腦設計師非常清楚，設計不佳的硬件和日益復雜的軟件一起使用會帶來麻煩，遲早系統(tǒng)會變得難以管理。

4.彈性幾何學

差異制造了熟悉的幾何圖形，比如局域對稱性：舉例來說，我們身體有兩手兩腿。感受這種(以及其它相關種類)對稱性的能力是進化心理學非常重要的方面，也是促進人類福祉的環(huán)境屬性。通過差異產(chǎn)生的對稱性存在似乎同樣對結構彈性必不可少。沒有它結果會是毫無生氣而僵硬的。差異引產(chǎn)生了對比，對稱則在抵消均勻性的同時產(chǎn)生組群。

5.靈活的設計

這里只是舉個例子，鳥群復雜的圖形不是從任意的指定時刻、指定復雜形狀的藍圖嚴格中創(chuàng)造出來的，那將是極其巨大的指令集。相反每只鳥只有些簡單的規(guī)則來保持相對領頭和相鄰的位置。這些簡單的指令相互作用，從而產(chǎn)生了鳥群漂亮復雜的幾何圖形。

6.縮放和分形

分形加載來自特有的分形結構的“生成算法”，更小尺度上的重復穿孔經(jīng)常繼續(xù)下行至細節(jié)和裝飾的尺度。為什么會這樣?似乎很可能我們這些使用者通過這些地方，發(fā)現(xiàn)如此復雜的環(huán)境(在非常精確的排序意義上是復雜的)是更易于理解的，更清晰的，更有效組織的，也是更漂亮的。

7.循證設計

最終的確切產(chǎn)品在計算開始時并不完全明確;只有某些重要品質是事先決定好的，實現(xiàn)這些的需求驅動著設計的完成。如果產(chǎn)品一開始完全明確了，就不可能有調(diào)適，也就很可能在人文方面失敗。

8.生物自衛(wèi)

其含義可能極其重大：審美設計選擇不僅關系到設計者的藝術表現(xiàn)，讓用戶喜歡或不喜歡，而且和其它因素一起能改善或者損壞用戶的健康。

9.計算不可化歸性

在這個最簡單的計算可歸化的系統(tǒng)中(象簡單的數(shù)學題)，我們不需要迭代計算工作，但能用公式通過捷徑達到最終狀態(tài)。但是自適應設計過程的計算是不可歸化的，如果我們認為能強加模板或者設法通過公式或捷徑達到最后的構形，那我們是在愚弄自己。這就是“還原性謬論”，在20世紀和到21世紀目前為止多數(shù)建筑師和城市規(guī)劃專家已陷入其中，結果他們的設計是非適應的，并最終功能失調(diào)。

10.模型的進化

我們在機械思維的工業(yè)年代沉迷于新奇，因為它提供了市場營銷的力量。新的!改善的!推論得到的思想是舊事物必須當作“不真實的”或者“過時的”丟棄。但是科學給我們展示了不同的世界：這里充滿了循環(huán)、進化和模型，這些模型持續(xù)了幾百萬年，或者通過遺傳過程得以再生。這就是進化如何經(jīng)歷無數(shù)的年代適應并且成功。這個啟示寓意深遠，人類建筑將不得不學習或者重新學習。

將要變革建筑的十大科學新發(fā)現(xiàn)，初次讀來，這十個發(fā)現(xiàn)可能看起來太抽象而對建筑沒有多少實際幫助。但是每個發(fā)現(xiàn)對于建筑如何構思有一系列非常具體的啟示，并且?guī)淼母锩h離今天的實踐模式，在失敗的舊工業(yè)聚落模式上創(chuàng)造了新奇藝術外衣。

可能最有用的實例由建筑師克里斯托弗•亞歷山大提供，他是一位著名的杰出的理論家。鮮為人知的是亞歷山大和他的同事在全球已經(jīng)建造了300座建筑。他的思想也已形成很多方面的重要基礎，象維基技術和維基百科，很多游戲軟件，還有Mac、iPhone操作系統(tǒng)和其它技術。

亞歷山大的工作成果仍然在繼續(xù)，特別是在建筑和都市化的世界。他的研究顯示了居住建筑和城市的配置通過交互式計算產(chǎn)生，在很多不同尺度創(chuàng)造了結構和時態(tài)的層級。在城市、社區(qū)、街道、建筑和裝修細節(jié)各個尺度之間存在密切關系。城市不是項目的組合，而是這些發(fā)展關系的網(wǎng)絡。

亞歷山大最初關心自然和人類建筑中的“形態(tài)發(fā)生”，“形態(tài)發(fā)生”是指形態(tài)隨時間流逝而生長。我們都在生物學中聽過這個詞，它是生物體生長和轉化到無限美麗和各種各樣形狀的一種方式?？茖W家正在開始梳理這個過程的進行方式。“形態(tài)發(fā)生”不是從頭進行，而是從原配置模型的轉化開始。這些模型存在于DNA以及組成細胞的蛋白質結構內(nèi)部。當它們改變形狀時適應了環(huán)境和彼此，這個過程被稱為“自適應的形態(tài)發(fā)生”。亞歷山大一直專注于將這些經(jīng)驗轉換利用到建筑上。

亞歷山大最知名的也許是模式和“模式語言”方面的研究。模式是名為“實證設計”這一非常重要概念的工具，“實證設計”適應性強，能解決人類的問題并且滿足人類需求。這個設計不是線性機械過程的產(chǎn)品，而是在進化周期中繼續(xù)進行，出現(xiàn)于彼此互相適應的過程，成功的信息以DNA式的訊息傳輸。確實自然系統(tǒng)就是這樣運作來解決問題并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，特別是它們保留并發(fā)展了自適應形式的信息。

亞歷山大認識到設計是種轉化，這點偉大而博學的Herbert Simon也提出過，“從現(xiàn)存條件到最佳條件”。自適應設計不能從假定的白板條件開始，但永久能對現(xiàn)存的條件進行轉化。甚至不同環(huán)境下類似的設計問題也要對不同配置進行轉化。用數(shù)學術語講，每個設計問題有不同的初始條件，這些條件強烈影響求解方法。

按照“尺寸分布的統(tǒng)一規(guī)則”(由我們當中一員物理學家Bruce J. West遵循亞歷山大的觀點系統(tǒng)闡述)，復雜系統(tǒng)中要素越小，就越多。尺寸和復雜性之間的關系被分形或者逆冪尺度法則統(tǒng)治，大多數(shù)穩(wěn)定的自然和人工系統(tǒng)都遵守這個規(guī)則。這些系統(tǒng)包括動物的神經(jīng)系統(tǒng)、植物的循環(huán)系統(tǒng)、哺乳動物的肺、電力網(wǎng)絡、萬維網(wǎng)和其它無數(shù)復雜網(wǎng)絡?？纯崔~、菜花和放大的雪花，我們能從圖形上看到尺寸的分布。

這些見解作為一種通向未來建筑的地圖，未來人類技術逐步呈現(xiàn)復雜的自然系統(tǒng)屬性。最特別的是，這些人類技術必須獲得自然系統(tǒng)能力來適應并保護它們自己的生存基礎。如果沒有如此深遠的技術轉變，建筑只能繼續(xù)在下沉中的泰坦尼克號上制造異國情調(diào)的新躺椅。