《超越学科的认知基础》第4组最终成果报告

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CITY CRAFT 基于细胞的城市规划原理

小组成员介绍

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颜峻 清华大学生命学院2014级本科生 生命科学专业 清华大学“新雅学院”学员

座右铭：it is ideas that really count

石鑫 清华大学生命学院2014级本科生 生命科学专业 清华大学“新雅学院”学员

座右铭：吃到葡萄再说酸。


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秦皇 清华大学生命学院2014级本科生 建筑设计专业 清华大学“新雅学院”学员

座右铭：我的兴趣是做一个兴趣使然的人。

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马晗熙 清华大学生命学院2014级本科生 城乡规划专业 清华大学“新雅学院”学员

座右铭：我还想再熬500年！

课程逻辑模型

背景

在综合生物科学中的细胞知识（ 特别是 物质 的运输）和城乡规划理论，将细胞中一些结构或者 机制 桥接到城乡规划的过程中 去。

预期效果

  1. 有实现知识的跨学科转移
  2. 通过学科交叉验证隐喻理论对认知的作用
  3. 对认知（特别是隐喻）有深入的理解
  4. 验证群体学习的效果

目标

超越学科的认知基础要求我们跨学科的界限，以隐喻为基础，构建出一套行之有效的多学科交流 方法。

输出

  1. 学习报告案例分析
  2. 交通优化
  3. 自主设计
  4. 城市模块化

活动

  1. 构建逻辑模型
  2. 安排群体学习
  3. 个人学习报告和小组
  4. 学习软件的使用
  5. 模型的构建

输入

  1. 有生命科学和车故事规划的交叉
  2. 各种设计软件（图形处理、三维城市引擎等）
  3. 老师的指导
  4. 团队学习工具（teambition github wiki ）

外部因素

期末考试、课业负担时间安排等

项目逻辑模型

背景

城市规模不断扩大， 土地资源紧缺利用率较低城市规划过程中的整体意识叫差，分区之间联系不紧密，整个城市的运作效率低下。而经历长久时间进化的细胞，堪称世界上最完美系统。

预期效果

  1. 提出一套较为完备的理论，进行城市建设的规划。
  2. 获得跨越学科地交叉知识的 能力。

目标

  1. 将城市分区与细胞结构进行对比，提出模块化设计理论；
  2. 参照细胞内物质运输方式，提出高城市交通问题的改善方案。

输出

  1. 若干相关词条的创建、小组的学习报告、各人的学习报告
  2. 以图册的形式，分类并展示 已有城市规划案例以及细胞结构存在的交集，分析优缺点、城市的运行效率等方面。
  3. 基于细胞结构的城市规划理论
  4. 利用设计软件得到的数据模型

活动

课堂学习、课堂讨论、数据搜集、文献研读、小组会议、设计、制作模型

输入

  1. 相关软件，包括cityenginecityengine netelogonetelogo 的学习
  2. 超越课程的学习
  3. 各位老师的指导

外部因素

期末考试、课业负担时间安排等

项目简介

城市模块化

  1. 将城市和细胞进行类比，辅助以功能分区的概念，通过cityengine等软件进行城市设计的模块化
  2. 首先从宏观的角度上来看细胞具有不同形态以及发育状。 对应到模块化城市，就是从宏观层面上的整体空间布局以及城市风格。这是一种 Structual 和orientational metaphormetaphor 在报告中，我们展示通过编程cityengine软件中实现对城市形态以及状的模块化。
  3. 从宏观层面进入微观层面，细胞中存在不同的功能分区，对应着不同的城市功能区。Cityengine的一个非常大的优势在与能够在软件中实现代码和建筑模块以及设施模块的转化，这个转化是以Structural／orientational与ontological metaphor的转化为基础的。其中城市的图形模块是本体，程序的控制流则是结构和取向，作为模块化设计的灵魂核心。

分选式交通枢纽

  1. 现代城市交通是城市快速发展过程中的一个非常显著的问题，尽管城市的管理与规划者通过各种方式希望解决交通拥堵问题，但是随着人口的快速增长以及私家车数量的指数上升，交通压力不仅没有得到实质性缓解，相反在一定程度上，交通拥堵问题成为城市快速发展中显著的城市病。
  2. 当人们苦苦寻找合理的交通网络构建方式的时候，体内却发生着最精妙的交通运输。作为有机体的基本结构单元，细胞堪称迄今为止最美妙的自然艺术。细胞中的内膜体系以及其介导的膜泡运输为交通拥堵这一城市病提供了一个可能的解决方案。其中高尔基体是整个体系的关键所在，高尔基体不仅提供了一个交通运输的枢纽，而且为运输提供了不同的选择方案。
  3. 现代的交通运输枢纽开始体现出集中化的趋势，其中TOD和R&D概念是衍生出来的两个非常重要的概念。许多交通枢纽也是依据这些原则设计的。但是这些设计还是存在一些问题，通过对这些交通枢纽设计原型的改进以及重新设计，我们能够为城市交通建设提供一些新的途径和线索。

城市模块化

宏观层次

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宏观尺度上的模块化城市指的是城市的形态以及城市的状态能够在设计的过程中模块化处理。Cityengine这个平台为宏观尺度的模块化提供了许多便利之处。利用这个软件能够整合Esri的ArcGIS系统，提供卫星遥感地理地形图，能够对任何实际地形进行快速的三维构建。 利用这个软件能够整合Esri的ArcGIS系统，提供卫星遥感地理地形图，能够对任何实际地形进行快速的三维构建。 通过构建一系列不同形态的城市空间地域分布图，我们能够根据设计需要（特别是设计的地形）选择合理的城市轮廓与地域安排，大大地便利城市建设。

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在城市设计地过程中往往需要不同地效果图来确定城市地基调，在这种情况下，如果一一设定参数并且进行渲染不仅需要消耗巨大地人力物力财力，而且还会带来许多不必要地重复。 通过城市效果模块化，我们能够根据需求快速选择接近地基调并进行调整，能够大大地提高效率，缩减进度。

微观层次

将城市划分为不同的功能区，进行模块化。

从上到下依次为：政府区、商业区、居民区以及工业区。四个图层的叠加形成了完整的模块化城市，其中每个图层都作为一个模块。

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隐喻与城市模块化

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Cityengine作为一款卓越的城市设计模拟软件，其一个很大的优势是其不仅提供三维的视觉编辑，还能够提供开源的代码。这两部分相互补充，极大地方便了城市规划者的设计工作以及程序员的维护工作。

这种软件架构的更大的优势在于视觉部分的房屋街道等等实体结构能够作为本体隐喻的载体；而代码的控制流存在结构和空间隐喻；通过本体载体，操作人员能够修改结构和空间隐喻，反之亦可。三种隐喻的交织与相互影响使得城市建设者能够更加高效率地完成工程任务。

生命建筑与城市模块化

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以细胞生物学为基础地城市建设模块化能够为城市地建设注入新的活力，但是由于软件的限制，cityengine只能够做到对单个建筑的形态以及颜色进行调整，而不能够做到针对特殊位置、特殊作用进行建筑的设计。 这一点能够通过在模块化城市中整合生命建筑模块实现，当每个建筑都被赋予了“生命”以后，整个城市的设计才能实现真正的智能化与模块化。C Brick作为生命建筑的一个设想，如果能够整合到cityengine中，将能够为模块化城市建设提供更多的可能性。

云思维与城市模块化

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模块化的城市建设不仅需要做到城市设计的模块化，还要做到城市管理的模块化，其中cloud mind在理论上能够为管理（特别是大规模管理）提供支持； 与此同时，脑机接口能够作为cloud mind的技术基础，实现模块化城市管理。

分选式交通枢纽

细胞枢纽

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城市的交通问题成为发展中的一大通病，数以千计城市规划者不断地为交通献计献策，但是交通拥堵问题始终没有得到彻底地解决。借鉴细胞这一大自然地精妙作品，我们能够得到许多灵感，并且应用与城市交通建设中 。 在细胞运输中起着关键作用 的是内膜系统（特别是高尔基体）介导的膜泡运输。高尔基体是细胞内部的物流和分选中枢，在这里货物能够根据需要（修饰）选择目的地并且搭载不同的载体。借鉴这一点，我们能够设计出整合多种交通方式的交通枢纽，并且将各种功能区在垂直关系上和交通统整合在一起，达到足不出户，却能实现各种目的的效果。

城市枢纽

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城市交通拥堵是快速发展进程中不可避免的一种病， 数以千计的城市规划者希望通过新设思路解决交拥堵问题。城市交通枢纽逐步朝着一体化发展， TOD 与R&D 是两种常见的思路，其中上海虹桥运输枢纽（图）是 TOD 模式的典型代表。

自主设计

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借鉴 TOD 以及 R&D 模式以及交通 建设地发展趋势，新的交通枢纽不仅要能够作为人流集散地具有强大的缓冲能力，还需要综合多种不同的交通方式，包括地铁、机场高速公路等。除此之外为了缓解交通压力 ， 我们需要应用去中心化的思想，在每一个大型综合交通枢纽上扩展出不同的功能 ，一旦 交通 枢纽真正意义上完成了，将革命性地改变人们的生活方式 。 在我们的新设计中，通过整合 上述因素，我们较好地解决了这些问题 ！

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新的设计合理地整合了地铁、高速公路以及飞机等运输方式，并且通过真空隔音带以及隔音材料较好地解决了噪音问题。在解决噪音问题的基础上，我们能够将整个运输体系和居民的居住以及生活区紧密地连接在一起，实现去中心化。

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新的设计以高尔基体为原型，整合了高速公路、地铁以及航空等交通方式。与此同时，设计的灵感来自 DNA 双螺旋以及叶 绿体基粒结构。的主部分由圆形垛叠而成 ， 形成的整体态为 DNA 双螺旋， 中间以连接结构而成。这种设计一方面能够增加的整体性还能够提高空间的利用率

参考资料

  1. 《简明城市规划原理[M]》，朱勍.主编，同济大学出版社, 2014
  2. 《城市地理概论》，于洪俊、宁越敏，安徽科学技术出版社，合肥，1983.
  3. 《我们赖以生存的隐喻》，乔治•莱考夫，马克•约翰逊著，何文忠译，浙江大学出版社
  4. 《科学革命的结构》，Kuhn, Thomas S.著，北京大学出版社, 2012
  5. 《Code V2.0》,莱西格, L. (Lessig, Lawrence) 著,清华大学出版社, 2009
  6. 学习报告：《超越学科的认知基础》第6组 孙梦楠，刘诗宇，黄致昊，孙辅懋
  7. 学习报告：《超越学科的认知基础》第2组, 张世超、王小珊、宁志禹
  8. 图片来源：百度图片
  9. 图片来源：《molecular biology of the cell》
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