Автор книги уже достаточно хорошо знаком широкому кругу ученых своим трудом «Индустриальная динамика», вышедшем в русском переводе в 1971 г. под названием «Основы промышленной кибернетики». Его новая работа представляет собой попытку использовать созданную им методику для решения конкретной, но крайне сложной проблемы моделирования городского организма (системы) для его познания и дальнейшего целенаправленного управления им, чтобы избежать развития нежелательных процессов, ведущих к стагнации и упадку. Дж. Форрестер оперирует несколькими десятками строго определенных и, с его точки зрения, руководящих показателей, тщательный анализ которых и позволяет ему сделать выводы о характере динамики города. Книга представляет значительный интерес для экономико-географов, урбанистов, градостроителей, экономистов.

Предисловие к русскому изданию
Предисловие автора

Глава 1. Обзор
Глава 2. Структура урбанизированной территории
Глава 8. Рост и стагнации
Глава 4. Недостатки административных программ оздоровления города
Глава 5. Возрождение города
Глава 6. Сложные системы
Глава 7. Интерпретации

Приложение А. Модель — теория городских взаимодействий
Приложение Б. Разное
Приложение В. Определение терминов (символов)
Приложение Г. Анализатор таблиц
Приложение Д. Уравнения модели
Язык математического моделирования

Предисловие автора

Проблема городов США исследуется здесь с использованием новейших методов объяснения сложных социальных систем. Состояние наших более старых городов стало сегодня насущнейшей внутренней проблемой страны, вызывающей озабоченность общественности. В этой книге существо проблем урбанистики, причины их возникновения и возможные решения рассматриваются с учетом взаимодействия всех компонентов городского организма.

Замысел книги возник, когда моя работа над «Индустриальной динамикой» [Есть русский перевод: Дж. Форрестер, «Основы кибернетики предприятия, (индустриальная динамика)», изд-во «Прогресс», М., 1971.— Прим. ред.] пересеклась с усилиями проф. Дж. Коллинза — консультанта при Массачусетском технологическом институте, бывшего мэра Бостона, пытавшегося сфокусировать внимание ученых на трудных проблемах городов США.

Полагая, что наиболее ценным источником информации являются не документы, а люди — специалисты, имеющие практический опыт в решении городских проблем,— я предложил проф. Дж. Коллинзу организовать обсуждение проблем с участием таких специалистов.

К моменту этого обсуждения я лишь в общих чертах представлял природу исследуемой системы. Более компетентные в этом вопросе собеседники пополнили мои сведения относительно внутренних сил, причин, взаимосвязей, ответных реакций системы и исторических примеров, понимание которых необходимо для уточнения специфики структуры и характера поведения системы, определяемого этой структурой. Без этого было бы невозможно представить контуры теоретической модели и структуру конкретной социальной системы. При обсуждении вопросов о желаемой степени связи, поддерживающей равновесие между частным и общим, постепенно выявилась структура, которая определяет связь компонентов системы с ее поведением. Когда наметились контуры имитационной модели, обсуждение вопроса о поведении системы выявило много новых данных. Все это помогло усовершенствовать теорию. Итогом такого обмена мнениями и является настоящее исследование.

История написания книги объясняет отсутствие в ней ссылок на литературу, посвященную изучению городов. Некоторые рецензенты порицали меня за это, предполагая, что специальная литература существует, но не была мной использована. В действительности книга возникла как результат разработки совершенно новой области знания, из опыта тех, кто непосредственно решает проблемы городов, из моих собственных изысканий среди публикаций по социальным и производственным вопросам и из осмысливания литературы по динамике социальных систем (кстати, на нее даны ссылки).

Что же касается работ по динамике развития и поведению городских систем, то хотя они и существуют, но их поиск, изучение и сопоставление представляют собой большую самостоятельную задачу.

Настоящее исследование в значительной степени зависело от имеющейся в распоряжении автора ЭВМ с системой разделения времени. Без возможности свободно пользоваться личным терминалом компьютера при работе дома автор, возможно, не решился бы предпринять исследование динамики развития города. Рабочее время ЭВМ, необходимое для создания этой книги, было выделено Фондом Форда через Лабораторию городских систем при Массачусетском технологическом институте.

Предисловие к русскому изданию

<...>

Урбанизация — это не только очень «модный» объект научных исследований и просто размышлений, это — одна из проблем века, проблем всего человечества. Это — одна из тех жизненных проблем, в которых, как правило, каждый считает себя компетентным, но никто еще, к сожалению, таковым в полной мере не является. Не надо быть специалистом, чтобы понимать ее значение, но нельзя быть и только специалистом, чтобы ее решать.

Урбанизация — явление социальное. Поэтому любое исследование проблем урбанизации несет на себе отпечаток тех социально-политических, философско-мировоззренческих предпосылок, из которых сознательно или неосознанно исходит исследователь. Многие исследователи пытаются решать проблемы урбанизации без учета объективных законов развития городов. Однако такие попытки заранее обречены на неудачу, так как нет городов вообще, а есть города как конкретные социальные явления, частицы, элементы определенных социальных систем. Их законы — это проекция более общих законов той социальной формации, в рамках которой они развиваются. Исследование проблем развития города не может игнорировать его социальную среду.

Проблемам урбанизации посвящены тысячи книг, поток работ на эту тему растет лавинообразно. Город исследуется с самых различных точек зрения: социальной, политической, географической, административно-организационной и в их различных комбинациях. Предпринимаются попытки комплексного исследования города и узкоспециального исследования отдельных его проблем: градостроительных, архитектурных, транспортных и др. Однако комплексные исследования чаще всего оборачиваются лишь многоаспектными, а узкоспециальные — ставят больше комплексных проблем, чем решают специальных.

К середине XX века перед многими городами мира, и в особенности городами США, возникла серьезная проблема, вызванная их непрекращающимся ростом. Эта проблема обрисовалась еще на рубеже XIX и XX веков, но современные темпы развития городов и новые идеи предопределяют новый поиск в этом направлении. «Мегалополис» стал реальностью. Рост городов идет настолько стремительными темпами, что часто невозможно сказать, что потребуется в недалеком будущем для решения то и дело возникающих задач, связанных с их развитием. Очевидно лишь, что должны появиться совершенно новые отрасли промышленности, новые понятия, новые подходы.

С обликом городов будущего в настоящее время связаны и утопические планы, и многочисленные научные проекты. Хаотический и трудноуправляемый рост больших городов капиталистических стран заставляет специалистов бросаться из крайности в крайность в попытке воспрепятствовать ему.

Американские города по своему облику и жизнедеятельности значительно отличаются от европейских благодаря молодости процесса развития и колонизационному типу освоения территории. Бумы экономической активности, сменяющиеся глубокими депрессиями, огромные социальные изменения, интенсивная миграция из сельской местности и многие другие факторы предопределили характер развития американских городов. В результате во многих городах сложилась критическая ситуация, часто называемая фазой упадка.

К общим проблемам урбанизации в США прибавляются специфические проблемы негритянского населения. В городах США сейчас наблюдается острый кризис жилья при наличии в то же время значительно пустующего дорогого жилого фонда. Наблюдается еще одна тенденция — отток значительной части зажиточного населения из крупнейших конурбаций в пригороды. В связи с этой тенденцией в местностях со здоровой окружающей средой происходит быстрый рост площади земельных участков, отчуждаемых для жилищного строительства. Во многих случаях это вызывает протесты общественности в связи с угрозой разрушения окружающей среды. В настоящее время в США под разные виды строительства ежесуточно зачищаются огромные территории, в основном примыкающие к крупным городам. Это, в частности, связано с программой строительства новых городов как одной из мер решения проблем урбанизации. Предполагается, что в предстоящие 30 лет население США возрастет на 70—80 млн. человек. Национальная комиссия политики развития городов намечает строительство примерно 100 новых городов, которые смогут вместить около 20 млн. жителей. Но строительство новых городов не решает проблемы старых городов. Кроме того, функционирование по тем же законам неизбежно поставит и новые города перед теми же проблемами, перед которыми стоят ныне существующие города.

В США было разработано и применялось на практике большое число «программ» централизованной помощи городам. Жизненная необходимость в таких программах стимулировала развитие науки управления городом и привела к большому числу научных разработок, использующих новейшие методы, в частности методы моделирования, к широкому использованию электронно-вычислительных машин как технического средства в научных исследованиях и в вопросах практического руководства городом для оперативной обработки информации, на основе которой администрация города принимает решения. Хотя многие разработки и модели связаны со спецификой капиталистического города, методы их построения обладают определенным универсализмом. Поэтому ознакомление с некоторыми разработками и практическим решением градостроительных проблем, в частности средствами вычислительной техники, в крупнейших городах США представляет значительный интерес.

Разработки американских авторов охватывают очень широкий круг градостроительных проблем, вопросы применения вычислительной техники, математических методов и методов системного анализа, информационных систем, демографический аспект, транспортные проблемы городов, социологические и методологические исследования. Появление интересных работ по социологии и методологии, в частности по вопросам методологии прогнозирования городского развития, методологии оценок планов жилищного строительства ит. п., симптоматично. В них углубляется и отчасти пересматривается содержание градостроительной науки.

Градостроительство является одной из областей человеческой деятельности, где прогнозирование имеет первостепенное значение. Это объясняется тем, что жизнь в городе становится формой существования все большего числа людей, что в городах сосредоточены огромные материальные ценности и что в результате индустриального развития процесс урбанизации ускоряется. Специфика градостроительного прогнозирования связана с гораздо большей длительностью сроков эксплуатации такого объекта, как город, трудоемкостью его проектирования и возведения, требующих значительного времени даже в условиях развитой промышленности, а также необходимостью учитывать все принципы жизнедеятельности этого сложного организма. Эксперимент — традиционный критерий новых разработок — применительно к реальному городу практически невозможен, однако сравнения различных вариантов стратегий управления развитием города можно делать на имитационных математических моделях с использованием вычислительной техники. Американские градостроители накопили большой опыт в разработке имитационного моделирования развития города. Об этом говорит, в частности, большое число интересных работ, в которых авторы предлагают различные математические модели для решения проблем жизнедеятельности города, модели подсистем города, например модели размера города в городской системе, статистические модели города, игровое моделирование городов, городское планирование и системный анализ, модель оптимального размещения зданий в городах, потенциалы поля расселения, потенциалы поля контактов в городе, модели центральных мест, модели экспоненциального понижения плотностей в использовании городских земель и т. п.

Принцип имитационного моделирования состоит в том, что город рассматривается как сложная социальная система, жизнедеятельность которой, функционирование и развитие определяются взаимодействием подсистем. Поэтому ряд исследователей, понимая сложность стоящей перед ними проблемы и сложившуюся ситуацию в области разработки теории развития города пытаются «подняться вверх по ручью» исследований, к истокам проблемы и начать с самого простого, с понимания того, что такое город, как он возникает, растет, каковы стадии его развития, является ли это развитие непрерывным эволюционным процессом или же имеет циклический характер. Неизбежное в этом случае создание упрощенного мыслительного образа города, обобщенной его модели снимает вопрос о выборе комплексного или узкоспециального подхода к исследованию города. Последний рассматривается как целостный организм, как нечто единое в своей природе, как система элементов, тесно связанных друг с другом взаимно обусловленными влияниями.

Здесь не место давать характеристику системного анализа [Более подробно о системном анализе см.: Оптнер, Системный анализ, М., «Советское радио», 1969.], однако следует указать, что именно такой подход позволяет определенным образом формализовать модель города и успешно исследовать ее с использованием ЭВМ.

Книга Дж. Форрестера весьма интересна исследованием проблем города на основе использования идей системного анализа. Дж. Форрестером создана модель города, посредством которой он пытается исследовать развитие города с момента его возникновения и на протяжении многих десятилетий. Как пишет автор, город является сложной системой, в которой зависимости между элементами не могут быть описаны линейными функциями. Эти отношения существенно не линейны. Это обстоятельство не позволяет применить для исследования города, как сложной системы, хорошо развитый аналитический аппарат современной математики, который более приспособлен для исследования именно линейных зависимостей, присущих простым системам. С другой стороны, процессы, протекающие в сложных системах, недетерминированы, стохастичны и не допускают точного однозначного описания. Сложные системы характеризуются наличием огромного количества цепей обратной связи — положительных и отрицательных — между взаимообусловленно влияющими друг на друга элементами систем. Каждое данное состояние какого-либо элемента определяется практически всей историей существования системы, всем множеством взаимных связей других элементов, влияющих на состояние этого элемента. Изменение состояний происходит не непосредственно под влиянием одного или нескольких процессов, не тотчас же, а с некоторой отсрочкой и только в том случае, когда целый ряд воздействий на протяжении значительного интервала времени как бы накопится в системе, аккумулируется, и тогда «созреют» необходимые и достаточные условия для изменения состояния элемента системы. Когда элемент только начинает «накапливать» воздействия на него, изменить его состояние очень трудно даже значительными усилиями; в этот период элемент обладает большой устойчивостью, а система в целом или отдельные ее части (тоже рассматриваемые как сложные системы, но, возможно, меньшего порядка сложности) находятся, как говорят, в состоянии устойчивого равновесия. Когда же сумма накапливаемых воздействий достигает определенного уровня «критической массы», тогда даже небольшое дополнительное воздействие может изменить прежде очень устойчивое состояние элемента или, соответственно, вывести систему из состояния устойчивого равновесия.

Таким образом, сложные системы логично рассматривать Только в динамике, понимая, что изменения, происходящие в них на наших глазах, вызваны отнюдь не только что оказанным на них существенным воздействием, а опосредованы целой цепочкой воздействий и ответных реакций систем на протяжении прошлого периода времени, неопределенно далеко уходящего в глубь лет, десятилетий или даже веков.

Для моделирования таких систем в последние годы начали широко применяться методы имитации поведения систем с использованием ЭВМ. Имитационная модель описывает структуру и внутреннее взаимодействие в системе. Модель записывается на специализированном алгоритмическом языке имитации. Дж. Форрестер использовал простой и широко распространенный язык DINAMO [Краткое описание этого языка приведено в приложении к данной книге, специально подготовленном Ю.П. Иваниловым.] и транслятор ЕВМ IBM 360/30. Методы имитации более трудоемки, чем математические методы, менее изящны и лаконичны, но зато имитация обладает большей эвристической силой, проста в использовании и широко доступна для восприятия людьми, не подготовленными специально к работе с моделями.

В отличие от математической модели имитационная модель допускает вмешательство в ее работу на любом этапе моделирования, перестройку, вставление, устранение или замену отдельных блоков модели без существенной перестройки остальных; ее структура независима от характера используемых переменных и от точности исходных данных. В силу своей гибкости, хорошей адаптируемости к условиям моделирования, нечувствительности к изменениям структуры и характера переменных имитационные модели отлично соответствуют особенностям применения системного анализа к исследованию сложных систем. Модель Форрестера обладает высокой степенью общности, однако, чтобы получить достаточно реалистичные результаты, автору пришлось совершенно четко определить ряд исходных предпосылок, на основе которых создавалась модель. И, прочтя книгу, читатель по праву может сделать заключение, что он познакомился с обобщенной моделью американского города, с важнейшими присущими ему проблемами: стихийностью градообразования, застройки и использования городских территорий; остротой социальных противоречий, невысокой эффективностью федеральных программ по сносу трущоб, экономической помощью и развитием современного строительства на всей территории города и т. д. Однако, несмотря на совершенно определенный тип города, описываемый моделью Дж. Форрестера, основные результаты его исследования имеют более общий характер. Необходимо различать в данной работе характер модели и интерпретацию полученных с ее помощью результатов. Модель, естественно, обладает более общим характером, нежели результаты исследования на модели, так как последние в значительной мере определяются используемыми исходными значениями переменных.

Но за полученными частными результатами можно увидеть и более общие закономерности. При этом чем проще, яснее, прозрачнее структура модели, чем более фундаментальны учтенные в ней закономерности, тем более достоверны и общи будут результаты. Дж. Форрестеру удалось найти такой подход к исследованию, который позволил получить интересные, подчас неожиданные заключения. Сам автор весьма скромен в оценке своего исследования, и, видимо, следует согласиться с ним в том, что настоящая книга скорее обнажает проблемы города, чем предлагает какие-либо рекомендации и решения. Однако подход Дж. Форрестера к решению проблемы представляет определенный практический интерес и может быть использован при создании имитационных моделей развития города в иных условиях.

Рассматривая в книге Дж. Форрестера, посвященной имитационному моделированию, различные аспекты административных программ, мы видим, что первые же результаты применения модели дают основание предполагать, что большинство из того, что предпринимается в США для решения «городских проблем», не только не приносит сколько-нибудь серьезных успехов в плане улучшения ситуации, но часто бывает совершенно не функционально, когда, казалось бы, желаемая цель достигнута, независимо от того, будет ли намеченная цель выражаться в виде улучшения жизнеспособности города в целом или же в улучшении условий существования городской бедноты, то есть той части населения, жизнь которой предполагается улучшить путем внедрения различных программ.

Рассматривая градостроительную науку как комплекс дисциплин, которые охватывают не только «урбанистику», Дж. Форрестер в своей книге приходит к выводу, что жизнедеятельность города определяется многими взаимосвязанными и взаимодействующими подсистемами. При планировании развития города необходимо исходить из приоритета интересов людей, но в стремлении удовлетворить ближайшие нужды не забывать долгосрочные интересы общества. Дж. Форрестер считает, что в результате стремления удовлетворить только краткосрочные потребности долгосрочный эффект от принятых мер может еще больше усугубить трудности, которые предполагалось устранить. Это объясняется также тем, что стратегия градостроительного решения часто обращается к симптомам проблемы, не затрагивая вызывающих ее причин, либо полагается на интуицию, что может привести к результатам, обратным ожидавшимся. Это предполагает возможность появления совершенно новой точки зрения на городские проблемы и пути их решения.

Основными базовыми понятиями в использованной автором разновидности имитационного моделирования являются так называемые «уровни» и «темпы». Понятие «уровень» в значительной степени соответствует понятию «состояние», однако в нем подчеркивается более динамичный характер, связь с процессом накопления, аккумуляции, взаимосвязь между дискретностью значений и непрерывностью их накопления. Второе понятие, «темп», характеризует отношение первой производной (по произвольному параметру, но чаще — по времени) к исходной функции, например ускорение к скорости, и подчеркивает динамику сложных систем. Используемые в книге условные обозначения переменных являются, как правило, мнемоническими аббревиатурами полных названий переменных в английском языке.

Ю. Козлов