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SIMULANDO CIDADES FUTURAS MODELOS DE CIDADES Nossos modelos de cidade são condição prévia para a simulação urbana. Modelos de planejamento e design descrevem uma abstração do real. Eles não são o objeto real e nunca devem ser confundidos com ele. Mas eles podem extrair e descrever características importantes do objeto real. Modelos bons também descrevem a interação entre esses recursos e toda a cidade simulada e funções dos objetos reais. As cidades em sua totalidade são os objetos mais complexos que a humanidade criou. E a maioria delas está em constante expansão. A cidade muda com e através de sua observação pelas pessoas que nela vivem. Portanto, qualquer modelo de cidade deve respeitar a dinâmica da habitação. Nem a busca da cidade ideal ou a virtualização de uma cidade já existente têm levado a resultados tangíveis que garantam a sustentabilidade de uma cidade. Restritas aos planos e planilhas como seus únicos instrumentos, muitos governos municipais estão lutando para fornecer as infraestruturas apropriadas para o crescente número de pessoas entrando nas cidades. Por outro lado, o surgimento de instrumentos que se aproveitam de grandes dados e a crescente capacidade da tecnologia da informação para simular sistemas complexos, mostram um caminho para o complemento necessário ou até mesmo para a substituição parcial dos modelos urbanos. Com a crescente complexidade dos assentamentos em centros urbanos e cidades mais densas, simples conjuntos de instruções geométricas e funcionais tornam-se menos eficazes e podem, de fato, diminuir o desempenho geral da cidade ou dificultar a realização de seus objetivos definidos. O cumprimento de funções separadas tornou-se prioridade, a geometria teve que seguir este. Assim, o padrão geométrico da cidade mudou de acordo. A geometria foi colocada a serviço de outros objetivos, por exemplo militares, ao invés de ser o motor gerador da forma da cidade. Com a crescente sofisticação da sociedade e da política, tecnologia e economia, as cidades mudaram sua geometria novamente. Sistemas de transporte linear, tais como autoestradas, trilhos de trem e estradas privadas suburbanas, ganharam importância e remodelaram o design das cidades. A economia, o transporte e a separação entre as áreas de vida e de trabalho tornaram-se fatores dominantes, sejam elas as limitações de materiais e a maior liberdade de projeto impulsionada pela abundância temporária de energia barata no século XX, a expressão geométrica da cidade se tornou cada vez mais vários estoques e fluxos que determinam a vida da cidade, levando às condições às vezes ordenadas, mas às vezes aparentemente caóticas da geometria de uma cidade. Com o início do século XXI e a globalização dos estoques e dos fluxos das cidades, a dependência da cidade em seu interior direto diminui. E mesmo redes nacionais de cidades para a troca de bens e serviços perdem seu domínio. As forças a que as cidades estão expostas, começam a mudar rapidamente, assim, tornando-se cada vez mais o resultado de campos de força em mudança - campos de força no sentido de regras que governam o equilíbrio do sistema complexo da cidade. Isto conduz a analogias metafóricas, assim à proclamação de modelos alternativos como proposto por Ayssar Arida ou Ludger Hovestadt. Nesta fase, a geometria assume um novo papel, mas ainda é e será decisiva para o posicionamento de qualquer manifestação física de ações e fluxos de cidades e campos de força. Os modelos da cidade são nossas abstrações estruturais das cidades. O propósito destes modelos é simplificar os componentes, as propriedades, as funções e a estrutura da cidade de tal forma que as projeções para o futuro se tornem possíveis. Com um esforço aceitável, os modelos de cidades são cada vez mais espelhados em representações computacionais que abrem o caminho para a rápida geração de alternativas. Os modelos urbanos são também pré- condições para a simulação urbana. SIMULAÇÕES DE CIDADES A visão científica sobre simulação é concebida como uma síntese de modelos e dados no estudo de Sistemas Complexos (ver final) e comportamento emergente. A simulação pode ser definida como a imitação de um sistema, processo ou situação real, a fim de verificar, compreender ou explicar. Para algo a ser simulado, primeiro um modelo precisa ser desenvolvido. O modelo representa o sistema ou processo em si, enquanto a simulação representa o comportamento do sistema ao longo do tempo. A perspectiva de projeto define a simulação como uma criação de cenários passados, presentes ou futuros que representam a interação de parâmetros e variáveis cruciais. A simulação em arquitetura, urbanismo e planejamento territorial está evoluindo rapidamente. Na arquitetura, uma simulação é frequentemente usada como sinônimo de visualização. A visualização de modelos 3D de edifícios planejados é muitas vezes chamada de simulação de construção. Como o tempo do parâmetro é muitas vezes ausente nessas visualizações, não é inteiramente correto rotular uma simulação. A simulação de edifícios representa aspectos diferentes, como o desempenho energético de um edifício, os padrões de movimento ou a exploração interativa de um modelo virtual de um edifício. O tempo do fator, que é importante na simulação, torna-se mais aparente na escala urbana. Por exemplo, uma simulação de transporte e mobilidade, de mudanças no valor da terra, de densificação ou qualquer outra mudança ao longo do tempo. Na escala territorial, uma simulação é usada para representar o crescimento de redes de cidades, a migração de pessoas ou o fluxo de material e informação através dos continentes. Simulação só é possível imitar fenômenos que são capazes de quantificar ao longo do tempo. Os simuladores de cidades são geralmente simulações baseadas em agentes com representação explícita para uso e transporte de terra. Nessas simulações, os agentes podem representar indivíduos isolados ou um grupo de pessoas. Estes modelos são implementados para prever eventos da vida real e fenômenos como comportamentos de multidão no espaço urbano. Outros tipos de simulações de cidades podem representar as condições físicas ao longo do tempo, como o clima urbano. Devido ao aquecimento global e ao fato de as áreas urbanas absorverem e reterem significativamente mais calor do que as áreas rurais, a conscientização sobre como projetar de acordo com o ambiente e o clima está aumentando. Isso traz demandas adicionais no planejamento e na concepção de empreendimentos urbanos. Entender e, sobretudo, ser capaz de prever e manipular microclimas urbanos pode ajudar a melhorar aspectos sobre a atividade dos pedestres e sobre o desempenho dos edifícios, especialmente no que diz respeito ao consumo de energia. Neste contexto, a simulação dos diferentes aspectos dos microclimas urbanos desempenha um papel importante. Isso envolve a partir da representação complexa de padrões de fluxo de vento para a simples simulação de sombra gerada por edifícios. Na prática de construir edifícios únicos ou cidades completas, especialmente na fase de concepção e tomada de decisão, a simulação é utilizada para confirmar desejos ou resultados antecipados, o que pode ser questionável. Na fase de construção e manutenção de um edifício ou parte da cidade, a simulação torna-se mais popular, talvez porque há menos parâmetros indefinidos a observar, e a precisão e confiabilidade dos resultados da simulação aumenta. Estas fases do ciclo de vida dos edifícios e das cidades são de grande interesse, pois produzem dados e informações de grande valor. Os padrões urbanos são a expressão física de características específicas de assentamento. Eles diferem amplamente em todo o mundo, determinado por características diferentes, como clima, cultura ou história. Os padrões urbanos podem ser desenvolvidos e mudar ao longo do tempode acordo com as forças que moldam a cidade. A simulação destes padrões apoia o melhor entendimento do aumento do conhecimento dos diferentes sistemas em uma cidade. Para concluir, a simulação é a imitação da operação de um processo ou sistema do mundo real ao longo do tempo. No design urbano, a simulação está ganhando importância na exploração de cenários futuros em movimentos de pedestres, mobilidade de veículos, microclima urbano ou alternativas de uso da terra. Além disso, no planejamento territorial, a simulação ajuda a prever o funcionamento de grandes operações de transporte ou fornecimento de energia. PLATAFORMA DE SIMULAÇÃO, FCL SINGAPORE A Plataforma de Simulação como parte de um Laboratório de Cidades Futuras. Para apoiar o processo de projeto urbano para simulações, uma plataforma de simulação é necessária. A Plataforma de Simulação oferece uma infraestrutura para a aquisição e armazenamento de dados urbanos, bem como para a concepção, modelagem, visualização e análise de futuras cidades. Consiste em um espaço físico com o hardware mais recente, dispositivos de interação homem-computador intuitivos e componentes de software. A Plataforma de Simulação ajuda a identificar e quantificar os componentes de uma cidade para funções e conexões. O objetivo geral é informar o projeto urbano e os processos de tomada de decisão com novas técnicas e abordagens para modelagem de simulação e visualização para sustentabilidade urbana. O Módulo de Simulação no Future Cities Laboratory desenvolve ferramentas de software, juntamente com o pipeline de simulação que vai desde a aquisição de dados urbanos, modelagem de informações urbanas, simulação de comportamento e organização de visualização. A pesquisa concentra-se na integração perfeita de ferramentas para permitir um ciclo de evolução de projeto fechado e expansão de capacidades. As cidades produtoras são sistemas altamente dinâmicos e complexos que compreendem várias dimensões, tais como dimensões sociais, culturais e econômicas. O processo de planejamento colaborativo é necessário para lidar com essa complexidade e beneficiar da participação das partes interessadas. O Value Lab Asia foi, portanto, projetado e implementado como um ambiente colaborativo para o planejamento e projeto urbano participativo, a comunicação com as partes interessadas ea visualização da informação. Está equipado com uma parede de vídeo de 33 megapixels, três monitores grandes com interfaces de toque, projetores e amplas capacidades de videoconferência. O Value Lab Asia atua como uma plataforma de simulação interativa, front-end, de dois bits e, assim, aumenta o potencial colaborativo durante as oficinas de design urbano, permitindo explorações de modelos iterativos para interações diretas na tela. Esta Plataforma de Simulação possibilita a visualização de estoques e fluxos e valores no espaço, como a mudança de material ao longo do tempo, demandas de energia, carros e ônibus nas redes de rua e o fluxo de ar em torno dos edifícios. No seguinte, devemos introduzir fisicamente ferramentas parte do pipeline de simulação. A plataforma de simulação permite a coleta e armazenamento de dados, aumentando continuamente a quantidade de dados sobre a cidade. Estes dados provêm de várias fontes, geradas por milhares e logo por milhões de infraestrutura em sensores móveis, incluindo medidores de pulso e telefones inteligentes usados pelos cidadãos. Técnicas de fotogrametria são usadas para reconstruir modelos em 3D das cidades a partir de uma ampla gama de dados, como imagens de satélite, imagens de veículos aéreos não tripulados e varredura laser móvel. A seguir, queremos demonstrar duas ferramentas de simulação e visualização em apoio ao planejamento urbano. A primeira ferramenta apresentada aqui é uma ferramenta interativa de simulação pedonal para arquitetos e designers urbanos para prever o impacto de um projeto proposto sobre fluxos pedestres. Os agentes virtuais estão navegando entre fontes definidas pelo usuário e sumidouros. As decisões de escolha de rota de agentes individuais dependem da percepção visual do ambiente construído. Os planejadores urbanos podem editar o layout do prédio a qualquer momento para estudar como as mudanças no projeto alteram os volumes e níveis de fluxo em áreas urbanas específicas. A segunda ferramenta que apresentamos aqui é uma visualização interativa de rede de transporte público. Esta ferramenta exibe o tempo de viagem de origens selecionadas para todos os outros destinos em Cingapura. Depois de selecionar uma origem de viagem, calcula o tempo de viagem para cada estação. No canto superior direito, a distribuição de distância das estações é exibida. E o combustível alternativo exibe os caminhos mais curtos. Isso indica o número de viagens mais curtas para cada link. Apresentamos nesta palestra a plataforma de simulação implementada no Future Cities Laboratory. Ele fornece o Value Lab Asia como front-end participativo para a plataforma de simulação e várias ferramentas de software ao longo do pipeline de simulação. Uma força-chave das ferramentas de simulação demonstradas é o ciclo de evolução do projeto fechado que permite aos planejadores urbanos testar vários cenários em ambientes cada vez mais variados SISTEMAS COPLEXOS Um Sistema Complexo (SC) é um conjunto de unidades que interagem entre sí e que exibem propriedades coletivas emergentes. Trata-se de uma área de pesquisa muito ativa e mescla física, matemática, biologia, sociologia, e outras áreas de pesquisa. Para Redes Complexas, que pode ser vista como um pequeno grupo da grande área chamada de sistemas complexos. INTRODUÇÃO Um sistema é dito ser um Sistema Complexo (SB) quando suas propriedades não são uma consequência natural de seus elementos constituentes vistos isoladamente, adicionando ponto de vista de [1], sistemas complexos são sistemas que são compostos de várias partes que interagem com a habilidade de gerar novas qualidades no comportamento coletivo na "dimensão visível" através da auto-organização, por exemplo, formação espontânea temporal, espacial, ou mesmo funcional de estruturas [nota 1]. Como exemplo de um sistema complexo tome o código genético, através da transformação do genótipo para o fenótipo. Em [2], um exemplo mais fácil é discutido, considere vários elementos que podem tanto aproximar dos dois vizinhos mais próximos ou afastar dos outros, um círculo aparece. Como o mesmo autor destaca, não há segredo, o sistema somente maximiza a área da figura a formar e minimiza a distância do vizinho mais próximo [nota 2]. Um segundo exemplo, aparentemente de fácil acesso [nota 3], pode ser achado em [3]; ver imagem do mesmo ao lado. Usando argumentação de [4], este é um sistema complexo devido ao fato de que a interação gera "o que não se diz", não existe uma regra dizendo para convergir. Estas propriedades são chamadas de propriedades emergentes ou mesmo comportamentos emergentes. ORIGEM DAS PROPRIEDADES EMERGENTES As propriedades emergentes de um sistema complexo decorrem em grande parte da relação não-linear entre as partes. Costuma-se dizer de um sistema complexo que o todo é mais que a soma das partes. Exemplos de sistemas complexos incluem sistemas sociais (redes sociais), biológicos (colônias de animais) e físicos (clima). Áreas intimamente relacionadas a sistemas complexos são a teoria do caos e sistemas multiagentes, e um embasamento teórico e filosófico para estes sistemas é encontrado no estudo da complexidade. PROPRIEDADES DOS SISTEMAS COMPLEXOS Unidade Coletiva Um Sistema Complexo é composto por um conjunto de partes conectadas por alguma forma de inter-relação entre elas. Assim, para caracterizar um sistema é necessário não somente conheceras partes, mas também os modos de relação entre elas. Isto gera um fluxo de informações não triviais de se investigar, com uma série de consequências e propriedades emergentes. As partes, conectadas por uma rede de relações, geram conjuntamente uma Unidade Coletiva comumente chamado Sistema. Molécula, célula, ecossistema, cidade, colônia de formigas, cérebro, computador, ser humano, cidade podem ser considerados como um sistema ou unidade coletiva. Cada sistema possui suas regras internas, e um elemento ao ser inserido no sistema fica sujeito as leis próprias desse sistema. Um estrangeiro ao entrar em um país fica sujeito a jurisdição deste país, uma proteína ao ser absorvida por uma célula fica sujeita a dinâmica da célula e assim por diante. Organicidade Funcional Em um Sistema Complexo cada subsistema possui um processamento interno de informações (ou processamento algorítmico), de modo que ocorre uma relação funcional entre os subsistemas. Porém, pode acontecer também Sistemas Complexos em que cada parcela (subsistema) possui o mesmo algoritmo de processamento interno e, mesmo assim geram-se propriedades coletivas complexas. Pode-se então considerar que um Sistema Complexo é um conjunto de partes ou subsistemas com processamentos internos singulares, conectadas entre si, de modo que formam uma unidade coletiva com uma dinâmica própria e com propriedades emergentes. Propriedade emergente As interações entre as partes de um Sistema Complexo criam um padrão coletivo chamado propriedade emergente. Estas propriedades consistem uma exteriorização do Sistema Complexo. Em outras palavras, a dinâmica das partes em uma escala de relação produz uma propriedade emergente em um nível mais alto de escala. Multi-escalas Assim, no estudo dos Sistemas Complexos ocorrem sistemas interagindo com outros sistemas, de modo a formar Sistemas mais amplos em escalas e com propriedades emergentes. Tal processo ocorre em escalas progressivamente mais amplas ou mais restritas, ou seja, ocorrem expressões de sistemas em multi-escalas. Cada escala possui as suas próprias leis. Por exemplo, em um gás ideal, cada átomo interage com os outros átomos com colisões elásticas, isto gera uma propriedade coletiva onde o conjunto dos átomos é descrito pela Lei de Clapeyron (PV=nRT). Outro exemplo: em um órgão, o conjunto de seus tecidos possuem uma dinâmica de inter-relacional própria, enquanto as células da qual elas são formadas, possuem outros formas de leis de interação (algoritmos diferentes). Porém deve-se ressaltar que as escalas são correlacionadas, de modo que alterando-se uma, modificam-se as outras de maneira não-linear. EXEMPLOS • Política e sociologia[5] • Redes de recursos Transições de fase em sistemas complexos Sistemas complexos são capazes de exibir transições de fase, mudanças de cenários macroscópicos, quando algum parâmetro de controle é alterado Sistemas complexos são estudados pelas seguintes áreas A área de sistemas complexos é formada por diversas áreas do conhecimento, ou então, pode ser considerado que diversas áreas do conhecimento trabalham com sistemas com características complexas. Algumas áreas são: • Auto-organização • Autômatos celulares • Cibernética • Complexidade • Computação científica • Dinâmica não-linear • Geometria fractal • Inteligência artificial • Nanotecnologia • Pensamento sistêmico • Percolação • Redes • Redes Complexas • Teoria do caos • Teoria da catástrofe • Complexidade computacional • Teoria da evolução • Teoria da informação • Teoria geral dos sistemas • Teoria semiótica da complexidade • Sistemas dinâmicos • Sistemas adaptativos complexos • Biologia sistêmica • Redes de Transcrição (genética)
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