Historia Jednego Projektu. Dongdaemun Design Plaza.

W cyklu Historia Jednego Projektu przybliżymy Wam proces powstawania projektów opartych o metody parametryczne, BIM, open source. Zaczniemy od flagowego projektu biura Zaha Hadid Architects w Korei.

Dongdaemun Design Plaza (DDP) to pierwszy projekt publiczny w Korei, którego proces projektowy i budowlany w pełni opierał się na technologii BIM i szerokej gamie narzędzi cyfrowych. Jako główną zasadę projektową przyjęto skomplikowaną sieć zależności przestrzennych, społecznych i środowiskowych. Taka baza parametrów/danych stała się podstawa do projektu i pozwoliła w optymalny sposób określić rozwiązania przestrzenne-programowe, inżynierskie. Użycie technologii BIM ułatwiło wymianę informacji pomiędzy poszczególnymi branżystami i architektami.

Dzięki użyciu nowoczesnych technologii udało się przetłumaczyć skomplikowany język/manierę projektu koncepcyjnego na projekt budowlany oraz na szybka koordynacje z inżynierami, architektami krajobrazu i innymi specjalistami. Model parametryczny nie tylko uwydatnił prace ale pomógł podejmować decyzje projektowe oparte na symulacjach i modelach (nie tylko tych trójwymiarowych, ale tez i kosztów, użycia materiału, czasowych) oraz o tym jak budynek będzie pracował i zachowywał się w różnych warunkach klimatycznych i eksploatacji.

BIM-owski model pozwolił na szybkie wprowadzania zmian i poprawek do projektu wynikających z nieznanych wcześniej właściwości działki, prawa miejscowego, kontroli jakości i kosztów. W porównaniu z tradycyjnym zarządzaniem, zespół projektowy mógł lepiej kontolować projekt i detale, sprawdzać je z większą precyzja, umożliwając klientowi i branżystom czy wykonawcy lepsze zrozumienie projektu  kontrole nad nim.

Fabrykacja paneli

System paneli elewacyjnych to doskonały przykład takiego procesu. Największym wyzwaniem było stworzenie takiego systemu, który pozwoli pokryć fasadę 45,133 panelami o różnych wymiarach i różnym stopniu zakrzywienia. Było to przede wwszystkim możliwe dzięki zastosowaniu modelowania parametrycznego i zaawansowanego sposobu fabrykacji oraz rozwinięciu nowej technologii produkcji paneli.  Pozwolę sobie na mała dygresje. Jedni mogą patrzeć na ponad czterdzieści sześć tysięcy paneli na kaprys architekta, bo i tak był. Nie wolno jednak zapominać, ze dzięki takim kaprysom powstają nowe rozwiązanią i sposoby fabrykacji/produkcji, z których później korzystają inni architekci. Chodzi o przesuwanie granic i możwliości technologicznych.

Typologie i rodziny paneli. Użycie na elewacji.

Podczas procesu budowlanego, układ paneli był ciągle zmieniany, zależny od rozwiązań inżynierskich, uwzględniając kolejne czynniki, które pozwoliły na to, że sam proces montażu skrócił się i był dużo tańszy.

Projektant: Zaha Hadid Architect
Konsultanci i wykonawcy:
Elewacja: Group 5F, MAC M&C
Geometria i projekt fabrykacji: Evolute

Symulacja budowy.Navisworks.

Nasi znajomi z biura Akurat pokazali nam ciekawy program do symulacji procesu budowlanego. Navisworks Autodeska jako aplikacja pracująca w technologii ułatwia uniknąć błędów i niedopatrzeń zanim zacznie się budowa!

Symulacja powstaje w czasie rzeczywistym.

Wcześniej wspominaliśmy o roli jaką odgrywa i odgrywać będzie BIM w procesach projektowych i budowlanych. Navisworks to dowód na szeroki wachlarz możliwości technologii BIM.

Nowa wersja łatwo wykryje błędy projektu, np. tam gdzie instalacja sanitarna przecina się z belką czy dukty przebijąją dach a potem ponformuje o tym członków zespołu projektowego, w tym branżystów.

Pozwala nam ona też na nawigację wewnątrz budynku, tworzenie harmonogramu budowy i kalendarza prac, opracowywanie kosztorystu

Jak mówią nasi koledzy z biura Akurat : „Kilo papieru kosztuje mniej niż kilo stali”. Chyba warto zaintwestować w oprogramowanie i rozwiązanie większości problemów przed rozpoczęciem budowy.

Roboty. Ramię KUKA

Podczas jednej z wielu dyskusji na AA DRL wywiązała się ostra dyskusja pomiędzy Patrikiem Schumacherem a Christosem Passas na temat możliwości i potrzeby zastąpienia robotników robotami. Dzięki robotom moglibyśmy przecież wyeliminować błędy i niedokładności, które mogą negatywnie wpłynąć nie tylko na estetykę (np. łączenia paneli GRFC) ale także na elementy konstrukcyjne.

Roboty dawno zastąpiły już ludzi przy wielonakładowej produkcji w fabrykach, w budownictwie procesy budowlane są wspomagane przez maszyny i komputery- zaczynając od oprogramowania do modelowania, rysowania, przygotowywania kosztorysów aż po spycharki, żurawie... Ciągle jednak obecność człowieka, który kontroluje czy prowadzi taką maszynę jest niezbędna. W tym sensie procesy projektowe są dużo bardziej nowoczesne niż budowlane. Od niedawna na rynku zaczynają się jednak pojawiać roboty, które pomagają budować, szczególnie obiekty gdzie precyzja jest elementem kluczowym powodzenia całości.

KUKA to niemiecki producent robotów, jego historia sięga końców XIX wieku, ale dopiero w latach siedemdziesiątych udało im się wyprodukować ramię które może działać w sześciu osiach. Od niedawna instytucje badawcze, programiści, architekci i uniwersytety zaczynają interesować się tą technologią.

Ze współpracy pomiędzy laboratoriami KUKA, Rhinoceros y Grasshopper powstała wtyczka KUKA/prcm, która nie tylko pozwoli projektantom kontrolować roboty ale również symulować procesy fabrykacji. Przejrzysty interfejs Grasshoppera ułatwić ma projektantom pracę.

Dziś ramię KUKA stosuje się głównie przy produkcji paneli elewacyjnych o skomplikowanej geometrii i rysunku. Wieloosiowe ramię KUKA CNC Milling rzeźbi i wycina elementy z bloku materiału, tak aby powstał unikatowy panel. Ten proces jest jednak jedynie próbą zmierzenia się z problemami architektury w warunkach fabryki czy laboratorium

Ciekawsze wydaje się użycie go do samej produkcji i montażu (czy budowy) struktury obiektu. Od prawie 10 lat Gramazio & Kohler prowadzą na ETH w Zurychu zajęcia z fabrykacji i projektowania cyfrowego.  W projekcie Spacial Aggregation skonstruowali pawilon-instalacje, w której wszystkie procesy projektowe i budowlane kontrolowane były przez algorytmy. 4.5 metrowej wysokości struktura zbudowana jest z 93 belek drewnianych. Cięcie, łączenie, wiercenie otworów i sama konstrukcja była procesem całkowicie zrobotyzowanym. Ograniczenia projektu czyli dane procesu fabrykacji takie jak długość belek, kąty, sposoby łączenia elementów zostały wcześniej dokładnie zdefiniowane. Zanim rozpoczęła się produkcja, sekwencja cięcia czy montażu została zsymulowana na ekranie komputera, dzięki czemu udało się uniknąć nieprzewidzianych wcześniej problemów.

Bez wątpienia to dopiero początek przygody architektury i robotyki. Nowe technologie mogą przyśpieszyć procesy projektowe i budowlane, obniżyć koszty budowy a dzięki symulacji uniknąć błędów konstrukcyjnych. Kolejny raz pojawia się pytanie o rolę architekta.

Zdjęcia i projekt.Gramazio & Kohler, Architecture and Digital Fabrication, ETH Zurich Współpracowali: Michael Knauss, Luka Piskorec

Studenci: Marisa Brunner, Christian Grewe Rellmann, Rossitza Kotelova, Enrique Ruiz Durazo, Andreas Thoma

BIM- Jak działa ludzkie ciało?

Grupa inżynierów w brytyjskiej firmie ARUP podjęła ambitne wyzywanie wytłumaczenia dlaczego praca w systemie BIM jest taka ważna i jakie mogą być tego korzyści. Używając coraz bardziej popularnej technologii BIM  wymodelowali ciało ludzkie.

Projektanci prowadzący Projekt OVE postanowili zaprezentować swoją pracę na ostatniej konferenecji organizowanej przez Autodesk w Wielkiej Brytanii. "Naszym pomysłem było pokazanie budynku, który ma formę ciała ludzkiego a część techniczna tego ciała to narządy wewnętrzne " wyjaśnia Casey Ruthland z Arupa.

Instalacje HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja) to płuca i układ oddechowy, instalacje elektryczne to system nerwowy itd. Jasne, że na początku podeszliśmy do tego z przymrużeniem oka. Nie spodziwaliśmy się tak daleko idących rozwiazań! Casey mówi, że rozwiązania konstrukcyjne oparte są na projekcie londyńskiego Gherkina musiały zostać jeszcze raz przemyślane i unowocześnione. Siatka konstukcyjna została zaaplikowana na wcześniej zeskanowany model ludzkiego ciała.

Potrzebowaliśmu siedmiu tygodnii, żeby zbudować model od podstaw, ostatecznie udało nam się uchwycić sposób myślenia architektów i inżynierów pracujących w Arupie. Gdy zaprosiliśmy inżynierów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo pożarowe nie spodziewaliśmy się, że po przeprowadzeniu testów na ruchy powietrza i dymu w ciele zaproponują system tryskaczy, który sprawił że nasz obiekt się poci! Nasi specjaliści od elewacji sprawdzili jak skóra zachowuje się w różnych strefach klimatycznych.

Podczas pracy nad projektem architekci i inżynierowie natknęli się na wiele przeszkód, najtrudniejsze do pokoniania były:

• zachować geometrię anatomii ciała ludzkiego,
• odtworzyć pracę wszystkich systemów ciała ludzkiego,
• zdecydowanie które elementy mogą być potem użyte w rzeczywistych projektach

Inżynierowie Arupa wspominają, że zespół nauczył się wiele, ale przede wszystkim rozwinął technologię, które mogą być zastosowane w przyszłych projektach. Podczas modelowania poszczególnych systemów używali dobrze sprawdzownych metod jako podstawy, ale musieli je udoskonalić i sprawić, że są bardziej elastyczne, pozwalają na szybsze i bardziej złożone zmiany oraz na łatwiejszą wymianę informacji pomiędzy branżami. Podczas pracy nad systemem wentylacji wprowadzili parametry, które pozwoliły mu między innymi uczyć się i reagować na zmiany- algorytm, sam dostosowywał wielkości duktów wentylacyjnych, poziom hałasu itd. Udało się dzięki temu zaoszczędzić dużą ilość czasu i pieniędzy.

To kolejny krok w stronę mądrych (smart) budynków i optymalizacji pracy architektów i inżynierów.

Artykuł powstał na bazie magazynu Construction Manager.

Pierwsze Warsztaty w Gdańsku. Zapraszamy!

NURBS kontra Mesh

Teraz Rhino jest w modzie.

Kiedy mówię Rhino, mówią: acha teraz już Max nie jest modny, a tyle się go uczyłem. Chyba trzeba wyjaśnić różnicę pomiędzy oprogramowaniem opartym na polygonach (meshu) i na nurbsach.Od dłuższego już czasu tłumaczę, albo staram się tłumaczyć, to na analogicznym przykładzie jakim jest Illustartor i Photoshop, mimo, że wydaje się, że są podobne działają na całkwicie innych zasadach, jeden oparty jest na krzywych drugi na rastrach. Tyle słowem wstępu.

Co to jest CGI? I co to jest mesh?

Computer-generated imagery to elementy grafiki komuterowej użytej w filmach, grach komputerowych, reklamach, zdjęciach; mówiąć CGI myślimy głównie o efektach specjalnych czy fantastycznych postaciach. Zwróćmy uwagę, że ideą CGI jest wirtulaność, założenie, że projekty pozostają w świecie wirtualnym.

Mesh to sposób opisywania geometrii za pomocą siatki wieloboków zwykle opartej na trójkątach lub kwadratach. Obiekty trójwymiarowe łatwo można poddać modyfikacjom i deformacjom. Modele oparte na meshu łatwo reprezentują skomplikowane geometrie (?) tj. części ciała, rośliny, krajobrazy.

Programy, które opierają się na meshu to np, 3dMax, Maya, Blender. Podczas eksportowania do innych programów otrzymujemy siatkę złożoną z krótkich linii.

Co to są NURBS? 

Znów z angielskiego Non-Uniform Rational B-Spline to kolejny sposób opisywania geometrii tym razem za pomocą krzywych lub powierzchnii przy pomocy kilku punktów kontrolnych. W związku z tym, że wszystko oparte jest na krzywych i punktach jest to sposób łatwy w kontroli i precyzyjny. Podczas eksportowania nurbsów do innych programów otrzymujemy linie (polylines i splines) oraz powierzchnie.

Cała geometria w prosty sposób może być zmienionia, musimy jedynie zmienić kształy czy profil krzywej wyjściowej.
Do modelowania NURBS użyjemy Studiotools, Mol... i oczywiście Rhino :)

Po prawej krzywe wyjściowe do konstrucji modelu ucha, po lewej gotowy model z widocznymi krzywymi pierwotnymi i wtórnymi (isocurves) powstałymi w czasie modelowania.

Dlaczego lepiej używać geometrii typu NURBS w modelowaniu architektury?

• Pozwalają łatwiej kontrolować geomterię, 
• Możemy eksportować linie (np. całe przekroje i  rzuty) do innych programów, 
• Łatwo upewnić się, że nie tworzymy geometrii, która ma krzywe drugiego i wyższych stopnii
• Całą geometrię musimy skonstruować, a proces przypomina budowę.

PS. Czytając artykuły tłumaczące różnicę pomiędzy NURBS i Polygons natknąłem się na jedno ciekawe spostrzeżenie. NURBS służą do konstruowania a Polygons do rzeźbienia. :)