Warsztaty Badawcze Architektura Parametryczna Edycja III- relacja

Miejsce:

Politechnika Gdańska, Wydział Architektury

Termin:

12, 13, 26, 27 kwietnia, 10, 11, 24, 25 maja 2014

Organizatorzy jednocześnie tutorzy:

Doktoranci Wydziału Architektury Politechniki Gdańskiej

mgr inż. arch. Jan Cudzik

mgr inż. arch. Kalina Juchnevič

mgr inż. arch. Robert Juchnevič

Student studiów magisterskich Wydziału Architektury Politechniki Gdańskiej

inż. arch. Kacper Radziszewski

Naukowiec z Wydziału Architektury z Chalmers University of Technology (Szwecja)

dr inż. arch. Małgorzata Zboińska

Tegoroczne warsztaty badawcze były trzecią edycją popularyzującą i sprawdzającą wiedzę z zakresu projektowania algorytmicznego studentów Wydziału Architektury Politechniki Gdańskiej. Podobnie jak we wcześniejszych wydaniach warsztatów do pracy nad projektem zostali zaproszeni wybrani studenci wszystkich lat studiów inżynierskich i magisterskich. Każda przeprowadzana edycja różniła się od siebie pod względem tematyki i przyjętych rozwiązań. Dwie pierwsze edycje były warsztatami weekendowymi. Obecna trwała 8 tygodni, w trakcie których odbywały się spotkania co dwa tygodnie. Efektem pierwszych warsztatów były struktury przestrzenne zaprojektowane z wykorzystaniem technik modelowania algorytmicznego i wykonane z kartonu wycinanego laserowo. Drugie warsztaty zaowocowały instalacją przestrzenną umieszczoną na dziedzińcu Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki, która została zbudowana z 383 jednakowych kartonów, na podstawie instrukcji montażu wygenerowanej za pomocą algorytmu komputerowego. Instalacja architektoniczna będąca wynikiem tegorocznych warsztatów została zrealizowana w holu głównym Wydziału Nanotechnologii Politechniki Gdańskiej.

Uczestnicy warsztatów otrzymali zadanie zaprojektowania dowolnej formy przestrzennej. Zaproponowane organiczne struktury były analizowane pod kątem wykonalności z płaskich elementów. Struktura ostatecznie wybrana do realizacji cechowała największą kubaturą oraz najmniejszym zużyciem materiału. Konstrukcja struktury była oparta na swobodnie zakrzywionej powierzchni, na którą została zrzutowana siatka sześciokątów. Następnie każdy sześciokąt siatki został poddany optymalizacji tak, aby stanowił płaski element. W dalszej kolejności projekt został przygotowany do fabrykacji za pomocą frezarki CNC.

Struktura została zaprojektowana z zastosowaniem oprogramowania Rhinoceros, oraz nakładek: Grasshopper 3d, Lunchbox i Kangaroo. Powstały dwa niezależne algorytmy. Pierwszy odpowiadał za stworzenie formy, jej podział na panele, planaryzację oraz stworzenie łączników. Drugi algorytm wykorzystywał diagram Woronoja, generując perforację, która miała za zadanie zmniejszyć ciężar paneli. Następnie całość została przygotowana do frezowania z najbardziej optymalnym rozkładem elementów na arkuszach. Przed wybudowaniem forma została poddana komputerowym analizom konstrukcyjnym, które wykazały nieznaczne ugięcie instalacji.

W efekcie powyższych działań powstała struktura zbudowana z 28 sześciokątnych paneli, wyciętych z 10 płyt sklejki o wymiarach 2500 na 1250 mm. Panele połączono ze sobą przy użyciu 180 sztuk zawiasów budowlanych oraz 1440 sztuk nakrętek i śrub. Zrealizowana instalacja potwierdza, że projektowanie algorytmiczne umożliwia projektowanie i realizację struktur przestrzennych o złożonej geometrii, które byłyby trudne do wykonania z wykorzystaniem tradycyjnych technik.

Od 4 do 13 lipca naszą instalację można oglądać podczas Gdynia Design Days, zapraszamy!

http://gdyniadesigndays.eu/

Fasady Responsywne II

Autor: Aleksander Świątek

Projektowanie w Grasshopperze pozwala na uzależnienie dowolnej cechy projektowanej przez nas geometrii od jednego lub wielu parametrów. Przez parametry rozumiem tutaj dosłownie wszystko co zdołamy zapisać za pomocą zera i jedynki. Jedynym ogranicznikiem jest nasza wyobraźnia i wszechświat, bądź przenikające się wszechświaty jak sądzą niektórzy.

Aplikacja ta funkcjonuje wg. prostego schematu który bym opisał jako:

INPUT – RULE – OUTPUT

bądź:

DANE WEJŚCIOWE – ZASADA – DANE WYJŚCIOWE.

Dzięki takiemu systemowi i algorytmicznemu charakterowi oprogramowania w każdym momencie możemy modyfikować parametry bądź dodawać/odejmować zasady w naszym algorytmie tym samym wpływając na ostateczną wynik. Oznacza to że nasza geometria może się zmieniać w zależności od takich czynników jak np. kierunek padania promieni słonecznych, pora dnia, zorientowanie względem stron świata itd.

Uwzględniając Strategię Zrównoważonego Rozwoju i rosnącą świadomością, że w coraz większym stopniu nasze działania mają wpływ na funkcjonowanie planety, architekci coraz częściej projektują z myślą o minimalizowaniu kosztów energetycznych budynków. Bardzo często te działania sprowadzają się do inwestycji długoterminowych, w których początkowy wysoki koszt ma w przyszłości zwrócić się z nawiązką. Kluczową rolę odgrywają tutaj nowe technologie i metody projektowania cyfrowego.

Al Bahar Tower/Aedas

Fasady responsywne (ang. Responsive facades) to stosunkowo świeży temat w architekturze, który jednak ma przed sobą szerokie perspektywy w obliczu obecnego tępa postępu technologicznego.

Łatwo sobie wyobrazić że takie systemy mogą być sterowane również selektywnie przez nas samych tym samym pozwalając na doświetlenie tylko wybranych pomieszczeń w budynku

Fasady responsywne odpowiadają na warunki środowiskowe w czasie rzeczywistym i działają niezależnie- nie potrzebują są kontrolowani człowieka. Wcześniej zostały tak zaprogramowane, żeby automatycznie odpowiadały na zmiany nasłonecznienia, kierunku wiatru czy opady.

Poniżej krótka sekwencja poklatkowa, która ilustruje jak zmieniają się otwarcia w elewacji prostej formy geometrycznej.  

Skrypt na podstawie którego działa powyższe ćwiczenie.

Jeśli interesuje szukacie więcej informacji o fasadach responsywnych podajemy kilka linków do najbardziej znanych przykładów ze Świata:

http://www.arcspace.com/features/soma/one-ocean/

http://www.archdaily.com/270592/al-bahar-towers-responsive-facade-aedas/

http://www.greatbuildings.com/buildings/L_Institut_du_Monde_Arabe.html

Co nieco o atraktorach i nie tylko…

Autor: Aleksander Świątek

Pamiętaci jak we wcześniejszym poście pisaliśmy o ramieniu KUKA i laboratorium Gramazio &Koehler z ETH w Zurychu. Cieszył się on ogromnym zainteresowaniem, dlatego postanowiliśmy rozwinąć ten temat i wytłumaczyć Wam jak to działało w warstwie koncepcyjnej.

Grasshopper to potężna aplikacja której jedną z największych zalet jest możliwość uzależnienia dowolnej cechy geometrii, którą projektujemy od dowolnego innego czynnika. Program poza tymi, które pewnie architektom od razu przychodzą do głowy jak rozmieszczenie obciążenia, podstawowe wymiary spotykane w produkcji mebli czy kierunek padania promieni słonecznych takimi czynnikami, może być właściwie wszystko co uda nam się zapisać w postaci 0 i 1. Można zatem naszą geometrię uzależnić od ruchu odczytywanego przez kamerkę w naszych laptopach czy nawet dźwięku, który odbierają głośniki naszego PC.

Dodatkowo warto zwrócić uwagę na super komunikację Grasshoppera oraz Rhinocerosa. Dzięki możliwości ‘podpięcia’ geometrii z Rhinocerosa do Grasshoppera, możemy bardzo szybko modyfikować nasz obiekt, a ilość efektów końcowych jest praktycznie nieograniczona. Co ważne, można to robić niewiarygodnie szybko i już nie bezpośrednio wpisując, bądź odczytując wartości liczbowe, ale poruszając, przeciągając i rozciągając naszą geometrię w Rhino.

Oto 1-szy przykład z serii. Ścianka ze standardowych cegieł jednak dosyć nietypowa. Położenie każdej z cegieł jest zmodyfikowane o obrót w jej płaszczyźnie horyzontalnej uzależniony od odległości danej cegły od krzywej/punktu.

Ten prosty skrypt pozwala nam na uzyskanie nieskończonej ilości możliwych efektów końcowych.
Ponieżej sekwencja i wyniku przy dwóch róźnych zestawach parametrów.

Aleksander Świątek, był jednym z projektantów i budowniczych Pawilonu P^3. Na codzień studiuje na Politechnice Łódzkiej i skryptuje. W lipcu (21-23) współprowadzi łodzkie warsztaty Architektura Parametryczna w Łódzkim Parku Technologicznym. Infomacje pod warsztaty.lodzkie@gmail.com

Więcej info pod:

http://www.archdaily.com/336849/5-robots-revolutionizing-architectures-future/

http://www.arch.mcgill.ca/prof/mellin/2010arch304/finalreview/eric/precedents.html

TWOFOUR54 UN Studio/ Historia Jednego Projektu

Projekt

TWOFOUR54 to propozycja holenderskiego UN Studio dla arabskiego miasta Abu Dabi zaprezentowana w 2009 roku. Dziś opowiemy nieco więcej o procesie projektowym.

Kompleks składa się z z trzech kwartałów E, H i L oraz z budynku pomocnicznego D, które mieszczą studia transmisyjne i nagraniowe, centrum handlowe i sklepy, hotel, szkołę, biura oraz mieszkania. W podziemiu zaproponowano parking. Nad kwartałami H i L zaproponowane zostały dwa wieżowce zorientowane w kierunku zachodnim, natomiast wieża nad kwartałem E, która mieści hotel, mieszkania w kierunku południowym.

Geometria wieżowców

Pięć sposród sześciu wieżowców ma podobną zasadę geometryczną opartą na symetrii elewacji i ramy, która składa się z czterech warstw wierzchniej, spodniej i dwóch bocznych połączonych zakrzywioną powierzchnią. Mają one różny stopień nachylenia, który zależy od programu i zasad estetycznych projektu. Połączenie pomiędzy częścią centralną wieżowca a elewacją to stożkowate przedłużenie ramy.

Ukierunkowanie wieżowców oraz wykorzystanie idei zamkniętej ramy dla elewacji wystawionych na silne działanie promieni słonecznych przynosi wiele korzyści energetycznych. Geometria północnych, wschodnich i zachodnich elewacji określona jest za pomocą linii, która dzieli szklane elementy na dwie części obrócone w stałej odległości od osi z. Dzięki zastosowaniu technologii trójwarstwowej fasady południowa elewacja działa jak łamacze światła, przepuszcza jedynie 25% promieniowania  co zmniejsza nagrzewanie się wnętrza i poprawia komfort użytkowników.

Z pozoru proste rozwiązania oparte są na szeregu złożonych zależności geometrycznych pomiędzy wartościami architektonicznymi i technicznymi, takimi jak dziłające siły i momenty w konstrukcji, makysmalna i minmalna głębokość pomieszczeń, wysokość i położenie instalacji (w tym szybów widnowych i klimatyzacji) oraz rozbudowany program architektoniczny. Wynkiem czego jest zbiór parametrów, który określa zagięcia, kąty, wysokości etc.

Model Parametryczny

Wstępna strategia.

Decyzja od powstaniu modelu parametrycznego (pięć lat temu!) miała przynieść wiele korzyści finansowych oraz pozwolić na pełną kontrolę i potencjalne zmiany w projekcie w szybki i skuteczny sposób. Pozwolił on przetestować wiele możliwych konfiguracji budynku, które brały pod uwagę (jako parametry) powierzchnię użytkową, wysokości kondygnacji czy położenie trzonów budynku. W rezultacie dało to  wiele interesujących rezultatów, które pozwoliły rozwiązać projekt w sposób optymalny.

Początkowe założenie użycia tej samej strategi projektowej dla pięciu wieżowców oraz model parametryczny ułatwiło oddanie projektu na czas, opracowanie wszelkiej niezbędnej dokumentacji i detali, oraz współpracę z liczną grupą branżystów.

Model parametryczny powstawał równocześnie z projektem, pozwoliło to na większą kontrolę i elestyczność. Pierwszy model opierał się zaledwie na kilku zmiennych, które pozwoliły dostosować ilość pięter, wysokość, wymiary trzonu czy nachylenie elewacji. Każda zmiana pociągała za sobą łańcuch reakcji, dlatego aby być pewnym, że wszystko idzie zgodnie z założeniami początkowymi , zostały wprowadzone kolejne parametry takie jak odległość ramy od elewacji, nachylenia wszystkich elewacji, kąt zgięcia paneli czy optymalna rozpiętość konstrukcji.

Konstrukcja

Jedyną z podstawowych zalet użycia modelu parametrycznego jest współdziałanie z modelem konstrukcji. Oparta została ona na prostych kolumnach w części środkowej, czterech pochylonych oraz dwóch potężnych kolumnach w części dolnej, które przenoszą skumulowane siły.

Dzięki opracowaniu modelu w Rhincerosie mogli łatwiej wykryć błędy, wprowadzać zmiany i zadawać pytania inżynierom wysyłając im jedynie zrzuty z ekranu. Dzisiaj programy typu Navisworks czy Inventor pomagają w kolaboracji pomiędzy architektem a inżynierem, ale zasada jest ta sama.

Parametry kontrolujące nachylenia wieżowców były kluczowe, ponieważ odpowiadały za estetykę całości, dynamikę wyrazu oraz elegancję projektu-pisze architektoniczną nowomową UN Studio.

Siatka konstrukcyjna dla parteru, która została zaproponowana już na samym początku została uzupełniona  uzupełniona przez drugą, w najwyższej części budynku. Pozwoliło to na kontrolowalnie nachyleń i niezależnych zmian w położeniu trzonu.

Proces produkcyjny

Aby wygenerować (!) plany użyto dwóch skryptów. (Nie należy tu myśleć, że po wygenerowaniu planów, wydrukowano je i wysłano na budowę, te plany są podkładem do dalszego detalowania i rysownia, dziś często jednak oddaje się również modele 3d jako część uzupełniająca projekt, niebawem pewnie przestaniemy oddawać rysunki...)

Pierwszy wygenerował rzuty i przekroje, wyekportował je do Autocada na odpowiednich warstwach, drugi zaś wyczyścił linie, dodał zakreskowania (hatch) oraz policzył powierzchnie użytkowe.

Projekt i materiały graficzne UN Studio w składzie: Ben van Berkel, Astrid Piber with Nuno Almeida and Albert Gnodde, Andreas Bogenschütz, Ariane Stracke, Chiara Marchionni, Jeong Eun Choi, Florian Licht, Ger Gijzen, Gustav Fagerström, Iris Pastor, Jaap Baselmans, Jaap-Willem Kleijwegt, Jay Williams, Ka Shin Liu, Kristin Sandner, Margherita Del Grosso, Martin Zangerl, Mirko Bergmann, Patrick Noome, René Rijkers, Rob Henderson, Silvia Filucchi, Stefano Rocchetti, Thomas van Bekhoven.

Przygotowane na podstawie strony http://www.unstudio.com/research

Podstawy Matematyki

Żeby moć sprawnie posługiwać się algortymami i Grasshopperem niezbędna jest znajomość podstawowych pojęć matematycznych. W tym miejscu wiele osób najchętniej skończyłoby już czytanie. Nie zniechęcajcie się. Nie musimy umieć liczyć całek, funkcji wykładniczej ... a jedynie zrozumieć procesy matematyczne i działać logicznie.

Poza tym założę się, że przez tyle lat nauki udało się Waszej matametyczce wbić do głowy podstawy, mimo to powtórzmy je. W nawiasie podaję nazwy angielskie, przydadzą się jak już przejdziecie do używania Grasshoppera czy Rhinocerosa. Wyszczególnie też te cechy, które staną się naszymi późniejszymi parametrami.

Geometria

Układ współrzędnych kartezjańskich (coordiante system, XYZ)

To odwzorowanie rzeczywistość za pomocą trzech osi X , Y, Z, które odpowiadają długości, szerkości i wysokości. Początek układu współrzędnych ma wartość (0,0,0).

Punkt (Point)

Wszyscy wiemy co to jest punkt. Zresztą to tzw. pojęcie pierwotne i nie definuje się go. Najważniejsze żebyśmy pamiętali, że kartezjańskim układzie współrzędnych opisujemy go, a raczej jego położenie, za pomocą trzech wartości x, y, x

Paramtery: położenie (x,y,z)

Wektor (Vector)

Podstawowy element matematyczny, który charakteryzuje się modułem, kierunkiem, zwrotem, punktem zaczepienia. Wektor to wartość skalarna, podobnie jak liczba, graficznym przedstawieniem wektora jest odcinek.

Paramtery: początek (x,y,z); koniec (x,y,z)

Zureks dla wikipedia.org

Odcinek (Line)

Odcinek to fragment prostej o określonych punktach początku i końcu.

Paramtery: położenie punktu zaczepienia x,y,z (start); kierunek (direction) określony za pomocą wektora; długość (lenght) określona za pomocą liczby

Krzywa (Curve)

Intuicyjnie wszyscy wiemy co to jest krzywa. W Grasshoperze jako krzywą rozumiemy fragment prostej o znaczącym promieniu.

Paramtery: początek (x,y,z); koniec (x,y,z), krzywizna,środek czy długość i więcej

Powierzchnia (Surface)

Często mylona z płaszczynzą (Plane). Umówmy się, że płaszczyzny są trzy XY, XZ, YZ i że możemy je obracać dowolnie wokół osi a ponadto są nieskończone, nie mają granic i są płaskie. Powierzchnia zaś to skończony fragment przestrzeni określony a pomocą dowolnej ilość krzywych, nie musi być ona płaska czy na przykład rozwijalna.

Paramtery: Określone przez krzywe konstruujące powierzchnię

Krzywizna (Curavture)

Chyba słyszęliście kiedyś jak ktoś mówił krzywizna drugiego stopnia (double curvature), ale co to oznacza? To cecha powierzchnii skonstruowanej za pomocą dwóch krzywych, np sfera i powierzchnia hiperboliczna. Potem są powierzchnie trzeciego i wyżych stopni.

Arytmetyka

Liczby całkowita (Integer)

Zbiór liczb całkowitych zawiera liczby, które nie mają wartości ułamkowej, no -17, 5, 25 czy 200 i 0. To zbiór liczb naturalnych wraz z ich wartościamo przeciwnymi i zerem.

Liczba naturalna (Natural)

Zbiór liczb naturalnych, to zbiór wszystkich dodatnich liczb, które nie mają wartości cząstkowej (ułamkowej).

Even Numbers/Odd Numbers

Tak w ramach pewności, parzyste i nieparzyste.

Wydaje się, że wszyscy to powinniśmy wiedzieć, ale jak się okazało na wcześniejszych warsztatch nie wszyscy wiedzieli, szczególnie, że nazwy są po angielsku. W kolejnym poście napiszę o dodawaniu wektorów, poliliniach i może trochę o listach, czyli o tym co sprawia dużo problemów.

Dla tych co mają dużo wolnego czasu polecam bryk, który można pobrać ze stron McNeela. Essential Mathematics w niezły sposób wyjaśnia zaiwłości matematyki dla tych co chcą pracować w Rhinocerosie czy Grasshoperze.