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

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

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.

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.

BIM-Wstęp

Co oznacza skrót BIM?
Skrót pochodzi od angielskiego Building Information Modeling i oznacza nie mniej, nie więcej niż zapisywanie, gromadzenie, przetwarzanie i organizowanie informacji o budynkach za pomocą modelów trójwymiarowych. Niektórzy identyfikują to z wirtualną inwestycją budowlaną. Najczęściej wszyscy pytają czym się różni od CAD-a, i chyba najprościej przetłumaczyć nazwę przecież CAD to Computer Aided Drawing, czyli rysunek wspomagany komputerowo.

                                                                                                                    © DPR Construction

Dlaczego nie wystaczą już rysunki architektoniczne?
Prawdopodobnie wystarczą, ale BIM to kolejne narzędzie, która ma na celu ułatwić proces projektowy i przyśpieszyć pracę projektanta oraz branżystów z nim współpracujących. Dzięki używaniu parametrów trójwymiarowy model odpowiada na zmiany w czasie rzeczywistym. Być może przy prostych geometriach i małych obiektach takie modelowanie może wydawać się zbyteczne, ale przy większych obiektach czy bardziej skomplikowancych geometriach jest niezbędne. Poza tym model bimowski jest dużo bardziej szczegółowy, przyśpiesza proces wymiany informacji miedzy branżystami, pozwala na szybkie kosztorysowanie itd.

Co to jest IFC?
IFC, znów z angielskiego, a znaczy Industry Foundation Classes, to schemat, który służy na wymianę danych pomiędzy różnymi platformami bimowskimi. Ma ułatwiać komunikację i wymianę informacji pomiędzy różnymi  branżami, zwiększać wydajność pracy i czas powstawania projektu i ostatecznie budynku. 

Czy BIM jest drogi?Mogłoby się wydawać, że samo oprogramowanie jest dość drogie, np. Revit Architecture 2015 kosztuje 6.000 €, ale biorąc pod uwagę wartość inwestycji i to, że używając BIM czas pracy skróci się, wymiana informacji pomiędzy branżami będzie szybsza a sam obiekt zostanie ukończony wcześniej nie jest to znacząca kwota. 

Wiecej informacji znajdziecie na

:http://bimpoint.pl/http://www.bimtaskgroup.org/bim-faqs/