Wracamy po wakacjach

Architektura Parametryczna wraca już z letnich wakacji.
Mamy nadzieję, że wypoczęliście, skończyliście praktyki i sesję wrześniową i z nową energią możecie ruszyć do nauki w semestrze zimowym.

Za kilka dni rusza nowa strona, zimą planujemy nową serię warsztatów w pięciu polskich miastach w przyszłym tygodniu podamy daty!

Warsztaty w Krakowie 2014

Czekamy też na Wasze propozycje miejsc na warsztaty, wysyłajcie mailowo pod architekturaparametryczna@gmail.com

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.

Przykłady zastosowania projektowania parametrycznego w architekturze.

Ostatnia dekada to rozkwit projektowania parametrycznego oraz metod fabrykacji. Wśród najlepszych realizacji minionych lat nie widać jednak znaczącej dominacji obiektów wymagających zdolności programistycznych. Czy faktycznie znajomość technik projektowania parametrycznego jest niezbędna? Skąd pewność, że za kolejne 10 lat moda na architekturę zbliżoną do form tworzonych przez naturę nie przeminie? Pewności nie mamy, ale nawet jeżeli nastąpi pełen powrót do tradycyjnych form, będą one projektowane z wykorzystaniem procesów parametrycznych.

Oto kilka powodów dla których według mnie warto poświęcić chwilę na zaprzyjaźnienie się z jednym z najnowszych nurtów w architekturze:

Tworzenie budynków zoptymalizowanych.

Przed napisaniem odpowiedniego skryptu nieodłącznym krokiem jest wypunktowanie ograniczeń jakim musimy stawić czoła, wszelkich warunków zewnętrznych do których należy się dostosować, cech budynku ze względu na jego przeznaczenie, konstrukcję oraz własnych preferencji. Dopiero znalezienie kompromisu pomiędzy tymi  składowymi pozwoli osiągnąć stu- procentową satysfakcję z projektu. Tutaj z pewnością wielką pomocą okazuje się  projektowanie parametryczne, gdzie jesteśmy w stanie przetestować szereg wariantów  oraz zdecydować który z wyników będzie dla naszego projektu najbardziej optymalny.

Przykład konfiguracji bryły w zależności od liczby podziałów elewacji oraz stosunku skrętu względem postawy:

Wielokrotne wykorzystywanie skryptu. 

Bardzo często czasochłonnym zajęciem przy modelowaniu 3d stają się żmudne czynności, takie jak tworzenie drugorzędnej zabudowy, barierek czy systemów elewacyjnych. Raz skonstruowany algorytm może zostać wykorzystany wielokrotnie przy najróżniejszych projektach.  Przykładowo na potrzeby jednego projektu poświęcamy czas na napisanie skryptu generującego na zadanej powierzchni szklaną elewację. Może to nam zająć w zależności od skomplikowania modelu, czasem dłużej niż standardowe modelowanie, jednak przy następnym projekcie, wymagającym podobnych zasad przy konstrukcji elewacji nowy model będzie kwestią kilku kliknięć przyciskiem myszki.

Znaczące zmiany założeń w trakcie projektu. 

Opierając swoją pracę o skrypt nie jest przeszkodą wprowadzenie takich zmian jak wysokość kondygnacji budynku, czy linia zabudowy, które wcześniej zostały określone jako jedne z danych wejściowych. Wprowadzamy nowe wartości będące parametrami naszego projektu,a nasz obiekt dostosowywuje się do nich natychmiastowo. Zaoszczędzając przy tym wiele czasu, możemy bez przeszkód dalej kontynuować swoją pracę.

Przykład zmiany podstawy bryły o wcześniej wybranych parametrach (5, 25%):

Przygotowanie do fabrykacji unikalnych elementów. 

Im bardziej nasz budynek jest skomplikowany geometrycznie, tym więcej rysunków będziemy zobligowani wykonać, aby możliwa była jego realizacja. Tutaj projektowanie parametryczne przyszło z niezastąpioną pomocą. Kwestią kilku minut może być przygotowanie zwymiarowanych i opisanych rysunków, bez względu na to czy potrzebujemy ich dwóch czy dwustu. Unikalne pliki przygotowane do druku 3d, frezowania lub wycinania laserowego możemy być w stanie wygenerować automatycznie bez względu na ich ilość.

Zmiana podejścia do projektowania. 

Moim zdaniem najważniejszy powód dla zainteresowania się architekturą parametryczną. Projektując w oparciu o dane oraz własną wiedzę w sposób w pełni algorytmiczny, uświadamiamy sobie co jest faktyczną wartością projektu. Nie realizacja własnych wizji, ale umiejętne i świadome pogodzenie wszelkich elementów mających wpływ na projekt (parametrów) pozwala na stworzenie najlepszego z możliwych dla naszych założeń budynku. Takie podejście nie zagwarantuje jednak nam nigdy najlepszego rozwiązania ze wszystkich możliwych, każdy architekt będzie się kierować własnym systemem wartości, doświadczeniem oraz odrębnym sposobem postępowania (algorytmem), co jedynie może nas uspokoić w kwestii  zastąpienia projektantów przez oprogramowanie.

Podstawowa różnica między modelowaniem a pisaniem algorytmów.

Grasshopper (tak, prawie wszystkie plug-iny związane z Rhinocerosem mają nazwy zwięrząt) to graficzny algorytm. To słowo, obok całki i logarytmu,  prawdopodobnie spędzało Wam sen z powiek. Nie jest takie starszne, trzeba je jedynie nieco oswoić.
W Rhino pracujemy na geometriach dwu i trzywymiarowych, w Grasshopperze natomiast jedynie na algorytmach odpowiedzialnych za reprezentację graficzną. Jeśli zajrzycie do Słownika Języka Polskiego, żeby zobaczyć co to jest algorytm dowiemy się, że  to określony sposób rozwiązania jakiegoś problemu, składający się z ciągu następujących po sobie czynności 


Przykład.


Wyobraź sobie, że modelujesz dwunasto piętrowy budynek, jednym z elementów, które musisz wymodelować są kolumny. Poniżej zobaczymy jak robimy to w Rhino.
Najpierw, na wcześniej ustalonej siatce, rysujemy okręgi o danej średnicy, a potem je wyciągamy (extrude), kopiujemy na kolejne piętra i gotowe,
Po godzinnym spotkaniu z inżynierem budowlanym okazuję się, że sitaka jest za rzadka a kolumy te z parteru mają za mały obwód, natomiast te z kolejnych pięter mają za duży obwód... Musisz powtórzyć cały cykl od początku.

Zobaczmy, czy można to szybciej zrobić w Grassopperze.
Przecież tutaj nie pracujemy na geomterii, ale raczej na logice stojącej za nią. Raz określony algorytm działania daje różne rezultaty, w zależności od wybranych parametrów. Możemy nie tylko zmienić promień kolumn, ale także rozstawienie ich na siatce, a dodając kolejne właściowości dużo więcej, każda kolejna zmiana dla nas to w rzeczywistości zmiana parametrów. Zobaczmy poniżej.

Dzięki Grasshopperowi możemy usprawnić przygotowanie projektu a także być bardziej elastyczni i szybciej reagować na zmiany.

Czekamy na komentarze.