|
|
|
|
|
|
|
|
|
КОНЦЕПЦИЯ АГРОУРБАНИЗМА В АРХИТЕКТУРНОМ ДИЗАЙНЕ Н.М. Надыршин К.О. Мхитарян
|
КОНЦЕПЦИЯ АГРОУРБАНИЗМА В АРХИТЕКТУРНОМ ДИЗАЙНЕ
|
В статье рассматривается перспективный сценарий развития городского дизайна, который предполагает широкое использование сельско-хозяйственных технологий в условиях высокоурбанизированной среды. Предполагается, что процесс урбанизации приведет к необходимости использования городских поверхностей, и фасадов зданий в том числе, в качестве «зеленой» вертикальной инфраструктуры, включающей объекты по производству и переработке сельскохозяйственных продуктов. Предлагаются градостроительные, планировочные и конструктивные приемы проектирования объектов «зеленой» инфраструктуры в виде вертикальных ферм.
Ключевые слова: агроурбанизм, городской дизайн, «зеленая» инфраструктура города, вертикальные фермы. |
открыть в новом окне
читать дальше
«Городское» сельское хозяйство – это не нонсенс, это перспективная, пока еще футуристическая, концепция развития сельскохозяйственных технологий в условиях урбанизированной городской среды. Предполагается, что эта концепция может быть реализована в результате создания новой «зеленой» производственной инфраструктуры в городе, которая должна быть основана на использовании интенсивных технологий выращивания специальных видов с/х продукции. Естественно, что в условиях тотального дефицита плодородных почв такая инфраструктура должна развиваться по вертикали. В связи с этим, применительно к сооружениям такого типа предлагается использовать термин «вертикальная зеленая инфраструктура города» с тем, чтобы подчеркнуть отличие данной системы как от традиционных с/х объектов, так и элементов городского благоустройства. Таким образом, вертикальная зеленая инфраструктура города – это комплекс взаимосвязанных энергоэффективных, экологичных, инженерно-технических систем (вентиляция, подача и отведение воды, инсоляция и т.д.), формирующих оболочку здания, и направленных на создание необходимого микроклимата для выращивания сельскохозяйственной продукции и обеспечение комфортных условий для работы и проживания людей. В качестве средства реализации такой инфраструктуры рассматриваются «вертикальные фермы», которые представляют собой автоматизированный агропромышленный комплекс, размещенный в многоэтажном сооружении. Концепция агроурбанизма не укладывается в рамки существующих подходов к проектированию как городов, так и сельских населенных мест. Должна иметь место новая стратегия, отличная от практики создания жилых районов отдельно от мест приложения труда. Жилые комплексы должны будут дополнены многоэтажными сооружениями, включающими квартиры с «приусадебными участками».
Аграрный урбанизм - концепция, которая возникла как ответ на исчерпание потенциала традиционного сельского хозяйства. При этом делается акцент на переходе от общепринятого понятия «агропромышленный комплекс» к более общему системному термину «агроурбанизм», который предполагает возникновение нового устойчивого городского социума – производителей продовольствия , использующих интенсивные технологии, что создаст предпосылки для социального, экономического и экологического развития города. Таким образом, агроурбанизм предусматривает полную интеграцию сельского хозяйства и продовольственной системы в планирование, проектирование, развитие и функционирование города, с появлением нового типа городской застройки и элементов средового дизайна. К потенциальным выгодам от внедрения агроурбанизма можно отнести:
- стабильные, безопасные поставки продовольствия, доступ к высококачественным свежим фруктам и овощам;
- снижение давления на экологию через минимизацию затрат на обработку, упаковку, транспортировку, утилизацию отходов и использования энергии;
- использование городских органических отходов для компостирования и утилизации в качестве питательных веществ в производственном цикле. Сточные воды могут быть очищены для повторного использования в системе орошения;
Для определения основных параметров объектов «зеленой» инфраструктуры был выполнен экспериментальный исследовательский проект многоэтажного сооружения, который объединил жилую группу с элементами аграрно-промышленного комплекса. В рамках проекта были разработаны рекомендации по горизонтальному и вертикальному зонированию этого сооружения. В качестве структурообразующего элемента была выбрана производственная ячейка – «приусадебный участок», которая меняет геометрию светового проема в зависимости от траектории солнца. Рассмотрена возможная типология таких ячеек по вертикали, в зависимости от типа выращиваемой продукции и необходимости обеспечения соответствующего времени инсоляции. Учитывался также и необходимый температурно-влажностный режим в производственных помещениях. Для обеспечения полива и стабильной циркуляции технической воды проектом предусмотрены дополнительные пространства для установки инженерных устройств (насосов, фильтров и т.п.). Для этого разработана специальная система сборно-монолитного перекрытия с балками, имеющими полости для пропуска инженерных сетей.
В связи с отсутствием научных исследований в этой области предполагается решить следующие задачи:
- разработать концепцию агроурбанизма, который является важным элементом устойчивого развития городов;
- выявить потенциал вертикальной «зеленой» инфраструктуры города;
- создать совместно с экономистами, архитекторами, инженерами, биологами, климатологами и другими специалистами экспериментальные проекты для определения способов реализации системы агроурбанизма;
- разработать принципиальные положения градостроительной политики в области агроурбанизма, предложить системную модель и сформулировать программу реализации ее основных положений. Определить примерный состав организаций и предприятий, которые могут быть заинтересованы в проведении политики аграрного урбанизма в городе.
Список использованной литературы:
1.Вертикальная ферма – https://ru.wikipedia.org/wiki/Вертикальная_ферма - 12 ноября 2014. [Электронный ресурс]
2.AGRARIAN URBANISM – https://www.tumblr.com/search/agrarian%20urbanism [Электронный ресурс]
3.Kent Mullinix, Deborah Henderson, Mark Holland, Janine de la Salle, Edward Porter, Patricia Fleming – Agricultural Urbanism and Municipal Supported Agriculture: A New Food System Path for Sustainable Cities – White Paper Submitted for the Surrey Regional Economic Summit – 8/30/2008.
4.Бердникова Татьяна Борисовна. Сельскохозяйственный урбанизм, стратегические направления развития – http://netnado.ru/uroki-proshlogo-shansi-i-riski-dokladi-i-tezisi-uchastnikov-xi/page-7.html - [Электронный ресурс]
свернуть
|
Параметрические паттерны в архитектурном дизайне Н.М. Надыршин
|
|
В статье дается определение «параметрические паттерны» и рассматривается их применение в дизайне архитектурной среды. Анализируется зарубежный опыт использования архитектурных паттернов в проектировании оболочек сложной формы. Рассматриваются основные инструменты параметрического моделирования паттернов.
Ключевые слова: паттерны, параметрические паттерны, тесселяция, NURBS-поверхности, орнамент. |
открыть в новом окне
читать дальше
Паттерн (от англ. «pattern» - образец, шаблон) имеет различное употребление в зависимости от дисциплины или технологии. Общая или математическая теория паттернов была создана Ульфом Гренандером в 1993 году. Паттерн в информатике обозначает шаблон или заготовку для решения определенного класса задач программирования, в психологии – это набор стереотипных поведенческих реакций, принадлежащих одному классу объектов. Паттерн в техническом анализе - характерный, повторяющийся участок на графике какого-либо распределения. Теория пространственных паттернов широко используется в экономической географии, при разработке систем расселения, в градостроительстве и т.д. Особую группу составляют пространственно-временные и фрактальные паттерны, используемые в астрономии. В общем случае паттерн - это узор или геометрический объект, неоднократно повторяющийся в системе. В проектировании - это простое построение или заготовка, дающая решение проблемы в рамках некоторого контекста или ситуации. В 1970-е годы архитектор Кристофер Александр [1] составил типологию паттернов для проектирования. Его «архитектурные паттерны» состоят из 253 шаблонов пространственных структур, представленных в виде диаграмм.
Паттерны являются фундаментальным свойством дизайна (интерьера, архитектуры, города и ландшафта). Паттерны появляются в результате взаимодействия этих подсистем на различном временном и масштабном уровнях. Они могут включать природные и искусственные элементы. Каждое пространство имеет свои уникальные паттерны идентичности. Паттерны могут стать лого, брэндом, иконой или местом. Исследования по истории и теории пространственных паттернов показывают насколько новые технологии проектирования и производства меняют роль паттернов в дизайне. Концепции и понятия, лежащие в основе теории пространственных паттернов, включают исследования порядка, иерархии, организации, масштаба, пропорций, симметрии, равновесия, сложности, красоты, функции, декора, репрезентативности, символов, соединений, воображения и творчества. Основное место при проектировании пространственных паттернов отводится архитектурной геометрии и теории композиции, основанных на таких понятиях как гармония, ритм, метр, цвет, фактура и т.д.
Херцог & де Мерон (Herzog & de Meuron), Jean Nouvel, Вентури, Скотт Браун и партнеры (Venturi Scott Brown), OMA, Заха Хадид, UNStudio, ONL, MVRDV, Will Alsop и Future Systems находятся на переднем крае проектирования пространственных паттернов. Число исследовательских и проектных организаций в этой области, включая ALA, Klein Dytham, Reiser + Umemoto, Lab Architecture Studio, Sauerbruch Hutton, LAB[AU], NOX, Daniel Libeskind, FAT, MAKE, Hild Und K, Jüergen Mayer, David Adjaye, ETH Zurich, MIT SENSEable City Lab, MIT Sociable Media Group, Aranda/Lasch, Popularchitecture and P-A-T-T-E-R-N-S, постоянно растет. В 2004, вслед за OASE Ornament (NAI Publishers) последовали, «Функция Орнамента» (The Function of Ornament), написанная Майклом Кубо и Фаршид Муссави (Michael Kubo and Farshid Moussavi) [2], «Атлас новой тектоники» (Atlas of Novel Tectonics) Reiser + Umemoto [3] и Princeton’s 306090 Decoration (306090 - независимая некоммерческая организация, пропагандирующая искусство, 2006). Сесил Балмонд (Cecil Balmond) выпустил свой «Элемент» (Element), манифест инженерного подхода к проектированию паттернов в 2007, издательство Birkhauser опубликовало «Паттерны в архитектуре, искусстве и дизайне» (Patterns in Architecture, Art and Design, 2007) и Pattern (Context Architecture) в 2009. Групповая выставка «Теория паттернов» (Pattern Theory) в галерее MKG127, Торонто 2007, и экспозиция в Harvard Graduate School of Design «Patterns: Cases in Synthetic Intelligence Exhibition» в 2008 явились знаменательными событиями, не исчерпывающими, однако, все разнообразие этой темы, включающей большое количество сборников образцов, каталогов стилей, социально-культурных, географических, антропологических и этнографических книг на эту тему.
Сегодня морфология пространственных паттернов это, в основном параметрические переделки узоров или био структуры, которые имитируют механизмы самоорганизации на основе новых эмергентных технологий в дизайне. Среди них паттерны в виде мыльных пузырей, гидрологических и сосудистых систем, протеиновых складок, клеточных автоматов, точек притяжения, силовых полей, кубов Серпинского (Sierpinski), покрытий, муаров (moirés), узлов, случайных распределений, фракталов, сетей, скоплений частиц (particles), атомных и молекулярных структур (включая кристаллы и квази-кристаллы), жидкостей, газо/метеорологических форм, тканей, вирусов и микроорганизмов, ячеек Вороного (Voronoi cells), системы Линдермайера (L-system), света, огня, ландшафтных, геологических и т.п. структур, различных гибридов и их производных. Многие авангардные проекты содержат инновации, которые являются либо технологическими паттернами, в виде полей, мембран, сложных поверхностей и структур, либо в виде хаотичной среды, так называемой роистой (swarm) архитектуры. Наиболее технически сложные паттерны запроектированы на основе генетических алгоритмов, с использованием программ типа Grasshopper, Generative Components, Processing и L-Systems. Новые технологии распознавания паттернов применяются в градостроительных исследованиях и используются для разработки схем транспорта, логистики, ресурсов, обслуживания, пешеходных потоков и глобальных коммуникаций. Эта консолидация математики, компьютеров и искусства приводит к созданию принципиально новых умных и высоко производительных пространственных паттернов. Наиболее интересные примеры использования паттернов в социальном и культурном аспектах интерактивной архитектуры, дают например, проекты ONL, Jason Bruges, Electroland, Diller Scofidio + Renfro, ETH Zurich и, в особенности, MIT SENSEable City Lab and the Sociable Media Group. Другие примеры включают новые не периодичные, фрактальные и квази-кристальные структуры, в которых исследования пространственных паттернов сочетаются с изобразительными и другими видами искусств (Neo-geo, world art/critical-regionalism, Op Art), с технологией, антропологией, этнографией, исследованиями культуры и медиа средств. Новые технологии позволили архитекторам разработать сложные способы построения паттернов. Они стали популярны благодаря впечатляющим возможностям при проектировании ограждающих конструкций здания - сложная геометрия форм, тесселяция, текстуры и многослойность. Использование полигональной тесселяции в современных ограждениях, например PTW’s Beijing Water Cube (2007), Future Systems’ Selfridges универмаг и FOA’s Ravensbourne College of Design and Communication в Greenwich, London (2010) противостоит минимализму и простому членению прямоугольными сетками фасадов Модерна. Чешуйчатые покрытия в проектах Ф.Гэри являются показателем этих тенденций: формы и соединения, изначально обусловленные конструктивной необходимостью обеспечения гидроизоляции мембран путем наложения плиток, становится характерным паттерном, который нарушает монотонность стыков и улучшает трехмерный, динамический эффект покрытия. Рост диагональных сеток и не ортогональных паттернов при тесселяции поверхностей в практике проектирования – OMA’s Seattle Public Library (2004) и CCTV building (2009), Herzog & de Meuron’s Prada Tokyo (2003) и Beijing National Stadium (Bird’s Nest, 2008), Foster’s Swiss Re (2004) и Hearst (2006) башни в Лондоне и Нью-Йорке демонстрирует общую тенденцию включения несущей структуры в ограждение, производя антигравитационный и дифференцированный эффекты.
Существуют два понятия в архитектурной теории, которые объясняют различные подходы к конструированию паттернов: орнамент и декорация. Декор (франц. décor, от лат. decoro - украшаю), система украшений сооружения (фасада, интерьера) или изделия. В классической теории, декор был необходим для создания стилевых различий и являлся частью архитектурной триады: планирование, конструирование и декорирование. В рамках этого подхода, «тектоническая артикуляция» не рассматривалась отдельно от декорирования. Модернисткой критике орнамента как декорации впервые был брошен вызов Постмодернизмом. Декоративные мотивы были возрождены в качестве игривой эклектики. При этом не ставилась задача разработки методов конструирования паттернов. Минималистский подход к использованию паттернов имел очевидные ограничения: пространственная организация его композиций была чрезвычайно проста, а поверхности, предназначенные для применения паттернов, были простыми плоскостями. Паттерны были монотонно повторяющимися и использовались как обои. Авангард, основанный на результатах деконструктивизма, был сначала сосредоточен только на сложных геометриях, прогрессируя от плоскостей к гладким NURBS-поверхностям. К концу 1990-х годов, были обнаружены новые возможности использования паттернов, на основе применения техники наложения текстуры на искривленные поверхности. Такие эффекты были достигнуты, например, путем проецирования видео изображения на криволинейные поверхности, или путем встраивания цифровых дисплейных систем. В 1998, AD опубликовал «Архитектура гиперповерхностей» (Hypersurface Architecture), целое издание, посвященное этим новым возможностям. Архитектурный паттерн стал элементом авангардного движения, которое дизайнеры выдвигают как новый стиль «параметризм». С тех пор техника наложения текстур была заменена написанием программного скрипта, а старые методики используются для первоначальной проверки или иллюстрации эффектов, которые затем должны быть реализованы в виде набора процедур. Первые примеры использования NURBS-поверхностей в параметрическом дизайне появились с внедрением фрезерных станков с ЧПУ для автоматизированного производства конструкций. Бернард Кэш и Грег Линн экспериментировали с контурными линиями и траекториями для CAM (computer aided manufacturing). Определение способа разбиения поверхностей на плоские полигоны является главной задачей для реальной практики проектирования оболочек. Применение тесселяции для разработки элегантных мозаик двояко изогнутых поверхностей стало поворотным моментом в развитии архитектурной геометрии, который вывел параметрическое моделирование и написание программного скрипта на первый план. Проблема разбиения сложных поверхностей плоскими панелями стала предпосылкой для создания компанией Bentley Systems программы GenerativeComponents (GC), ассоциативной и параматрической системы моделирования, с главной идеей популяции сложной поверхности численно заданными, само адаптирующимися элементами. Классическая установка GC включает проектирование компонента с изначально переменными свойствами, которые привязаны к целому ряду геометрических параметров поверхности. Для обеспечения полного соответствия, каждый экземпляр параметрически адаптирован к своему уникальному положению на хост-поверхности. Результат может быть назван «параметрическим паттерном». При классической установке, изменение кривизны поверхности приводит к параметрической адаптации компонентов с целью сохранения паттерна, максимально возможной однородности. Параметризм преобразует технику геометрических паттернов в новый реестр тектонической артикуляции архитектурного дизайна. Решающим шагом в инаугурации «параметрического конструирования», явился переход от адаптивной компенсации паттернов к их дифференциации, в зависимости от работы оболочки. Вариабельность поверхности архитектурных форм утилизируется в виде базы данных, которая может управлять поведением паттернов. Дифференциация может быть выполнена преднамеренно, путем «разрисовывания» поверхности каким-либо узором, который становится базой для моделирования паттернов. На современном этапе разработка техник параметрического моделирования, экспериментов в цифровом дизайне, интуитивных подходов к дифференциации поверхностей, могут только приветствоваться. Однако чрезмерное увлечение дифференциацией должно быть подвергнуто критическому анализу, поскольку такой подход низводит проблемы формообразования к «декоративному» проектированию в дизайне. Дифференциация поверхности должна служить средством артикуляции цифровой тектоники, и она работает, только если соотносится с геометрическими или функциональными аспектами пространственной организации конструктивных систем. Акцент на корреляции подсистем в дизайне является второй отличительной чертой параметризма. Поверхностная артикуляция может соответствовать структурным линиям различного содержания, например, изолиниям распределения напряжений на поверхности оболочек. Дифференциация может включать апертуры (лат. apertura — отверстие), размещенные по поверхности, которая может быть выполнена с учетом отделки, а орнамент может быть использован для создания многослойной сетчатой конструкции оболочки. Еще одно направление – это адаптивная дифференциация архитектурного фасада, с учетом экологических параметров, которые различаются в зависимости от ориентации поверхности ограждений. Постепенное изменение интенсивности солнечного света на искривленной поверхности переводится в градиентное преобразование компонентов формы. В параметризме, такие функциональные зависимости реализуются в художественно-эстетической концепции. Важно отметить, что параметризм, как стиль, представляет собой сегодня открытое направление, объединяющее дизайнеров, ищущих новые пути в формообразовании. Можно выделить такие параметры артикуляции поверхностей, как рельеф, материал, текстура, цвет, отражение и прозрачность. Потенциально, эти параметры могут быть использованы в соответствующих процедурных скриптах. Рельеф представляет особый интерес, поскольку он делает архитектурную поверхность чувствительной к изменению условий освещения и угла зрения. Систематическое изменение параметров усиливает ощущение анимации, за счет трансформации архитектурных паттернов на поверхности оболочки. Манипуляции с условиями освещения и позицией наблюдателя может повлечь изменения во внешнем виде и восприятии поверхности или пространства. Паттерны могут быть заданы так, что их ключевые параметры станут чувствительны к изменению формы. Это направление в дизайне получило название «параметрическое определение формы». Параметрическая конфигурация является, пожалуй, наиболее амбициозной формой тектонической артикуляции и станет по-настоящему эффективной, если выйдет за рамки визуальных эффектов. Только при этом условии можно говорить о динамических, высокопроизводительных орнаментах.
Список ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников
1. Christopher Alexander, A Pattern Language. http://www.patternlanguage.com/leveltwo/ca.htm
2. The Function of Ornament. Farshid Moussavi, Michael Kubo, Harvard Graduate School of Design. Actar:Architecture, ISBN 978-84-96540-50-7
3. Atlas of Novel Tectonics, Jesse Reiser, Nanako Umemoto, Princeton Architectural Press, ISBN 9781568985541, 5/1/2006
свернуть
|
Цифровая тектоника в архитектурном дизайне Н.М. Надыршин
|
Цифровая тектоника в архитектурном дизайне
|
В статье рассматривается вопрос влияния социально-экономических факторов на дизайн и появление такого феноменального явления, как пешеходная улица, получившая распространение в период послевоенного восстановления и реконструкции исторических центров городов Западной Европы(1960–1980‑х гг.).
Ключевые слова: история дизайна, история городского дизайна, послевоенная эйфория, ар деко, нью лук, пешеходная улица, дизайн городской среды, предметно-пространственная среда, уличная мебель и оборудование |
открыть в новом окне
читать дальше
Наиболее широко используемое сегодня понятие в теории архитектурного формообразования — это «цифровое моделирование», применительно буквально ко всему — дизайну, проектированию, графике, стилям, и в том числе, к тектонике. Ассоциируется оно не столько с компьютерными средствами проектирования, сколько с параметрическим моделированием и новыми технологиями. Можно сказать, что это переход к новой идеологии, к новому способу проектирования, новому мышлению в архитектурном дизайне. В связи с этим, было бы интересно сопоставить традиционное понимание архитектурной тектоники с ее цифровым эквивалентом. Что, собственно, и является целью данной статьи.
Тектоника, в самом общем виде, это концепция, определяющая отношение между формой и ее структурными свойствами. Само слово произошло от греческого «тектон», означающего плотника или строителя. Строитель позднее стал архитектоном, или главным строителем (словарь Ушакова). Первыми «архитектонами» в русских летописях названы Пьетро Антонио Солари, Петрок Малый, Алевиз Новый. Историческое использование термина привело к трансформации концепции от строителя к строительным системам. Архитектоника (ἀρχιτεκτονική) — это строительное искусство (по Брокгаузу и Ефрону), сочетание частей в одном стройном целом, или композиция (С. И. Ожегов). Архитектоны Малевича, плакаты Лисицкого, макеты и фотографии Родченко, и в особенности методические разработки Чернихова [1], дают примеры использования тектоники в качестве инструмента дизайнера, оставаясь актуальными и сегодня. Традиционно, архитектоника понимается как художественное выражение структурных закономерностей, присущих конструктивной системе сооружения. Ключевым является понятие «художественное выражение». Иногда его заменяют словом артикуляция, подчеркивая грамотность, четкое выражение конструктивного решения, как необходимое условие тектоничности сооружения. В период модернизма тектоника интерпретировались как выражение «игры сил» в архитектуре. Тем самым подчеркивалась связь архитектурных форм и статики сооружений. Инженерное конструирование и архитектурные формы могут быть рассмотрены в аспекте эволюции концепции тектоники в различные исторические периоды во взаимосвязи со стилем. С этой позиции можно изучать архитектонику как элемент культурологии. Фрамтон (Frampton) рассматривал роль конструкций в достижении «поэзии форм» в историческом аспекте [2].
Современная интерпретация понятия [3] подразумевает его более широкое трактование, включая цифровое (автоматизированное) производство и конструирование, морфогенез и био- имитации, которые рассматриваются как интегральные части цифровой тектоники. В последнее десятилетие теория и методы цифрового дизайна полностью изменили отношения между архитектурным формообразованием и инженерным конструированием. Современные методы параметрического проектирования привели к новому пониманию несущих структур и материала. Тектоничность форм произвольных сетчатых оболочек сложной конфигурации определяется геометрическими методами трехмерного моделирования и правильным разбиением (тесселяцией) поверхности на плоские панели. Существуют методы построения сложных форм, путем моделирования композитных материалов. Сегодня, архитектурные формы могут быть получены на основе имитации поведения био-организмов под воздействием внешних сил. Таким образом, первое, что отличает цифровую тектонику — это очень широкий спектр методов моделирования для разработки сложных по форме и структуре объектов архитектурного дизайна.
Эпохе цифрового проектирования предшествовал длительный период определения геометрии форм на базе аналоговых моделей. Гауди (1852–1926) внес свой вклад в появление метода структурной тектоники. Он использовал физические модели цепных линий для определения очертания каменных арок. Сам метод известен со времен строительства готических соборов. Он может рассматриваться как экспериментальный метод формоопределения в дизайне. Фрай Отто описал классические отношения между формой и структурой в своем капитальном исследовании облегченных конструкций в индустриальном дизайне [4]. Взаимосвязи между объемной композицией, несущей структурой и мембранами позволили ему вывести типологию форм, в которой тектоника была выражением интеграции этих подсистем. Эти примеры использования тектоники как инструмента для определения форм являются предтечами имитационного моделирования в цифровой тектонике. Таким образом, переход от аналоговых к цифровым моделям, к моделированию поведения материала и несущих систем, явился источником современного цифрового моделирования в дизайне.
Различные теоретические подходы к формообразованию и конструированию в дизайне были сравнительно недавно разработаны в рамках цифровой тектоники. Через переосмысление методологии формообразования была разработана концепция цифрового морфогенеза в дизайне (Oxman) [7]. Эти подходы демонстрируют растущий интерес к цифровым моделям и их приложениям для автоматизированного производства, или численно контролируемого конструирования. Leach, Turnbull и Williams [5], понимают цифровую тектонику как парадигму нового дизайнерского мышления. Их работы внесли большой вклад в теорию цифровой тектоники и морфогенеза современного дизайна, являющегося синтезом архитектуры и инженерного конструирования. Параметризм создает новые возможности для сотрудничества архитектора и инженера на базе цифровых методов в проектировании.
Для того чтобы, классифицировать подходы в формообразовании, интересно сравнить аналоговое моделирование и методы цифровой тектоники. В зависимости от приоритета системообразующего фактора, эти подходы подразделяют на «структура-вперед, материал-вперед и форма-вперед» [7]. Эти подходы существенно различаются. Отличия между ними очень важны для цифрового морфогенеза. «Структура-вперед» — это подход в формообразовании, при котором структурные или морфологические принципы несущих систем являются основой для построения аналоговой или цифровой модели. Эксперименты, основанные на аналоговом моделировании, используются как инструмент формообразования в архитектуре сравнительно давно. Есть три важные составляющие в проектировании таких аналоговых моделей: форма, структура и материал. Приоритет этих переменных определяет рамки, в которых модель будет функционировать. Аналогично, выбор методов формообразования в цифровой тектонике и морфогенеза определяется порядком этих переменных. Модели цепных линий Гауди (висячие цепи, проволочные и веревочные модели) являются каноническим примером масштабных моделей, использованных для определения очертания без моментных каменных арок. Экспериментальные модели были также использованы для инженерных исследований сводов собора Саграда Фамилия (Sagrada Familia Church, Burry, 2001). Использование моделей для формообразования ассоциируется с Ф. Отто и его многочисленными экспериментами, выполненными в институте облегченных конструкций (Lightweight Structures, ILS) при университете Штутгарта. Эти эксперименты внесли большой вклад в теорию и практику формообразования облегченных конструкций. Разнообразные материалы, включая кабели, веревки, цепи, мыльные пленки, резину, ткани, проволочные сетки, а также различные экспериментальные модели на их основе, были использованы для изучения несущих свойств систем и поведения материала. Аналитические исследования, выполненные с большой точностью, использовали тестовые процедуры, результаты которых были тщательно проанализированы и задокументированы. Наиболее заметными исследованиями методов формообразования в ILS были с одной стороны, работы над кабельными сетями и мембранами, а с другой, общие исследования проблемы минимальных поверхностей. Предварительно напряженные кабельные сетки, мембраны, решетчатые оболочки и купола, плоские и пространственные стержневые системы, ветвящиеся древовидные опоры легли в основу классификации облегченных структур. Выделение подклассов для отдельных видов несущих систем и манипуляции с их параметрами (например, количество опор для радиальных кабельных покрытий) делает возможным получить новые формы сетчатых оболочек. Многие ILS чертежи иллюстрируют сравнительный анализ вариантов для различных классов несущих структур. Эти вариации определены необходимыми переменными класса, такими как число и расположение опорных элементов или форма опорного контура. Разработанный в рамках типологического проектирования, этот метод формообразования был наиболее плодотворным для Ф. Отто. Материал-вперед это подход, при котором материал играет системообразующую роль и является основой для разработки формообразующих принципов. Мыльные пузыри, проволочные модели, мембраны из ткани использовались для изучения структур с минимальными поверхностями, и были классическими примерами метода «материал-вперед». Форма-вперед определяет случай, при котором определенные геометрические факторы были установлены на ранних стадиях проектирования (например, оболочки свободного очертания Mannheim Multihalle), а структурные принципы и материал должны быть приспособлены к форме. После создания общей формы, были использованы модели для анализа несущей структуры и материалов, например, известные детальные модели несущей структуры Мюнхенского Олимпийского стадиона.
Понятие морфогенез объединяет систему ключевых концепций, относящихся к теории и методам морфо-экологического дизайна (Weinstock, 2006) [6]. Цифровой морфогенез предлагается как некая система методов и техник на базе эмергенции, относящихся к морфологическому нахождению форм и репрезентативным моделям цифровой тектоники. Вместе цифровой морфогенез и цифровая тектоника создают мощную парадигму архитектурного дизайна. Многие ключевые концепции морфогенеза пришли из области биологии развития организмов. Принципы структурного и материального порядка в биологии и естественных науках также присутствуют в исследовании биоподражательных принципов. Природные структуры используются как основа для определения геометрии, паттернов, форм и поведения в архитектурном дизайне.
Методы первой группы направлены на определение геометрических параметров объекта аналитическим способом или путем построения аналоговой модели, исходя из заданных критериев. Например, определение минимальной поверхности, или определение формы исходя из распределения внутренних усилий и т. п. Методы второй группы предполагают, что форма возникает как результат некоторого процесса или поведения объекта под воздействием внешних факторов. В основе конструирования таких объектов лежат стохастические процедуры, учитывающие случайные отклонения от общей тенденции его развития, например L-systems (системы Линденмайера), клеточные автоматы и т. д. [8]. В отличие от проектирования, эти методы формообразования определяют систему правил или методов, описывающих некоторый эволюционный процесс. Очевидно, что в первом случае методы нацелены на оптимизацию формы, в то время как во втором на ее реализацию через совокупность отдельных состояний. Кроме того, все методы могут оперировать в трех модах: структура-вперед, материал-вперед и форма-вперед, каждая из которых имеет различные отношения к тектонике.
Классическое определение эмергенции связано с феноменом отношений «части к целому» и процессом проектирования «снизу-вверх». Поведение целого более сложно чем поведение части и эффект от сложного поведения в целом не может быть предсказан из части. Эмергенция в биологии объясняет динамическое развитие природных систем и явлений. Топологические формы или структуры могут сохраняться при взаимодействии между организмом и воздействиями окружающей среды. Эмергенция имеет важное теоретическое значение для описания поведения сложных систем, адаптивных и динамических процессов.
производят постепенные трансформации, приводящие к сложным системам и поведениям. Эволюционные адаптивные принципы в биологии были продемонстрированы Дарси Томпсоном (D’Arcy Thompson) в его капитальной монографии [11], который использовал топологию как способ сравнительного анализа. Этот анализ представляет морфогенетические отношения между формами подвидов, которые могут быть трансформированы один в другой путем топологических преобразований. Концепция эмергенции на основе эволюционных адаптивных процессов уместна для эволюционного параметрического моделирования тектонических отношений между структурой и материалом, как видно из работ ILS, так и в недавних исследованиях цифрового морфогенеза (Sasaki, 2007).
определяет принципы упорядоченности изменений и адаптации, посредством чего возникает эволюционный адаптивный процесс. Эти принципы взаимоотношений относят к тектонике и являются содержанием цифровой тектоники. Самоорганизация (в моделях цифровой тектоники) позволяет рассматривать формообразование как ответ на действие сил, имеющих функциональное или физическое содержание.
Сложные адаптивные системы являются в целом анизотропными и дифференцированными объектами. Они часто характеризуются множественными внутренне связанными элементами с различным поведением. Эта степень гетерогенности и иерархической сложности есть характеристика современных несущих структур. Морфологические структуры, лежащие в основе эволюционных изменений, являются базовыми для компьютерного моделирования в цифровой тектонике. Представление структурных отношений в виде эволюционных моделей делают возможным моделирование морфогенеза. Цифровые эволюционные модели — это модели структурных и материальных отношений части к целому, которые могут быть модулированы параметрически. В классической архитектуре такие отношения управляются правилами таксономии, которые основаны на формальных паттернах. Цифровая тектоника основана на компьютерных моделях цифровой таксономии, определяет правила конструирования и презентационные модели структурных и материальных отношений.
Как материал, так и технология производства может быть системообразующим фактором для формообразования. Спайбрук (Spuybroek, 2006), исследуя соотношения несущих структур и ограждающих конструкций мягких оболочек, оперирует термином «тектоника текстиля», подразумевая, что тектоника формы определяется методом производства: раскроем, переплетением, плетением, вязанием и т. п. ARUP AGU (Advanced Geometry Unit) — научно-исследовательская дизайнерская группа, которая развивает геометрические методы моделирования для проектирования сложных несущих и ограждающих конструкций, не укладывающихся в существующую типологию, во взаимосвязи с автоматизированными способами их изготовления. Унифицированные элементы несущих систем, например плиты, балки, оболочки, не могут быть использованы для проектирования сложных пространственных структур. Для этого, в проекте должны быть разработаны специальные цифровые модели на основе программного скрипта. Актуальность цифровой тектоники как системы знаний в области дизайна определяется современным развитием методов проектирования и автоматизированного производства (на базе CAD, CAE, CAM технологий), и представляет большой теоретический интерес (Raiser и Umemoto, 2006). В рамках инженерной практики, различные попытки сформулировать структурные морфологические принципы архитектоники, в духе работ Ф. Отто, в настоящее время предпринимаются в рамках параметрического моделирования.
Существуют различные цифровые техники моделирования, основная цель которых формализовать методы архитектурного формообразования в рамках общего подхода «от части к целому». Ассоциативная геометрия один из таких подходов, который в настоящее время поддерживается различными расчетными технологиями. Тем не менее, возрастающая сложность архитектурных объектов требует нетрадиционных методов для их моделирования, и как Ханиф Кара (Adams Kara Taylor, AKT), пишет: «Развитие графических интерфейсов для вычислений, позволяет инженерам управлять сложной геометрией форм, которая больше не основывается на пропорциях и алгебраических соотношениях, но на аппроксимации поверхностей, на базе математического исчисления» [9].
Методы аналогового моделирования Ф. Отто, могут быть рассмотрены как первые попытки создания морфогенетических систем, демонстрирующих процессы интегрированной самоорганизации, использующие формальные, материальные и структурные принципы. Цифровой морфогенез есть процесс создания объектов морфогенетического дизайна, основанный на количественных методах, использующие модели цифровой тектоники. Цифровой морфогенез является парадигмой нового структурализма [7]. Эти разработки в настоящее время создают общую основу для уникальной модели цифрового дизайна, содержанием которого являются сложные формы структурной организации. Цифровые модели морфогенеза отличаются от общих дисциплинарных моделей дизайна, предназначенных для анализа тектоники моделей несущих систем из различных материалов. Методы цифровой тектоники становятся актуальными, когда необходимо имитировать поведение сложных эволюционных систем, двигаемых, или контролируемых, силами окружающей среды (физические нагрузки, температурные данные, и т. п.). Эмергенция и формообразование — это две наиболее важные теоретические концепции, лежащие в основе численных моделей цифрового морфогенеза. Структурная Морфология есть суть структурного и морфологического знания, лежащего в основе цифровой тектоники. Расчетные модели, такие как модели ассоциативной геометрии, обеспечивают эволюционный потенциал морфогенетических систем. Топологические системы преодолевают ограничения традиционных формальных и типологических моделей. Параметрические модели являются основанием для большинства морфогенетических процессов в дизайне.
Одно из недавних приложений этого подхода в архитектуре может быть найдено в работах Mutsuro Sasaki. Он работал с Arata Isozaki, Toyo Ito, Kazuyo Sejima и другими ведущими японскими архитекторами. Sasaki использовал две техники: первая — это метод анализа чувствительности (Sensitivity Analysis Method). Традиционный метод основан на экспериментировании с висячими моделями, которым использовались Гауди и Хайнц Айслер (Heinz Isler) для определения формы оболочек с поверхностями свободного очертания. Новая цифровая версия этого метода названа «Метод определения формы на основе анализа чувствительности» (Shape Design Method using Sensitivity Analysis). Он использует принципы минимизации поверхностной энергии структур с поверхностями свободного очертания (Sasaki, 2007). Другая техника определена как 3D Extended Evolutionary Structural Optimization, которая расширяет традиционный ESO метод. Традиционный метод (Evolutionary Structural Optimization, ESO) был использован для генерации форм. Форма была связана с механическим поведением системы, которое последовательно отвечает на ее модификацию. Новая версия этого метода генерирует рациональную структурную форму. Этот метод использует эволюционный процесс, который может быть применен к трехмерной структуре. Метод «анализа форм» (Shape Analysis Method) основан на итеративном процессе, нацеленном на достижении оптимального решения для несущих структур в рамках топологических и архитектурных ограничений в заданной дизайнерской концепции. Расчетная матрица используется для определения структурной формы в соответствии с напряжениями и деформациями. Эволюция в этом методе интерпретируется путем использования итеративных аналитических методов, которые основаны больше на топологии, чем на геометрии. Заключительная форма генерируется путем трансформаций, сохраняя те же топологические отношения. Использованный алгоритмический метод приспосабливает эволюционный адаптивный потенциал заданного дизайна. Знание тектоники материальных систем позволяет модели контролировать процесс эволюционной адаптации. Кроме того, эволюционный адаптационный процесс может быть обусловлен расчетом сил, или загрузкой данных. Помимо этих возможностей были выявлены некоторые ограничения в современном уровне развития цифровой тектоники, например, как учитывать неоднородность материала. Дальнейшим развитием цифровых морфогенетических эволюционных моделей является изучение внутренней организации эволюционного процесса. На этом этапе важно выработать тип пространственных систем, которые могут следовать стратегии адаптации.
Сегодня авангардный дизайн, основанный на новейших цифровых технологиях, отличает пышность и вычурность. Концепция «Замысловатая Плоть» (Convoluted Flesh), центральная в исследованиях дизайна группы Маркос и Марян (marcosandmarjan). Эта группа (Diploma Unit 20, Bartlett School of Architecture, University College London), предлагает новое пространственное видение архитектуры. «Плоть» как архитектурный термин дополняет общую метафору «кожи» (ограждения), как плоской и тонкой мембраны, и «скелета» как несущих конструкций. В то время, когда основное направление структурализма привязано к поверхностям, цель «Convoluted Flesh» привлечь внимание к внутренним пространствам и предложить новые орнаментальные, образные и конструктивные качества в архитектуре интерьера. Этот подход дает новое типологическое и топологическое понимание архитектуры. Традиционный процесс конструирования направлен на генерацию форм от общего к части, на основе методов инженерной тектоники. Понятие «Convoluted Flesh» подразумевает подход, развивающийся изнутри наружу, не отрицая, при этом, традиционные качества, основанные на пользе, прочности и красоте. «Замысловатая Плоть» ассоциируется с формальной, конструктивной и пространственной сложностью, заимствованной из пышности барокко и характеризуется дихотомией рационального и эмпирического, превращением классической архитектурной семантики в наигранную «театральную» тектонику. Исследования marcosandmarjan дают оригинальную версию того, что понимается под эмергенцией нового «цифрового модернизма» — нелинейность 3D поверхностей, универсальность параметрических техник, использование компьютера для формообразования. Различные определения Convoluted Flesh предопределили появление подходов, предполагающих экспериментальные и, тем самым, непредсказуемые результаты в дизайне на основе эксцентричного, но глубокого понимания архитектуры. Основываясь на успехах технологий изготовления и методологии проектирования, их работа нацелена на интерпретацию процессов конструирования, разработку синтетической модели дизайна, сочетающей технологичность с поэзией форм, визуализацию с историей, орнаментальность с тектоникой в рамках архитектурной «плоти». Например, серия Nurbster, объединяющая модели и прототипы, созданные для выставочных инсталляций. Был создан аналогово-цифровой репертуар на основе 2D/3D программ в дополнение к CNC, CAD/CAM технологиям быстрой разработки прототипов, позволяющих сборку большого количества компонентов. По размеру и масштабу система Nurbster принадлежит к области проектирования интерьера и дизайна городской мебели, предполагает модульность и массовое изготовление, эргономичность и тектоничность. Синтез 3D техник и CAD/CAM технологий присутствует в ряде проектов Unit 20, например, в проекте «Синтетический Синкретизм» (Synthetic Syncretism — сочетание несопоставимых образов мышления и взглядов) Тобиаса Кляйна. Бывший студент школы Bartlett, преподающий теперь в архитектурной ассоциации Королевского Колледжа Искусств (Royal College of Arts, the Architectural Association) является основателем экспериментальной дизайн-группы «horhizon». Больше чем на умелое моделирование и навыки визуализации, такая работа опирается на точность 3D сканирования костных образований, с разработкой цифровых «плазм». Интерес к эмергентным системам, как новым организационным моделям, возможность разработать новый био-подражательный подход в архитектуре, делают это направление все более привлекательным. Уникальные качества беспозвоночных и флоры дают примеры сложных систем живых организмов, которые сейчас оцениваются и кодируются в виде генерализованных расчетных данных, используемых в архитектурных экспериментах. Мост между органической и неорганической системами путем передачи необходимой генетической информации не новое предложение. Флора_флекс (Flora_flex) — это предварительно изготовленная, модульная строительная система, демонстрирующая возможности параметрического дизайна как источника бесконечных вариаций. Комбинируя элементы ботаники, морфологии, топологии, оптические эффекты и эмергенцию растущих элементов, эта система представляет собой новое поколение мембран, использующих «сложность» как способ повышения привлекательности современного дизайна. Прототип панели, собранный из взаимозаменяемых элементов, представляет собой матрицу, образующую рельеф на ее поверхности и меняющей прозрачность и комбинаторные параметры. Флора_флекс доступна по цене, обещая большую гибкость дизайнерских систем. Основанная на современных технологиях, эта предварительно изготовленная способом формования или 3D-печати из различных композитных материалов стеновая система, нацелена на использование последних достижений в материаловедении.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чернихов Я. Конструкция архитектурных и машинных форм, 1931, Издание Ленинградского общества архитекторов.
2. Frampton, K. (1995) Studies in Tectonic Culture, MIT Press, Cambridge
3. Architectural Design AD № 4, The New Structuralism. Design, Engineering and Architectural Technologies, 2010. Eds. Rivka and Robert Oxman.
4. Nerdinger, W. (2005) Frei Otto, Complete Works: Lightweight Construction — Natural Design, Birkhäuser Basel
5. Leach, N. Turnbull, D. and Williams, C. (2004) Digital Tectonics, Wiley-Academy, London
6. Weinstock, 2006 Self Organization and material construction, in (eds. M. Hensel; A. Menges and M. Wienstock), AD on Techniques and Technologies in Morphogenetic Design, pp. 34–41.
7. Rivka Oxma. Digital Tectonics as a Morphogenetic Process, Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2009, Faculty of Architecture and Town Planning Technion, Haifa, Israel.
8. Przemyslaw Prusinkiewicz, Aristid Lindenmayer. The Algorithmic Beauty of Plants, Springer-Verlag, New York, 1990.
9. Kara, H., ed (2008) Design Engineering: AKT (Adams, Kara, Taylor), Actar, Barcelona
10. Sasaki, Mutsuro. (2007) Morphogenesis of Flux Structure, AA Publications, London
11. D’Arcy Wentworth Thompson. On Growth and Form, Cambridge at University Press, 1942
свернуть
|
Новый структурализм Н.М. Надыршин
|
Новый структурализм: современные тенденции в архитектурном дизайне
|
В статье делается обзор современных современного зарубежного опыта конструирования архитектурных и дизайнерских форм, объединенных стилистикой нового структурализма.
Ключевые слова: структурализм, архитектура, дизайн, конструирование |
открыть в новом окне
читать дальше
То, что ранее было областью научных исследований специализированных лабораторий, сегодня становится стилем, и более того, модой в архитектурном авангарде. Имя этому направлению — «Новый Структурализм» [1]. Принципиальное отличие его от предыдущих направлений постмодернизма — это параметризм. Этот стиль, основанный на параметрических моделях в дизайне сменяет Модернизм в качестве следующей волны архитектурных инноваций. Параметризм привел к концу фазу неопределенности, порожденную кризисом Модернизма и отмеченную серией относительно коротких архитектурных эпизодов, включающих Постмодернизм, Деконструктивизм и Минимализм. Параметризм засвидетельствован на всех уровнях, от проектирования мебели до больших градостроительных проектов. Геометрия, анимация, численные методы, параметрическое проектирование и программирование вдохновили новое движение, с новыми амбициями и ценностями.
В настоящее время вычислительные техники, формальный репертуар и тектоническая логика кристаллизуются в новую теорию. В градостроительстве, например, это направление получило название «Параметрический урбанизм», где традиционные планировочные типологии заменяются моделью, генерирующей ситуации с использованием композиционного «генома». Результатом является необычный городской дизайн, в котором нет отдельных вертикальных (фасады) и горизонтальных (благоустройство) плоскостей, а есть неразрывная пространственная ткань. Ядром нового структурализма является информационное моделирование зданий (BIM). Эта методология подразумевает, что любое изменение в проекте приводит к автоматическому обновлению всей системы. Это снимает проблему постоянных согласований и переделок в процессе проектирования. Комплексный характер дизайна предполагает одновременное использование нескольких программ, например, это пакеты Revit от Autodesk — Architecture, Structure, и MEP [6]. Они делают возможным автоматизированное решение вопросов проектирования, от эскиза до раскроя материала, и обеспечивают интерактивное взаимодействие различных специалистов, связанных единой компьютерной сетью.
Сегодня строительные технологии все более сближаются с производством изделий промышленного дизайна. В промышленности сравнительно давно действуют технологические схемы полного цикла — от эскиза до станка с ЧПУ и автоматизированных линий сборки. Новые технологии предопределяют появление новых специализаций. «Дизайн инжениринг» возник как необходимость обеспечить процесс формообразования методами аналитической геометрии, конструирования, технологии изготовления и монтажа. Инженер-дизайнер является одной из ключевых фигур в новом структурализме. В рамках нового структурализма возникло такое понятие как «Цифровая Тектоника», которая помимо структуры (несущий остов) и кожи (ограждающие конструкции), моделирует «архитектурную плоть» зданий (Convoluted Flesh). Термин «Замысловатая плоть» объединяет алгоритмы, имитирующие развитие био организмов, на основе которых, получают необычные, «пышные» (exuberant) формы. Это еще одно изобретение нового структурализма. Иногда это ответвление в архитектурной морфологии называют «Новым Барокко».
Еще более оригинальный подход к формообразованию заключается в получении форм на основе химического взаимодействия веществ. Сегодня эти разработки больше похожи на лабораторные испытания, но возможно уже в ближайшем будущем мы получим новые технологии монолитного домостроения. Появление программ автоматической механической обработки в промышленном дизайне привело к существенному объему исследований на соответствующих математических моделях и алгоритмических решений для построения геометрических тел. Эту область исследований назвают архитектурной геометрией (АГ). Она лежит в основе автоматизированных технологических процессов производства «CNC» (computer numerical control). Процесс преобразования цифровых моделей в детальную форму для производства строительных деталей называется структуризацией. Создание эффективных алгоритмов, и объединение их в легкие в использовании программные средства — основные задачи АГ. Фрэнк Гэри был одним из первых, кто использовал поверхности свободного очертания в архитектуре, например, Музей Гугенхейма в Бильбао и концертный зал Walt Disney в Лос-Анжелесе. Гэри использует в основном развертывающиеся поверхности, известные также как поверхности одинарной кривизны, которые могут быть преобразованы в плоскость без их разрыва. Поверхности свободного очертания, с полосами одинарной кривизны, относят к сетчатым оболочкам с четырехугольными плоскими гранями. Техника разбиения оболочки на плоские ячейки обеспечивает переход к моделированию ее конструкций. Испанский Павильон для Экспо 2010 в Шанхае, разработанный архитектурной фирмой EMBT (Enric Miralles/Benedetta Tagliabue) — это попытка соединить традиционное ремесло плетения с сетчатой несущей структурой. Сетка, образованная двойным слоем труб, была создана ввиде NURBS (non-uniform rational B-splines) поверхности в Rhino. После манипуляций с формой, поверхности были пересечены системой вертикальных и горизонтальных плоскостей, в результате чего были получены кривые, задавшие сеть. Так форма двоякой кривизны была сведена к комбинации труб с одинарной кривизной, уменьшая тем самым сложности при изготовлении стальных конструкций. Далее была создана расчетная модель с применением метода конечных элементов. Размеры, прочностные параметры и геометрия элементов получены в соответствии с внутренними усилиями и деформациями. Для этих целей использовалась программа, позволившая импортировать геометрию из Rhino в ANSYS для нелинейного анализа.
В совместном проекте лаборатории пространственных исследований при Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) и инженерной фирмой Arup были исследованы возможности вариантного проектирования в контексте ежедневной архитектурной и инженерной практики. Исследование, основанное на конкретных проектах Arup, выявило пользу от двух техник, лежащих в основе вариантности — параметрическое моделирование и многомерный анализ для принятия решений (parametric modelling and multicriteria decision analysis). Для обеспечения многовариантного проектирования была разработана программа «DesignLink» [5]. Парадигма «Форма, Структура, Материал» подчеркивает иерархическую природу процесса проектирования, когда форма определяет стратегию в конструировании и в подборе материала. Материал традиционно рассматривается как свойство формы, но никак исходный формообразующий фактор. Принцип «материал вперед» является основополагающим в морфоэкологическом дизайне. Производство материалов с переменными характеристиками (variable property design — VPD) новый подход в дизайне. «Программируемая анизотропность» дает контроль за плотностью и направлением структуры материала. Моделирование материалов с переменными параметрами (Variable Property Modelling — VPM) было выполнено путем тесселяции поверхности, на основе (Voronoi) алгоритма. Жесткие материалы были расположены в области сжатия, а более гибкие в области растяжения. Variable Property Fabrication (VPF) представляет собой напыление материала на основе трехмерной печатной технологии, позволяющей контролировать градацию нескольких компонентов в одной печати. Параметрическое моделирование упрощает формообразование. Программы на базе BIM позволяют получать любой набор технических чертежей автоматически. С алгоритмом легче работать чем с набором чертежей, в особенности, если необходимо внести изменения в проект. Несмотря на то, что современное развитие параметрического моделирования снимает часть вопросов, связанных с необходимостью программирования, придется затратить больше средств на разработку алгоритма для нестандартной ситуации, чем на сам проект. Кривые и нерегулярные формы нового структурализма приводят к нелинейному увеличению сложности в системе. Все усилия по параметрическому моделированию будут безполезны без компьютерных средств производства (CNC), позволяющих производить индивидуальные компоненты по цене массового производства. Такие инструменты широко распространены, но они недешевы, и они не отвечают идеалу «файл-мастерская». Для изготовления искривленного покрытия типа Центра Помпиду в Metz, (2010) или Nine Bridges Golf Resort, Южная Корея (2009) Shigeru Ban, соответствующий CNC станок потребует свое, приличного размера производственное здание. Эксплуатация такого оборудования потребует значительных вложений и специальных знаний. Почти каждая CNC машина использует различные форматы для описания данных и каждый производитель использует различные CAM программы, что делает генерирование команд для производства конструкций далеко непростым заданием. Этот процесс зависит от формы и качества поверхности, от материала и метода изготовления, от доставки и последовательности сборки, от оборудования для механической обработки, и от многих других факторов. Простая техника разбиения поверхности была использована при разработке проекта покрытия Центра Помпиду (Metz) для исследования технологии плетения. Этот метод конструирования, разработанный в AGU (Arup), попытка создать бесшовные, типа кольчуги, системы для произвольных поверхностей. Процесс использует принцип динамической-релаксации для распределения узлов пересечений по сетчатой поверхности. Используя геодезические линии, узлы располагаются на поверхности по кратчайшим расстояниям, формируя плотно упакованную систему. В процессе моделирования BMW Welt, Munich, Coop Himmelb(l)au, была создана двухслойная решетка, разграничивающая верхнюю и нижнюю границы пространства покрытия, в соответствии с идеей плывущего облака. Путем моделирования сценариев загружения, изначально плоская сетка с прогонами была деформирована так, чтобы верхний слой принял минимальную форму. Совместная работа обоих слоев как единой пространственной структуры обеспечена благодаря диагональным связям в промежуточный пространстве.
В сотрудничестве с Fabian Scheurer, Доминик Перро руководил проектными исследованиями складчатой структуры покрытия подземной станции, Piazza Garibaldi, Неаполь. Структура покрытия может быть описана как система плоских подобных треугольников. Каждому узлу соответствует случайная z-координата. Трубы покрытия, ломаного очертания, достигают основания и работают как грибовидные опоры. Для определения наибольшего выноса консоли при минимальном перемещении узлов, поведение всей структуры было имитировано в RStab программе. Путем вычисления z-координат узлов, работа структуры была значительно улучшена после 200 генераций. Понятие Design Engineer в переводе соответствует нашему инженеру-проектировщику, но имеет иную сферу деятельности. Инженер-дизайнер превносит на ранних стадиях проектирования технологии формообразования и изготовления. За последние десять лет, «дизайн-инжениринг» развился в высоко интерактивную деятельность, став полем для сотрудничества архитекторов и инженеров-дизайнеров. Этот подход предлагает новые модели для проектирования и отличен от традиционных методов конструирования.
Морфоэкология — подход в дизайне, который комбинирует понятия «морфология» и «морфогенез» с понятием «экологии». Необычная тектоническая артикуляция консольных объемов национальной библиотеки в Праге (OCEAN and Scheffler + Partner) получена на основе определения напряжений в пределах плоскостей соответствующих объемов и распределения усилий в виде векторного поля. Конфигурация ветвящихся балок покрытия получена в соответствии с этой моделью. Работы AlgoRhythms, основанные на геометрии, имеют своими корнями реальное конструирование. Они направлены в первую очередь на определение фундаментальной связи между формой и ее изготовлением. Такой подход привел к новому типу полносборного домостроения, позволяющему собирать структуры любой конфигурации. AlgoRhythms был инсталлирован в различные сооружения и выстовочные залы. Наиболее значимой была демонстрация складных колонн из титана для постоянной коллекции дизайна в музее современного искусства (Museum of Modern Art, MoMA). На выставке художественного общества (Municipal Art Society) Нью-Йорка, была продемонстрирована система Hyperwall, балки и фермы которой, предназначены для формообразования несущих структур. Она была применена к большому числу строительных компонентов, от витражей до балок и ферм. Так был запроектирован экстерьер и лобби 12-этажного многоквартирного дома в Челси, Нью-Йорк. Подход, лежащий в основе AlgoRhythms, получил развитие в процессе работы над «Morphological Genome», универсальном коде для манипуляции всеми формами. Его основная цель — создать некоторый «алфавит» форм, встроенный в интегрированную платформу. Имея такую периодическую таблицу форм, вы больше не ограничены существующим архитектурным словарем.
Уже во времена Луиса Салливэна орнамент был вторичным по отношению к пространственной организации здания. Европейские Модернисты верили, что они уничтожили орнамент как явление. E. Douglis объясняет свой интерес к сложным узорам (patterning) в контексте современной бионики. Он показывает каким образом программируемые модули могут быть использованы в качестве параметрического орнамента. Его проекты демонстрируют топологическую пышность (exuberance), которая приводит к появлению новых видов архитектурных компонентов. Областью применения его метода может быть, например, изготовление мембран или панелей ограждающих конструкций. В философии, теории систем, науке, и искусстве, «эмергенция» (emergence) [2] — это методология построения сложных систем из множества простых паттернов в результате их взаимодействия. Прежнее представление о дизайне как о технической эстетике сужает область исследований и не охватывает, например, эстетику биоморфологических структур. Значительные достижения в этой области пренадлежат Джону Фрэйзеру, Маркосу Новаку, Грегу Линну и Ларсу Спайбруку (NOX). Эмергенция в дизайне является, прежде всего, эстетическим феноменом. Попытку связать эстетику дизайна и морфологию живых существ предпринял Тобиас Кляйн (Royal College of Arts, Architectural Association). Клеточные автоматы (cellural automata) являются ключевым инструментом для исследований в этой области. Имитационные модели применяются для воссоздания живых форм, используя морфологию органических объектов как композиционный метод. Большой потенциал для генерации форм заложен в анимационных программах, таких как Maya. Они имеют схожие с CAD инструменты и основаны на тех же принципах трехмерного моделирования. Можно интерпретировать покадровую анимацию не как набор дискретных состояний объекта во времени, а как поверхность, состоящую из элементов, с геометрическими параметрами, плавно изменяющимися от исходной до конечной точки. Многие архитекторы используют Maya и ее процедурный язык Mel script для построения пользовательских инструментов.
Концепция «Замысловатая Плоть» (Convoluted Flesh) в исследованиях marcosandmarjan (Marcos Cruz и Colletti Marjan, Bartlett School of Architecture, University College London) [7], предлагает новое пространственное видение архитектуры. Она дополняет общую метафору «кожи» (ограждения) и «скелета» (несущие конструкции). В то время, когда основное направление структурализма привязано к поверхностям она предлагает новые орнаментальные, образные и конструктивные качества в архитектуре интерьера. Феномен «Замысловатой Плоти» ассоциируется с формальной, конструктивной и пространственной сложностью, заимствованной из пышности барокко, и характеризуется превращением классической архитектурной семантики в наигранную «театральную» тектонику. Исследования marcosandmarjan дают оригинальную версию того, что понимается под эмергенцией нового «цифрового модернизма». Их работы нацелены на разработку методов конструирования, сочетающих технологичность с поэзией форм, визуализацию с историей, орнаментальность с тектоникой. Примером этого является серия Nurbster, объединяющая прототипы, созданные для выстовочных инсталляций. Был создан репертуар на основе 3D программ в дополнение к CAD/CAM технологиям быстрой разработки прототипов (rapid prototyping). Nurbster принадлежит к области проектирования интерьера и дизайна городской мебели, предполагающие модульность, массовое изготовление, эргономичность и тектоничность. Синтез 3D техник и CAD/CAM технологий присутствует в ряде работ Unit 20, например в проекте «Synthetic Syncretism» Тобиаса Кляйна, преподающего в Royal College of Arts, и основателя экспериментальной группы «horhizon».Работа основана на 3D сканировании костных образований, с разработкой цифровых «плазм». Evan Douglis использует морфологию цветка как образец для создания Бионического Орнамента. При создании Flora flex была разработана система повторяющихся модулей, создающих иллюзию искажения поверхности за счет чередования элементов, заполняющих плоскость. Спиральное движение лепестков, вращающихся вокруг центра тора, использовалось для моделирования элементов панели. В основе этой модульной системы лежит тесселяция, обеспечивающая широкий набор комбинаторных вариантов.
Цель параметрического урбанизма в полной интеграция городской среды, от распределения плотностей до пространственной морфологии. Параметризм выделяет понятие поля. Это области, заполненные объемами в виде сплошного сглаженного распределения. В качестве модели можно использовать любые аналогии, например, жидкости с волнами, течениями и спиральными завихрениями. Параметры описывающие распределение — это уклоны, градиенты, плотности и локальные отклонения от общей картины. Параметрический урбанизм оперирует элементами городской ткани, уличной сети и системы открытых пространств. Zaha Hadid Architects выйграли серию международных конкурсов по разработке генеральных планов, которые воплотили главные особенности этого стиля. Например, генплан бизнес парка «One-North» в Сингапуре, «Soho City» в Пекине, генплан Бильбао, «Kartal-Pendik», включающий разработку центра на азиатской стороне Стамбула для разгрузки исторического ядра города [4]. Использование инструментов Maya позволило параметрически связать потоки движения в систему дорог, демонстрирующую основные параметры сети Фрея Отто, минимизирующей расстояния и непрямолинейность перемещений. Zaha Hadid Architects работали с двумя типами городской ткани, башнями и периметральными блоками, каждый задуманный как генотип, который дает широкий спектр возможных вариаций. Полное ощущение непрерывности достигнуто, несмотря на то, что весь процесс начался с двух типов городской ткани.
Проект EcoRedux основан на технологических манипуляциях с «природным» окружением. Здания становятся интегральной частью био-решеток, небоскреб становится «dystopian» (антиутопичной) фермой, для производства продуктов в условиях города. Изменение среды в результате обмена веществ было описано в лекции Алана Тьюринга еще в 1952 в Университете Манчестера, посвященной химическим основам морфогенеза. Он предположил, что формообразование может быть объяснено как результат химического взаимодействия между веществами. Реакция Белоусова-Жиботинского (BZ) доказала предположения Тьюринга. Компьютерное моделирование BZ реакции было выполнено в MIT в 2010. Используя клеточный автомат в качестве метода, контролирующего локальные взаимодействия и следуя закону реакции-диффузии, закрытая система обмена была приведена в действие. Модель олицетворяет переход к более широкому пониманию формообразования в дизайне - от механической к биологической парадигме. Экологический проект «Surrogate House» стал основой для определения спектра новых средовых тектоник. Форма Surrogate House была расчитана путем трассировки в пространстве трех концентраций в заданной среде.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Architectural Design, 04, 2010. The New Structuralism. Design, Engineering and Architectural Technologies.
2. Architectural Design, Emergence. Morphogenetic Design Strategies.
3. От постмодернизма — к нелинейной архитектуре. Архитектура в контексте современной философии и науки. — М.: Прогресс-Традиция, 2004. — 416 с, ил.
4. Architectural Design, Digital Cities, 07, 2009.
5. http://arupforge.arup.com/wiki/index.php?title=DesignLink_SDK
6. http://www.autodesk.ru/adsk/servlet/pc/index?siteID=871736&id=14832291
7. http://www.bartlett.ucl.ac.uk/architecture/index.php свернуть
|
Конструирование объектов ДАС Н.М. Надыршин
|
ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «КОНСТРУИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ ДАС»
|
В статье поднимается вопрос о пересмотре структуры существующих дичциплин по специальности «ДАС» в рамках нового госстандарта образования. Предлагается новое видение дисциплины «Конструирование объектов ДАС»
Ключевые слова: конструкции ДАС, новый госстандарт образования |
открыть в новом окне
читать дальше
В настоящее время появилась необходимость пересмотреть структуру дисциплин специальности «дизайн архитектурной среды» в связи с переходом на двухступенчатую систему образования. Предполагаются не только количественные изменения, в виде перераспределения часов, но и качественные, в виде появления новых дисциплин. К новым дисциплинам, не предусмотренным ранее госстандартом образования, можно отнести и конструирование объектов ДАС.
Современные строительные технологии становятся все больше похожими на производство изделий промышленного дизайна. Стиль hi-tec в архитектуре не что иное как проявление этой тенденции. Можно предположить, что традиционные архитектурные формы все больше будут уступать место дизайн-формам. Проектирование в целом следует развитию технологий, но на сегодня остается в рамках традиционного подхода, сложившегося еще в первой половине прошлого века. Это, в первую очередь, типологический подход. Архитектурное проектирование следует типологии зданий, проектирование конструкций – типологии конструкций.
Процесс проектирования объектов дизайна отличается от проектирования зданий и сооружений. Традиционно выделяют 4 стадии в разработке объектов дизайна: проектирование, конструирование, изготовление и эксплуатация. Можно утверждать, что в архитектурном проектировании отсутствует КОНСТРУИРОВАНИЕ как самостоятельный раздел. В тоже время, разработка строительных конструкций это проектирование и расчет элементов в рамках существующей типологии. Между тем, доля уникальных сооружений растет, в особенности в учебном проектировании, где все объекты уникальны, по определению. Уникальная форма требует соответствующих не стандартных технических решений. Существующие типы конструктивных решений далеко не всегда им соответствуют. Строительная конструкция, открытая в интерьере или в экстерьере становится элементом дизайна. Более того, конструкция с ярко выраженной пластикой становится больше похожа на скульптуру. Короче говоря, красивая конструкция это и есть дизайн. Сложившаяся система обучения конструкциям зданий не рассматривает эти аспекты и не соответствует современному представлению о конструировании, достаточно открыть любой учебник, чтобы в этом убедиться.
Современное программное обеспечение САПР позволяет продвинуть технологию архитектурного проектирования на новый уровень. Основу для такого утверждения дает новая идеология проектирования, так называемое Информационное Моделирование Зданий (BIM). Этот подход рассматривает процесс проектирования как взаимосвязанную систему, где любое изменение в проекте ведет к автоматическому обновлению всей системы. В первую очередь, это семейство продуктов Revit от Autodesk, охватывающих практически весь спектр вопросов проектирования от архитектуры до инженерных коммуникаций. В дизайне такого рода системы сформировались раньше. Это, например, Inventor, Solid Works, Solid Edge, Catia, Pro Engineer, NX и многие другие. Все они призваны автоматизировать процесс проектирования от создания эскиза до изготовления детали и соответствуют перечисленным ранее этапам, это «проектирование» CAD (computer aided design), «конструирование» CAE (computer aided engineering) и «изготовление» CAM (computer aided manufactoring).
Учебное проектирование, естественно, отличается от реального. Оно нацелено не столько на проект, как на конечный результат, сколько на развитие у студента фантазии и на преобретение навыков проектирования. Отсутствие конструирования как самостоятельной дисциплины особенно отчетливо проявляется в учебном проектировании. Так в сложные, с точки зрения реализации формы, студенты-архитекторы пытаются «вставить» существующие конструктивные изделия, что зачастую приводит к негативным результатам. С другой стороны, возможно ли в принципе добиться достаточного уровня детализации в рамках учебного архитектурного проектирования? Как выполняя, скажем, проект крупного общественного здания студент может достичь детализации рабочего чертежа? Естественно не может. Поэтому, в существующих рамках, проектирование завершается на уровне детального эскиза. И это закономерно, поскольку отсутствует этап конструирования как таковой. При этом, конструирование, как дисциплина, по определению не дублирует курс «Архитектурные конструкции», «Конструкции объектов ДАС» или любые другие конструкции, поскольку эти предметы изучают типологию существующих изделий, а не принципы архитектурного формообразования. Самое интересное, что предмет «Конструирование» не предусмотрен ни одной учебной программой. Чем это вызвано? Можно было бы сослаться на сложившуюся еще в начале прошлого века специализацию на архитекторов и инженеров, и в еще большей степени на типовое проектирование, когда конструирование было низведено до расчета оснований и фундаментов, но и современный зарубежный опыт мало что подскажет. Что мы знаем о технологии проектирования, скажем, Франка Гэри? Между тем, для его студии разработано специально приспособленное к конструированию архитектурных форм ПО «Digital Project» и это уже о многом говорит. Можно предположить, что технологии в ведущих архитектурных бюро, если и не являются производственной тайной, то по крайней мере не офишируются. Ясно одно, что на сегодня не существует цельной, тем более общепринятой и доступной, методики конструирования. Таким образом, содержанием такого учебного курса должен стать, с одной стороны блок лекций по теории конструирования, с другой, комплекс упражнений по конструированию форм в архитектуре и дизайне.
Где провести границу между архитектурой и дизайном, между проектированием и конструированием? Если просто, то там где кончается архитектурное проектирование начинается дизайн. Например, если в рамках архитектурного проектирования, фасад является результатом, главным образом, объемно-планировочного решения, то дизайн фасада подразумевает детальное конструирование всех его элементов, да еще вместе с суперграфикой, рекламой, пространственными ориентирами и осветительной арматурой. Таким образом, внешне это выражается прежде всего в уровне детализации, а посути это последовательные этапы единого процесса. Конструирование может иметь место на любых этапах создания объекта. Например, при разработке объемно-планировочной композиции. В этом плане характерен пример со зданием оперы в Сиднее. В первоначальном варианте, оболочки произвольной формы были смоделированы Уотцоном на макете. Из-за сложной формы оболочек инженеры долго не могли описать их математически, а следовательно и расчитать. И это в то время, когда уже начали возводить цокольный этаж (!). И только после того, как Уотцон был практически отстранен, инженеры спроектировали оболочки из сферических сегментов, которые смыкаясь, образовали стрельчатую форму. Сам образ сооружения от этого только выйграл. Этой проблемы можно было бы избежать еще в самом начале, если бы при создании объемно-планировочной композиции было уделено достаточно внимания конструированию, а именно разработке геометрической модели сооружения. Таким образом, на начальном этапе проектирования конструирование должно включать в себя процесс создания концептуальной модели объекта, с разбиением поверхности объемов на ячейки, панели и другие структурные элементы. Практически все компьютерные программы для архитекторов обладают таким набором инструментов для трехмерного моделирования. Концептуальное или геометрическое моделирование должно стать основой курса «Конструирование объектов ДАС».
Понятие «конструирование» не должно привязываться только к конструкциям зданий и сооружений. Пожарный гидрант возле входа в офис также становится элементом дизайна, если он выставлен на обозрение. Инженерные коммуникации должны быть объектом технической эстетики, если они влияют на архитектурную форму. В этом случае визуализация коммуникаций предполагает решение эстетических вопросов, тектоники и стиля. Все эти аспекты проектирования могут быть объединены таким понятием как «Информационная система объектов ДАС». Современные программные комплексы типа Revit от Autodesk включают в себя различные блоки, и в том числе для проектирования инженерных коммуникаций, например Revit MEP. Такие программы могут быть использованы также и в учебном проектировании для создания информационной модели объекта ДАС.
Не правильно было бы связывать конструирование элементов ДАС только с малыми архитектурными формами. Здесь может иметь место очень широкий спектр проектов, от дизайна дверной ручки до дизайна всего города. Дизайн промышленно-складской зоны вдоль железной дороги в городе или в его пригороде, с сооружениями инфраструктуры и инженерными коммуникациями, тянущейся на десятки километров, может быть примером синтеза дизайнерского и градостроительного проектов. Проектирование уличной мебели и оборудования, визуальных коммуникаций и освещения, все это также должно стать частью курса конструирования в дизайне. Таким образом, задачи конструирования и иерархия учебных проектов должны соответствовать существующей «Типологии объектов ДАС».
ЛИТЕРАТУРА
1. Казбек-Казиев З.А.Архитектурные конструкции. М.: Высшая школа, 1989.
2. Энтони Уайт, Брюс Робертсон Архитектура. Формы. Конструкции. Детали.Иллюстрированный справочник. М.: Астрель, 2005
свернуть
|
| |