Для чего архитектор использует компьютер
Может ли компьютер думать за архитектора, или Что такое параметрическое проектирование
Недавно тут была статья о параметрических зданиях Захи Хадид, но из текста не слишком понятно, что же такое параметрическая архитектура в принципе. Параметры — это что-то, имеющее отношение к уравнениям, описывающим “модные, стильные, молодёжные” линии современных зданий? Нет, всё интереснее. На самом деле параметрическое проектирование — не столько красиво изогнутые трёхмерные объекты, сколько генетические алгоритмы, полиморфизм, мобильность, анализ комплексных систем и прочий матан. Если вам интересно, что сейчас происходит на стыке архитектуры и информационных технологий, читайте дальше.
Добавлю интриги: сами архитекторы называют “параметрическими” массу самых различных вещей. Как обычно, разложить по полочкам можно только прошлое, а в настоящем — сплошное кипение и путаница.
0. Параметризм — это визуальный стиль
О стилистике плавных линий и изогнутых поверхностей и соответствующих инструментах проектирования надо говорить или много, или ничего. Они просто есть и дают тот узнаваемый результат, который все вы не раз видели.
Кстати, то, что вы прочитали только что — просто стереотип. На самом деле параметрическое здание может выглядеть как угодно, хоть строгим параллелепипедом без окон. Так что картинок в этом разделе не будет. То, что скрывается за красивыми рендерами, гораздо интереснее их самих.
1. Параметризм — это когда форма создаётся при помощи анализа процессов, которые внутри неё будут происходить
Информационное моделирование выводит функционализм на новый уровень, когда процессы, происходящие в здании, рассматриваются как отдельная сущность, наподобие “четырёхмерной морковки” Хокинга, а здание её как бы оборачивает собой, не привнося лишнего.
В списке строений Захи Хадид есть передвижной выставочный павильон, несущие конструкции которого являются одновременно и стенами, и кровлей, и мебелью, и оформлением интерьера, и направляют движение посетителей между экспонатами по нужной траектории. Максимально соответствует функции, да ещё и разбирается, когда не нужен — зачёт! Крупные здания отличаются материалами и конструкцией, но принцип в основу заложен тот же.
Среди традиционных зданий такие образцы тоже есть, например, античный амфитеатр в естественной впадине рельефа, где дно — сцена, а склоны — и сиденья, и ступени, и несущая конструкция, и акустическая поверхность, управляющая распределением звука. Ни прибавить, ни убавить.
Однако в погоне за оптимизацией пространства архитекторы умеют забывать о психологическом комфорте пользователей своих творений, поэтому далеко не все “параметрические” творения любимы горожанами.
2. Параметризм — это когда объект меняется, реагируя на свойства среды или новые функциональные требования
Трансформируемость, мобильность, способность взаимодействовать с окружением — важный ориентир для всех современных архитекторов, но для авангардистов это имеет особенное значение.
Вы знаете, что у обычной шишки чешуйки плотно прижимаются друг к другу в дождливую погоду и растопыриваются в сухую благодаря циклу набухания и высыхания древесных волокон? Это — то, к чему сейчас стремятся передовые архитекторы: чтобы сооружение реагировало на перемены своими основными элементами, а не сложными и дорогостоящими техническими устройствами.
Инсталляция «HygroScope – метеочувствительная морфология» в Centre Pompidou, Париж.
“Умное” здание, нашпигованное датчиками и управляемое программой уже стало мейнстримом, теперь исследователи ищут неэлектронные методы и нестандартные материалы. Например, использование термопар, чтобы нагреваясь на солнце, элемент деформировался нужным образом.
“Надувное” офисное здание Media-ICT.
Современные здания дышат, шевелятся, открывают и закрывают “глаза” при помощи диафрагм, генерируют внутри облака из азота, динамически меняют оптические и теплоизоляционные свойства самого стекла и так далее — в общем, живут насыщенной и интересной жизнью.
Не буду перечислять бесчисленные примеры, превращая пост в кунсткамеру. Обзор нескольких известных параметрических зданий можно увидеть тут. Давайте лучше заглянем в компьютеры проектировщиков.
Для проектов, где объект существует в динамике, привычных CAD-ов недостаточно, и необходимо применять BIM (информационное моделирование зданий). Мир постепенно переходит к технологии “виртуального здания”, но на нашем участке суши пока отстают от этой тенденции (если интересно, почему, читайте разбор с графиками тут).
3. Параметризм — это когда объект создаётся по заранее разработанному алгоритму на основе большого объёма входящих данных
С помощью BIM-программ можно параметризировать проектирование в буквальном смысле, превратить его в “3D-уравнение”. То есть, создать модель, которая благодаря заданным зависимостям будет сама подстраиваться под обстоятельства. Или сформировать набор правил, которые на основе имеющейся информации будут генерировать что-то новое. Алгоритмический морфогенез применим как в минимальных объектах, типа автобусных остановок, так и в крупномасштабных, на уровне градостроительства. Кстати, бюро Захи Хадид и Патрика Шумахера “широко известно в узких кругах” параметрическими генпланами городов, формируемыми при помощи скриптов (КДПВ демонстрирует один из них, это Сингапур).
Вот любопытный ролик, который иллюстрирует параметрический полиморфизм. Текст там не на русском, так что немного поясню происходящее в кадре.
Основной объект — квартал из нескольких зданий. Количество его сторон, их длины и углы между ними можно менять. Здания сами подгоняют свою этажность, количество квартир и комнат в зависимости от этих параметров. Сцепляясь между собой, кварталы образуют сеть, которая в зависимости от числа жителей и активности транспортного потока меняет ширину улиц, выделяет главные и может заменить там часть жилья общественными учреждениями, например, магазинами в первых этажах. Это исследовательская работа, а не реальный инструмент проектирования, но по нему вполне можно понять тенденцию.
Для здания можно написать алгоритм морфогенеза, который применительно к разному исходному материалу выдаст разные результаты, но они будут членами одной “популяции”. Получается архитектурный полиморфизм, современная замена типовому строительству: типизировать можно и так, чтобы одинаковых зданий не было, но были одинаковые технологические и конструктивные приёмы.
Картинка отсюда.
С помощью задания зависимостей можно генерировать и объекты, органично вписывающиеся в уже существующую городскую среду. Именно в этом контексте архитекторы используют понятие “генотип”, подразумевая набор основных параметров, свойств, связей, характеризующих здание или место. Для определения этих “генов” и матрицы взаимодействий между ними всё чаще используют анализ big data и численные аналитические методы. Например, в 1970-х структуру города можно было одновременно анализировать по 2-3 признакам, и это было круто, а самый современный мне попадавшийся пример анализа выяснял закономерности развития около 400 регионов по 25 параметрам.
А чем архитекторов вообще не устраивают «нормальные человеческие» методы проектирования?
Ещё не так давно любое сооружение и создавалось, и воспринималось как цельный статичный объект: дом жилой — одна штука. Сейчас происходит смена парадигмы, каждое строение начинает рассматриваться как динамичная система, элементами которой являются не только материальные объекты, но и незримые: связи, ассоциации, точки и оси восприятия и так далее. Эмерджентность архитектурных систем задаёт обширное поле для исследований, и параметрическая архитектура — это кое-что из того, что получается в итоге.
За рубежом в области внедрения системного анализа, автоматизации и алгоритмизации в проектирование работают как частные фирмы, так и специализированные лаборатории крупных университетов. В России пока только первые ростки, например, образовательная инициатива “Точка ветвления” занимается популяризацией вычислительных методов в архитектуре.
Так может ли компьютер думать за архитектора? Пока нет. Но будущее уже где-то рядом.
Презентация на тему: Компьютер в профессии архитектора
Компьютер впрофессии архитектора Выполнила: Жукова ЯнаПроверила: Филатова Н. И.2011г.
Цели: 1. Выяснить какими программами пользуются архитекторы;2. выделить самые популярные;3. Изучить принцип их работы;
Chief ArchitectПрактически идеальная и мощная программа для дизайна интерьеров, удачно сочетающая удобный интерфейс, легкость в освоении и богатую библиотеку клипартов. Работая с Interior Designer, не нужно долго и нудно выводить каждую линию и быть мастером по точному наведению мыши – благодаря опции соединения стен фундамент и каркас дома вырисовываются буквально за пару секунд.В распоряжении пользователей Chief Architect X2:- инструменты 3D Roof Designer и 3D Wall Designer для создания трехмерных моделей крыш и стен зданий.- Более 500 высококачественных САПР-чертежей различных архитектурных элементов- инструментарии Kitchen, Bath, Cabinet, Dormer и др.- цветовые палитры Color Palette- средства проектирования систем жизнеобеспечения- быстрая визуализация методом трассировки луча (Raytrace Rendering)
AutoCADAutoCAD — двух- и трёхмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk. Первая версия системы была выпущена в 1982 году. AutoCAD и специализированные приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности. Программа выпускается на 18 языках. Уровень локализации варьируется от полной адаптации до перевода только справочной документации.
Autodesk RevitAutodesk Revit Structure 2012 – специализированное решение для проектирования и предварительного анализа конструкций, основанное на технологии BIM (информационного моделирования зданий). Продукт позволяет создавать конструктивную модель, состоящую из различных несущих элементов и материалов, а так же ее аналитическую модель с возможностью корректировки и дальнейшего экспорта в расчетные программы.
3D Maxполнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, разработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как в 32‑битных, так и в 64‑битных). Весной 2011 года выпущена четырнадцатая версия этого продукта под названием «3ds Max 2012».
Компьютер для архитекторов и прорабов: как технологии меняют строительство
Не секрет, что строительство – одна из самых консервативных сфер. Причин тому множество – слишком большое число участников процесса, слишком высокие затраты на внедрение изменений, слишком мало людей, готовых обучаться и перепрофилироваться. Однако, несмотря на все эти «слишком», XXI век ставит перед фактом – в эру диджитализации ни одна отрасль не может противиться наступлению технологий. Как они меняют строительство, расскажет коммерческий директор Trimble Solutions Россия Денис Купцов.
Строительство является одним из крупнейших сегментов мировой экономики, в котором ежегодно расходуется около 10 трлн долларов США и занято 7% трудоспособного населения планеты.
По данным исследования McKinsey, потенциал автоматизации рабочих мест в так называемых непредсказуемых сферах составляет от 25 до 67%. Это в том числе относится к строительной отрасли и таким работам, как производство замеров, создание чертежей и их перевод в рабочую документацию.
Весь цикл строительства можно условно разделить на три больших стадии:
Первый и очень важный этап, от качества исполнения которого во многом зависит успех всего строительства, его сроки и объемы затрат. Именно здесь внедрение технологий способно принести максимальную пользу, значительно увеличив производительность и сократив расходы на последующих стадиях.
Из чего состоит здание? Из фундамента, стен, кровли, перегородок, инженерных систем и многого другого. Когда речь идет о проектировании, необходимо не просто сделать чертежи каждого элемента, но и полно и в срок предоставить весь массив данных по ним другим участникам процесса – например, информацию о том, что в железобетонных панелях в определенных местах должны быть отверстия для электрики. Все еще существующий бумажный формат давно устарел: подготовка простых чертежей, внесение в них изменений, согласование и передача исполнителям требуют значительного времени и усилий. Поэтому одной из ключевых технологий, быстро завоевавшей популярность и доказавшей свою эффективность, стала технология информационного моделирования, или BIM. Создаваемая с помощью специальных IT-приложений многомерная BIM-модель здания не просто показывает, как оно будет выглядеть, а несет в себе полные сведения обо всех элементах конструкции – их размерах, материалах, особенностях монтажа и эксплуатации – учитывая буквально каждый кирпич и проводок.
По данным исследования «Конкуратор», в России именно проектировщики первыми оценили внедрение данной технологии, благодаря которой более чем на 30% снизилось число ошибок, до 100% выросло количество обнаруженных и устраненных пространственных коллизий, на 20-30% ускорился процесс проектирования, в три раза сократилось время, необходимое на подготовку рабочей документации.
Неоспоримым преимуществом является и тот факт, что при использовании цифровой модели, все участники строительства могут участвовать в поиске оптимальных решений еще на этапе проектирования.
На этом этапе компании-подрядчики занимаются созданием деталей и систем для проекта. В строительстве есть такое понятие, как RFI– request for information, или запрос дополнительной информации. Производители часто задают проектировщикам уточняющие вопросы, а в случае недостатка информации считывают чертежи с бумаги или pdf формата так, как получается. Это нередко приводит к необходимости переделок, а значит, и к дополнительным расходам и увеличению сроков выполнения работ. Согласно исследованию KPMG, с 10%-м отклонением от бюджета за три года были завершены лишь 31% строительных проектов, от первоначального срока – всего 25% проектов.
Решением снова становится BIM. Информационное моделирование позволяет создавать модели с определенным уровнем детализации (LOD– level of development). Чем выше показатель, тем более ясна производителям даже самая сложная задача.
Еще одна инновация, которая приходит на помощь на этапе производства, – это префабрикация, технология, по которой создаются модули, которые потом, как конструктор, собираются непосредственно на стройке. С ее помощью изготавливаются фасадные панели, предварительно смонтированные инженерные системы, некоторые элементы конструкций и др. По данным компании Bryden Wood, до 30% задержек в строительных проектах связаны с низкой производительностью, отсутствием материалов, недостатком информации о конструкции и нехваткой рабочей силы. Работа с композитными компонентами, технологией префабрикации и BIM-моделями позволяет решить эти проблемы.
Процесс непосредственного возведения зданий и сооружений сегодня наименее диджитализирован. По данным статистики университета Беркли, полный цикл стройки можно разделить на три составные части: 30% занимает производство, 30% – логистика и 40% – ожидание. Последнее связано с тем, что данные, необходимые для перехода стройки в активную фазу, распределены между множеством участников, а их передача затруднена. Поскольку любой застройщик заинтересован в сокращении сроков работ (а с ним и расходов), на первый план выходят задачи уменьшения фазы ожидания, повышения актуальности информации и ускорения обмена ею между исполнителями.
Здесь одной из самых востребованных инноваций является облачное управление проектами. С его помощью можно отслеживать и корректировать график выполнения работ; подключать к реализации проекта роботов; контролировать текущее состояние дел, используя лазерное сканирование и сравнивая полученные данные с моделью; использовать доступ к модели через мобильные консоли для сверхточных монтажных работ; координировать действия специалистов на площадке в режиме реального времени. Применение данной технологии позволяет ускорить работу за счет предоставления каждому участнику доступа к приложению, где легко добавить свежую информацию или получить нужные сведения в удобном формате, чтобы быстро принять решение. Благодаря этому, производительность может вырасти с 30 до 50%.
Одним из примеров успешного использования вышеупомянутых технологий, включая BIM и облачное управление проектами, может служить Олимпийский стадион в Баку. Он был создан в соответствии с международными стандартами для стадионов, установленными УЕФА. На проектирование и строительство отводилось всего 18 месяцев. Соблюсти жесткие сроки позволил прогрессивный подход к моделированию. Несмотря на то, что основные участники процесса находились в разных городах – проектировщики в Нью-Йорке, специалисты инженерных систем в Стамбуле, сама стройка в Баку, – использование информационных моделей и облачного управления проектами позволило не только сдать объект в срок, но и выполнить 13 000 000 человеко-часов безаварийной работы с начала строительства.
Еще один пример – проектирование и возведение одной из отечественных АЭС, где затраты на информационное моделирование составили 18 млн рублей, а экономия за счет сокращения сроков работ и оптимизации технологических процессов – 1,687 млрд. Кстати, планировалось применять BIM-системы для ювелирных работ по восстановлению пострадавшего в пожаре собора Нотр-Дам де Пари. Так технологии XXI века не только создают совершенные инженерные объекты будущего, но и служат сохранению наследия прошлого.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СОВРЕМЕННОЙ АРХИТЕКТУРЕ
Предмет изучения. Использование компьютерных технологий в проектировании.
Цель работы: изучение положительных и отрицательных сторон влияния компьютерных технологий на архитектуру.
Первым образцом компьютерного проектирования стал Музей Гуггенхайма в Бильбао, Испания (рис. 1). Построенный еще в 1997 году архитектором Фрэнком Герри, он стал началом эры криволинейных архитектурных форм, которые ранее невозможно было просчитать.
Рис. 1. Музей Гуггенхайма в Бильбао
Рис. 2. Музыкальный центр в Сиэтле Рис. 3. Музей Гуггенхайма в Нью-Йорке
Рис. 4. Blur Building
Майкл Янтцен, архитектор из Америки, создал удивительный дом-невидимку (рис. 5). Оригинальный видеоэкран, установленный на фасаде, полностью «растворял» дом среди окружающего пейзажа.
Рис 5. Дом-невидимка
Авторы всех этих необычных проектов попытались разрушить традиционные представления об архитектуре. С помощью компьютерных технологий сегодня можно воплотить в жизнь абсолютно любую, самую необыкновенную и сумасшедшую идею. Понятие утопичности архитектуры уничтожено цифровыми технологиями.
Вместе с тем следует отметить проблемы оцифрованной архитектурной деятельности.
Сегодня в большинстве случаев роль компьютера скорее связана с его использованием в качестве «подручного» инструмента, который предлагает удобные формы визуализации проектируемых объектов, моделирования, архивации, размножения и др.
Однако тенденция быстрого и интенсивного внедрения компьютера во все сферы проектирования убеждает в том, что машины становятся все «умней» и архитектор вынужден будет изменить отношение к компьютерным системам настолько, что это заставит переосмыслить и изменить роль архитектора-человека в процессах проектирования и строительства объектов искусственного окружения. Однозначно, вычислительная техника является главным помощником современного архитектора, значительно упрощая его работу. Кр. Александер, обсуждая вопросы использования компьютера в профессиональной архитектурной деятельности, высказал следующее суждение: «Компьютер по существу является огромной армией клерков, вооруженных руководствами, карандашами и бумагой, все они бестолковы и совершенно безынициативны, но способны выполнить миллионы строго и однозначно сформулированных операций. Обсуждая то, как компьютер может быть использован в архитектурном проектировании, мы должны прежде всего спросить себя о том, какие именно проблемы в проектировании мы можем доверить решать такой армии клерков … и тогда станет понятно, что таких проблем очень немного». Действительно, компьютер не имеет никакого отношения к сфере творчества, проектирования, не понимает композиционных нюансов.
Современное развитие технологий создания виртуальной реальности благодаря цифровой технике убеждает нас в невероятных возможностях гипостазирования, когда мы не способны определить с уверенностью, что воспринимаемое изображение является реально существующим, или же всего лишь виртуальной иллюзией, миражом. Уровень создаваемых на экране иллюзий современного кинематографа убеждает в том, что это лишь начало процесса сотворения не только особой антропогенной среды, но и нового мира – нереального, виртуального, где все происходит по другим законам, которые могут и противоречить реальным (рис. 6).
Рис. 6 Примеры представления особой антропогенной среды (нового нереального мира)
Несомненно, компьютерное проектирование имеет много достоинств, к примеру, высокая скорость выполнения работы, возможность коллективного труда, стоимость и тд.
Сегодня технические возможности и программное обеспечение компьютеров уже набрали уровень качества, необходимый для обеспечения проектирования в режиме сложного 3D моделирования. Но современное архитектурное проектирование не готово к переходу на пути новых проектных методологий, и эта неготовность обусловлена недостаточностью научных разработок естественно-научного характера именно в отношении архитектурного феномена. Многие передовые архитектурные группы предпринимают самостоятельные поиски более передовых архитектурных проектных методов. Примечателен опыт проектирования упомянутого ранее американского мастера современной архитектуры Фрэнка Герри. Ему принадлежит наиболее успешный опыт архитектурного проектирования в программах, ориентированных на решение задач в других областях. Им была использована программа CATIA7, благодаря которой он оцифровывал результаты пространственного сканирования макетов, а затем, после работы в программе, вновь создавал реальные макеты с помощью 3-мерных принтеров (рис. 7).
Рис. 7. Архитектор Фрэнк Герри и его макет
Сегодня мы живем в условиях технологической цивилизации. Множество проблем – от увеличения продолжительности жизни до заполнения досуга – решаются с помощью технических средств. Они часто создают иллюзию решения задачи там, где ее на самом деле нет. К примеру, у инженеров иногда возникают иллюзии того, что они и сами способны создавать полноценные архитектурные объекты, не «заморачивая» себе голову «композиционными приемами художественной выразительности» и пространственными морфотипами архитектурного формообразования. Компьютер, благодаря разработке программ алгоритмического твердотельного моделирования виртуальных геометрических форм, только усиливает эту иллюзию самодостаточности. Но за границами такой методики остается невостребованной вся культура предшествующего опыта формирования человеком своего окружения.
Вывод.
Кибернетизация современного мира является непреложным фактом. Нравится нам это или нет, но следует признать, что именно за цифровыми технологиями будущее интереснейших архитектурных произведений.
Сегодня компьютер не заменяет самого архитектора, а, по большому счету, всего лишь устраняет карандаш, линейку и чертежную доску. Компьютер может стать могущественным инструментом моделирования архитектурных объектов в будущем. С развитием компьютерных технологий неизбежно изменятся традиционные методы архитектурной деятельности, математические инструменты будут активно включены в описание и оперирование с двухмерной и трехмерной геометрией архитектурной формы.
Список литературы:
Удивительные технологии в современной архитектуре. URL: http://privatdom.info/arhitektyra/126-newarhi.html.
Cr.Alexander. The Question of Computers in Design, N-Y, 1967.
Шубенков М.В.: Проблемы архитектурной деятельности в условии развития компьютерных технологий.