APPLICATION OF MODERN TECHNIQUES AIDED DESIGN FOR FORMING AND CALCULATION OF PROGRESSIVE ARCHITECTURE

Cover Page

Abstract


The increasing complexity and diversity of problems in the practice of contemporary ar- chitectural design, changes the socio-economic conditions of the architect work, this requires a further improvement of design process, extensive use of advanced methods, techniques and equipment in the architectural work. Every year, there is an expansion of implementation of computer technology in the architectural and construction design.

Методы автоматизированного проектирования используются на всех этапах создания объектов архитектуры. В связи с этим все более актуальной становит- ся задача эффективного использования столь мощного инструмента интенсифи- кации творческой деятельности. Современные методы автоматизированного проектирования оказали неоценимое влияние на формообразование современной архитектуры, более того можно констатировать появление нового архитектурного стиля - парамет- ризма (рис. 1). Свое начало данный стиль берет в методах анимационного моделирования [1]. Его последующее развитие основывается на продвинутых системах параметрического проектирования и скриптовых методах. Данный стиль получил широкое распространение благодаря студии Zaha Hadid Architects [2], а в особенности Патрику Шумахеру, который опубликовал «Ма- нифест параметризма». Параметризм вдохновляет архитекторов на создание архитектуры будущего. Дизайнеры и архитекторы стоят перед новым стилем, а не просто перед набором новых методов. Технические приемы, такие как использование анимации, симуляции, и инструменты формообразования, в равной степени, как и параметрическое моделирование и программирование, сформировали новое общественное движение с радикально новыми целями и ценностями. Отличительной чертой параметризма является чувство бесшовной текучести (рис. 2), созданное при помощи современных систем компьютерного моделирования. Методы автоматизированного проектирования основываются на применении таких вычислительных и моделирующих программ, как например, 3Ds max, Maya, Rhinoceros (рис. 3) с плагином Grasshopper, Autodesk Revit, Blender [3]. Данные платформы можно сравнить с одной из самых распространенных про- грамм для расчета в России - ПК Лира. Программный комплекс применяется для проектирования и расчета строительных и машиностроительных конструк- ций. Расчет выполняется методом конечных элементов на статические (силовые и деформационные) и динамические воздействия. Производится подбор или проверка сечений стальных конструкций и армирование сечений железобетон- ных конструкций. Выдаются эскизы рабочих чертежей, а также чертежи желе- зобетонных элементов. Множественные специализированные системы, позво- ляют моделировать работу массивов грунта, рассчитывать мостовые сооруже- ния, моделировать работу сооружения в процессе монтажа, исследовать пове- дение конструкции под динамическими воздействиями во времени и многое другое. Стоит заметить, что многие пользователи отдают предпочтение плагину Grasshopper, так как он дает возможность к, непосредственному, программиро- ванию и созданию собственных дополнений (аддонов), которые нужны для ав- томатизированного проектирования (рис.5, 6). Этапы разработки параметрических объектов, в большей степени, сосредоточены на автоматизированном подходе, который включает в себя: поиск формы, расчет конструкции и разработка чертежей. Одной из самых актуальных проблем в практике архитектора является поиск формы. Существует большое количество известных методов поиска, которые могут зависеть от образа, стиля, функций и назначения здания. Таким образом параметрический стиль подразумевает создание нового метода формообра- зования, основанный на применении такой программы как Rhinoceros с плагином Grasshopper [4]. Данная программа является не единственным ин- струментом для создания параметрической архитектуры, существует большое количество других, например, Autodesk Revit с плагином Dinamo [5]. Неоспоримым преимуществом всей системы параметрического проектирования является то, что можно редактировать модели, созданный в одной программе, а затем конвертировать и изменять в другой, таким образом возникает большое количество удобных путей и возможностей для проектирования. Плагин Grasshopper дает безграничные возможности формообразования. Процесс моделирования в Grasshopper - это создание алгоритма. У Grasshopper нодовый интерфейс (рис.3), это значит, что мы не пишем текст скрипта, а со- единяем ноды (компоненты или «батарейки») и задаем некоторые опции. Алго- ритм состоит из исходных данных или параметров (чисел, геометрии Rhino или Grasshopper, сторонних данных) и последовательности действий с ними. В ре- зультате генерируются как геометрия, так и сопутствующая информация (объе- мы, площади, маркировка, размеры и т.д.). Как результат, в любой момент мож- но поменять исходные данные (например, пути сдвига, количество точек деле- ния, высоту или количество копий) и вся модель перестроится. Отличие генера- тивного моделирования от традиционного подхода состоит в том, что мы созда- ем не просто модель, а логику, по которой можно получить модель при любых исходных данных. Создав скрипт один раз, его можно многократно использо- вать и редактировать дальше. Самым известным методом является создание на- бора точек, затем линии по существующим точкам, после чего набор линий можно превратить в любую поверхность. К этому можно применить большое количество модификаторов: скручивание, изгиб, выталкивание и т.д. Такой подход автоматизированного формообразования зависит от самой программы и от архитектора, который задает основные параметры, но форма может быть са- мой непредсказуемой, на этом этапе архитектор принимает решение о целесо- образности и эстетических составляющих очертаний будущего здания. При вы- боре формы архитектор в первую очередь основывается на назначении здания и на техническом задании заказчика. Если говорить о параметрической архитек- туре, то такие здания, изначально, представляют собой сложную геометрию. Таким образом зачастую здания гражданского назначения проектируются более экономичными и менее авангардными, а при разработке общественных зданий (театры) (рис.4) у архитектора появляется больше свободы для творчества и можно заметить появление еще более сложной геометрии. Такой прогрессив- ный подход все время толкает архитектуру к образованию новых направлений и стилей [6]. Когда процесс формообразования завершен, необходимо рассчитать конст- рукцию на прочность, подобрать узлы и принять решения по технической со- ставляющей проекта, а также протестировать, выбранные (по эстетическим критериям) формы и найти оптимальные (экономичные) варианты. На данном этапе возможно воспользоваться тем же универсальным плагином Grasshopper, к которому в свою очередь нужны дополнения, называемые аддонами. С помо- щью дополнения galapagos можно оптимизировать модель под конкретные тре- бования, например, найти наилучшее расположение объектов, минимизировать количество материала для производства или найти оптимально освещенную форму [7]. Сначала необходимо указывать какие параметры мы хотим менять и какое число необходимо максимизировать или минимизировать. После запуска компонента, galapagos подбирает случайные исходные значения, просчитывает результат. Далее он скрещивает наиболее удачные комбинации значений под- бирая те, при которых будет достигнут наилучший результат [8]. Таким образом симулируется эволюционное развитие модели. С помощью дополнений можно: • симулировать физические явления, гравитация, и отталкивание, прогиб и др. (с помощью Kangaroo) (рис. 5). • создавать циклы или петли, то есть повторяющуюся часть скрипта. В ча- стности, с помощью петель можно создавать фрактальную геометрию (Anemone, Hoopsnake) • рассчитывать конструкции на прочность [9], автоматически подбирая узел с наименьшим количеством материала (Karamba), а также с помощью этого до- полнения можно задавать любые деформации конструкции (рис. 6). • панелизировать поверхности, создавать фермы и пространственные обо- лочки (LunchBox). Разработка чертежей и документации является важнейшим процессом в ар- хитектурном проектировании. Обычно используют системы CAD или Revit. На этом этапе также можно использовать плагин Grasshopper с аддоном Tekla. Примером такого инновационного подхода является проект пешеходного моста в Париже [10], разработанного DVVD Architects (рис. 7). Метод автоматизированного проектирования помог автору создать парамет- рические архитектурные объекты: проект многофункционального жилого ком- плекса в Москве (рис. 8) и проект участка блокированных домов в Бресте (рис. 9). Модели зданий были выполнены в программе Rhino c дополнением Grass- hopper. Заключение. Прогрессивная архитектура создала новый стиль и метод про- ектирования, открывая новые универсальные программы, делающие процесс проектирования многофункциональным и удобным. Что касается математиче- ского обеспечения процесса проектирования сложных форм, то здесь можно указать на работу [11], где даны уравнения более 500 аналитических поверхно- стей и показаны возможности некоторых из них применительно к прогрессив- ной архитектуре. Архитектурные формы, построенные на основе произвольных поверхностей, не задаваемых аналитически, рассмотрены также в статье [12].

M S SALEH

Peoples' Friendship University of Russia, Moscow

Email: ey_marisha33@yahoo.com

Views

Abstract - 523

PDF (Russian) - 173


Copyright (c) 2016 САЛЕХ М.С.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.