ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И РАСЧЕТА СООРУЖЕНИЙ ПРОГРЕССИВНОЙ АРХИТЕКТУРЫ

Полный текст

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].

Об авторах

МАРИЯ САЛЬВАНОВНА САЛЕХ

Российский Университет Дружбы Народов

Email: ey_marisha33@yahoo.com
студент 117198,Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы