student from 01.01.2021 until now
Moscow, Moscow, Russian Federation
BBK 85 Искусство. Искусствознание
The article is devoted to the structures of public buildings and the identification of a model of the formation of spaces by the method of parametric and generative shaping. The roles and work of the analytical algorithm for solving formative problems are also revealed.
public spaces, shaping, generative design, optimization, design methodology
Параметрическое и генеративное проектирование берет свое начало в XX веке, в период научно-технической революции. Новый метод, который начал формироваться с идеологией индивидуальности каждого объекта, дал дополнительный виток разнообразию производства. Средства автоматизации проектирования обеспечивают повторяемость и унификацию наиболее рациональных решений, с учетом повторяемости заданных параметров.
Процесс проектирования архитектуры с применением вычислительных технологий – это отношение к проекту как к системе последовательных действий, запрограммированных в соответствии с алгоритмом. Алгоритм в нашем случае — это инструмент, позволяющий в ходе проектирования интегрировать такие аспекты, как процесс формообразования и его оптимизация, конструирование архитектуры и инженерии, микроклимата внутри здания. Термин «параметризм» [4] выражает понимание процессов как проектирование, происходящее с помощью эволюционных последовательностей, с опорой на внутренние и внешние факторы; архитектура адаптируется под окружающую ситуацию и процессы созидания происходят внутри и снаружи.
Первоначальная идея достижения индивидуальности за счет средств программирования, которая основывалась на опоре на уникальные параметры, закладываемые для каждого объекта, в своем развитии дала результат прямо противоположный: средства автоматизации проектирования обеспечивают повторяемость и унификацию наиболее рациональных решений, с учетом повторяемости заданных параметров.
В современном контексте проектного процесса чаще всего встречается понимание общественного объекта как единой и целостной качественной структуры. В рамках данного исследования выполнена классификация общественных зданий со ссылкой на работу Анны Лазаревны Гельфонд о дуалистичном свойстве общественного пространства [1], которое демонстрируется качественными парами.
Пространства в сетке планировочной структуры общественного здания имеют значительное влияние на его функциональность, эффективность использования и восприятие посетителями. Благодаря цифровым методам проектирования удалось выявить и вычислить степень проявления дуалистичности свойств общественного пространства. Данный анализ выполнен методом анализа интегральных структур (рис. 1). Здание трактуется как единая целостная структура, и степени интеграции каждого пространства рассматриваются по отдельности в рамках этой структуры. Интегральный анализ пространств – это инструмент, позволяющий оценить пространственные характеристики отдельных пространств и функций внутри зданий при помощи вычислительных метрических рядов. Помещениям присваиваются коэффициенты в зависимости от их местоположения и функциональной связи. К примеру, какие-то помещения больше удалены от входа и от ключевых функций, какие-то связаны с другими меньше или больше, – в зависимости от данных факторов каждому пространству присваивается свой коэффициент. Коэффициенты и определение степени интегрированности в общую структуру всех пространств необходимы для последующей функциональной оптимизации в пространственной организации здания. Полученные коэффициенты для наглядности процесса подвергаются четырем видам анализа. Первый из них выявляет отношения помещений друг с другом. Второй – анализ выбора, выявляющий степень выбора; не фактическое расстояние от помещения до помещения, а структуру пространства: насколько удобно расположены помещения по отношению друг к другу, если пройти по всем возможным путям, насколько удобны и последовательны функциональные помещения. Третий и четвертый анализ демонстрируют и выявляют проблемы доступности.
Инструмент «космический синтакс» [5], используемый для аналитического представления проектных процессов как линейной связанной структуры, полезен и для представления общественной структуры, поскольку позволяет анализировать объект как живой микроорганизм.
При применении данного метода к пространственному анализу сетей дорог и пространств использованы исследования британских ученых; интегральный метод основывается на их инструменте, в частности на теории графов Леонарда Эйлера. На основе этого метода были выявлены два вида построения пространственных структур в составе общественных пространств (рис. 2). Первый вид — это древовидная структура. Ее свойства выражаются в целостности и непрерывностью объема. В данной структуре главный вход имеет большую степень интеграции, а каждое последующее помещение имеет подчиненные объекты. Второй вид — это параллельная структура. Ее свойства заключаются в том, что помещения могут располагаться на одном уровне и не быть связанными друг с другом иерархически, структура здания может иметь сквозные проходы в объеме здания или может быть выражена целым комплексом зданий, соединенных переходами.
Еще один интересный положительный метод в параметрической архитектуре – это вариативность. Следующим этапом применен плагин, позволяющий генерировать множество вариантов расположений помещений, зависящих от средовых характеристик. Плагин может быть особенно полезен при создании моделей, которые должны адаптироваться к изменяющимся условиям или окружению. Эти свойства помогают при формировании пространства с переносом функций в объём здания.
Таким образом, при разработке морфогенеза структурных пространств можно выделить четыре основных этапа определенных последовательных действий. Первый из них – выявление необходимых пространств для создания планировочной структуры, выделение их с указанием вычислительной площади. На втором этапе необходимо обозначить связи с помощью линейного анализа. Проделав путь от точки до точки (от помещения до помещения), получаем коэффициенты значимости того или иного пространства в конкретном здании, позволяющие проследить востребованность помещения, кратчайшие пути, общее пространство или приватное. Третий этап представляет собой подбор множества решений с планировочной структурой. Четвертый этап – оптимизация полученных решений и сопоставление планировочной структуры со средовыми характеристиками.
Здание в границах исследования рассматривалось как единая структурная взаимосвязанная сеть. Взаимодействие позволило перенести свойства, учтенные при анализе, на конкретную ситуацию, что предоставило возможность сформировать функциональное зонирование, сохранив принципы конструирования. Таким образом, получена глубинная среда с пространственными характеристиками. Данная зафиксированная зональность алгоритма может быть применена к любой ситуации.
Метод состоит из двух составляющих. На первом этапе автором задаются вводные данные, такие как применение красной линии участка, далее – высотные ограничения и второстепенные пути доступа. Второй этап заключается в получении двухмерной пространственной схемы с переносом в трёхмерную модель и дальнейшей ее оптимизации с применением климатических параметров и интегрирования нескольких аналитических процедур. Выявленные на пространственном зонировании функциональные общественные структуры ложатся в основу планировочного решения здания и влияют на систему архитектурных решений и других элементов здания (фасадная часть, ориентация и т. д.). Проектирование параметрической архитектуры может быть улучшено при использовании различных инструментов и аналитических методов, включая инсоляционный анализ. Он используется для изучения солнечной экспозиции здания и его окружения, чтобы определить наиболее подходящие места для установки окон, балконов и других элементов здания, которые могут повлиять на комфорт и потребление энергии. Этот анализ может быть особенно полезен для проектирования зданий с высокой энергоэффективностью, чтобы уменьшить зависимость от искусственного освещения и систем кондиционирования воздуха. Посредством анализа нескольких итераций, алгоритмов оптимизации формы, которые позволяют найти наиболее эффективную форму, учитывая заданные параметры, получены изменения формы здания (рис. 3). Также в алгоритм заложены особенности участка. В нашем случае – это проект досугового центра в Москве на улице Сретенка. При внедрении климатического анализа получен тихий двор, а также террасы на каждом этаже, что позволило визуально уменьшить высоту здания с улицы, сохранив историческую градостроительную ситуацию. С помощью анализа освещенности помещений и размещения оконных проемов форма здания была преобразована и этажи были развернуты под необходимым углом, чтобы сохранить благоприятную ситуацию внутри здания в плане инсоляции. Важным аспектом в формировании дальнейшего визуального облика является субъективность автора для принятия различных фасадных решений, поскольку такие понятия, как красота и устойчивость к городской среде невозможно просчитать в метрической системе.
Специфика современного использования компьютерных технологий и их применение в процессе компьютерного проектирования взаимосвязаны и могут осуществляться в разных сферах. Вычислительное проектирование применяется повсеместно в визуализации компьютерных идей, оптимизации конструктивных и инженерных структур зданий. В то же время программирование с началом расширения возможностей параметрического проектирования и моделирования позволяет применять в процессе создания архитектуры и другие инструменты, призванные регулировать значительно более сложные аспекты, подвластные ранее только эмпирическим способностям нейросетей сложной нервной мыслительной организации человеческого мозга. Подобные аспекты ранее учитывались только авторской волей. Сегодня существует информационное моделирование с применением атрибутов, служащее для более удобного и автоматизированного процесса создания документации, более прозрачного учета модели, такой как BIM.
Понимая архитектуру здания как набор данных и информацию в компьютерном мире, в рамках компьютерного моделирования можно сформировать свои собственные инструменты оптимизации структуры объекта на разных этапах процесса проектирования. Это и осуществлено в рамках данного авторского метода. Здесь использовано понимание теории графов как основы для оптимизации функциональной структуры здания и продумана система оценки качеств пространств в рамках структуры. Важным аспектом является то, что применение генеративных методов возможно использовать для повышения качества процесса проектирования, что было показано в рамках данного исследования. Автором также предложен алгоритм для использования программы Rinoceros в связке с Grasshopper в целях оптимизации пространственных решений.
1. Gel'fond, A. L. Obschestvennoe zdanie i obschestvennoe prostranstvo. Dualizm otnosheniy / A.L. Gel'fond // Academia. Arhitektura i stroitel'stvo. - 2015. - № 2. - S. 18-32.
2. Dopolnenie dlya programmy Grasshopper [Elektronnyy resurs ] // URL: https://www.food4rhino.com/en/app/magnetizing-floor-plan-generator (date of access: 26.04.2023).
3. Dopolnenie dlya programmy Grasshopper [Elektronnyy resurs] // URL: https://www.food4rhino.com/en/app/syntactic (date of access: 26.04.2023).
4. Eremeeva, A. A. Parametrizm v arhitekture. Poiski i resheniya / A. A. Eremeeva, S. B. Pomorov, T. V. Poydina // Vestnik AltGTU im. I. I. Polzunova. - 2014. - № 1-2. - S. 118-122.
5. Turner, A. From Isovists to Visibility Graphs: A Methodology for the Analysis of Architectural Space / Alasdair Turner, Maria Doxa, David O'Sullivan, Alan Penn. - DOIhttps://doi.org/10.1068/b2684 // Environment and Planning B: Planning and Design. - 2001. - Vol. 28. - P. 103-121. - URL: https://discovery.ucl.ac.uk/id/eprint/160/1/turner-doxa-osullivan-penn-2001.pdf (date of access: 26.04.2023).
