Архитектурное проектирование: смена парадигм Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Архитектурное проектирование: смена парадигм

М.В.Шубенков

Проектирование родилось в тот момент, когда человек начал зарисовывать будущее решение или его части. С тех пор сменилось несколько принципиально разных подходов к тому, как вести проектирование, какую роль оно выполняет в цепочке от момента появления потребности в создании объекта и до его воплощения в материале. Нет прямых свидетельств того, что существовала специальная проектная документация у древних вавилонян, египтян, греков или римлян, но есть следы того, что с самого начала строительной деятельности накапливались знания, навыки и методы предварительной подготовки строительства, и они были связаны прежде всего с определенными геометрическими познаниями, необходимыми для описания и построения строительных форм. Эта возникшая проектная традиция предопределила формирование специфического «языка», на котором можно было сформулировать задачу создания объекта и описать сам объект.

Первоначально компьютер появился в архитектурных офисах для решения практических нужд - копирования, расчета, документирования, хранения информации, но за короткий промежуток времени он вклинился в святая святых - проектирование и уже сегодня претендует на полноправного партнера,требующего корректировки самого процесса профессиональной деятельности. По сути, сначала

роль компьютеров сводилась к репликации человеческих способностей, и этим определялось место компьютера в процессе проектирования. Позже его роль начала изменяться и привела к созданию систем, которые стали интеллектуальными помощниками, даже партнерами, которые облегчали и выполняли большинство тривиальных задач и повышали эффективность проектных решений в целом.

Главная направленность современного использования компьютера обусловлена появлением новых методов проектирования, по-прежнему связанных с традициями ручного проектирования. Компьютер просто был призван их уточнять, ускорять, упрощать, размножать и т.д. Проблема внедрения этих методов заключается в том, что проектировщик не до конца осознает реальные возможности компьютера и рассматривает его как дополнительный инструмент, но при этом компьютер действительно способен виртуально предугадывать проектные события благодаря динамическому моделированию поведения будущего объекта. Многочисленные си-муляционные модели уже созданы и успешно служат в разных областях деятельности. Эта способность компьютера широко используется в тренажерах, играх, испытательных программах, кинематографе и анимации. При этом важно отметить, что это использование породило принципиально новые

Параметрическое проектирование многофункционального комплекса Параметрическое проектирование многоуровневых жилых с использованием МиНВБ-поверхностей. Архитектор Е.Ердинер структур. Архитектор Дж.Стодарт

4 2010 17

жанры и продукты, а не только улучшило традиционные. Важнейшим моментом понимания сути компьютерного проектирования является то, что оно не может стать продуктом проектной деятельности, а ценность его в том, что оно определяет процесс. Мир компьютерного проектирования принципиально отличается от мира традиционного ручного проектирования.

По мере вступления архитектуры в информационную эру приоритет в проектировании перешел от объекта к процессу его создания: важным стало не столько то, что проектируется, сколько как это происходит. Другими словами, процесс проектирования и задействованные в нем технологии оказались не менее существенны, чем результат. Творческий и созидательный потенциал орудий и средств производства, возникших за последние годы, открыл для архитектуры совершенно новые возможности, которые еще ждут своего осмысления как в эстетическом, так и в экономическом плане.

Безусловно, конечный архитектурный продукт выигрывает от постоянно возрастающей наглядности симуляционных компьютерных технологий, касается ли это пространственно-геометрической организации объектов, их статического расчета, расчетов инсоляции и освещенности, экологических характеристик, потребления энергии, экологии, контроля над бюджетом проектирования и строительства. Наряду с использованием современных коммуникационных технологий цифровые технологии помогают осуществлять контроль за процессом проектной и строительной деятельности во всей ее полноте.

Сегодня мы остро нуждаемся в психологическом и эстетическом осмыслении этого техногенного феномена, в построении соответствующих теорий. По мере усложнения программ и наращивания расчетных и накопительных возможностей аппаратных средств мы сталкиваемся с тем, что компьютер все чаще заставляет нас задумываться о его непознанных, тайных, непредсказуемых возможностях, о его способности порождать мистические и многозначные сообщения, не объяснимые традиционными методами их анализа. Даже динамическая абстрактная заставка на экране мони-

тора компьютера во время его «сна» способна нас гипнотизировать и бесконечно провоцировать воображение, хотя в ее основе заложен достаточно простой алгоритм генерирования изображения.

Видимо, нам следует признать, что компьютерное проектирование представляет собой абстрактный, амбициозный, неясный и непредсказуемый интеллектуальный феномен. Это не имитация функций человеческого мозга, и как бы ни развивалась технология, компьютер никогда им не станет. Развитие компьютера предопределено другой природой его строения. Он может стать проводником человеческого воображения, источником человеческих идей, даже порталом для человеческого сознания при вхождении в другие миры, но при этом для компьютера это навязанные задачи чуждой человеческой природы. Многие исследователи ищут пути объединения человеческих и компьютерных ресурсов на основе новых философских и естественнонаучных подходов. В частности, наиболее перспективным считается синергети-ческий подход, предусматривающий формирование алгоритмических стратегий выработки решений, основанных на си-нергетических отношениях хаоса и порядка между человеческим разумом и компьютерной системой.

С другой стороны, развитие компьютерных возможностей, рационализация проектирования,упрощение компьютерной репрезентации результатов проектирования и другие новшества порождают неоправданные ожидания и переоценку возможностей компьютерных технологий. Студенты, приступающие к изучению CAD-систем, часто ищут те волшебные кнопки на клавиатуре, которые надо просто нажать, и тогда проект появится сам.

Но вернемся к архитектуре и ее отношениям с компьютером. Немного истории. В свое время важным этапом в развитии компьютерного проектирования были работы Вильяма Митчелла (W. Mitchell) «Vitruvius computatus» (1973) (3) и Кристофера Александера (Cr. Alexander) «Notes on the Synthesis of Form» (1964) (4), связанные с попытками манипулирования архитектурной формой по заранее заданным правилам. Основные структурные

Отечественный опыт построения объектов параметическими методами. Архитектор А. Канюков

Поиск новых приемов в градостроительном формообразовании. Опыт учебного проектирования в Архитектурной ассоциации Лондона

18

2010

и функциональные элементы объединялись в некие заготовки, необходимые для создания объемов (элементов композиций), которые в последующем предопределяли формирование зданий и их комплексов. Все элементы вводились в память компьютера в символической форме, и пользователь оперировал ими, манипулируя символами по правилам. При этом соблюдались академические традиции проектирования. Это было началом будущей алгоритмической архитектуры.

В 1980-е годы, когда компьютер только начал свое широкомасштабное внедрение в проектирование, на фоне модернистских образцов архитектуры стали появляться странные, труднообъяснимые, облакоподобные проекты так называемой «нелинейной» архитектуры. Ее появление связывали с попытками поиска новых оригинальных стилистических направлений в рамках модернизма. Практика авангардистских проектов, выполненных П.Эйзенманом,Фр.Гери, группой Мор-фозис, 3. Хадид и другими, демонстрировали эти поиски, С каждым годом росло количество архитекторов, которые строили свои архитектурные концепции на основе современных возможностей информационно-компьютерных технологий и развивали нелинейную стилистику. Рождалась новая парадигма1 архитектурного проектирования, в основе которой лежали новые ключевые понятия, такие как оцифровка и преобразование, параметризация и алгоритмизация. Компьютер стал диктовать свои правила, предусматривающие обязательную рационализацию, причинность, логичность, выводимость, экстраполяцию и комбинаторность. Человеческий

1 Парадигма - совокупность ценностей, методов, подходов,технических и гуманитарных навыков и средств, принятых в профессиональном сообществе в рамках устоявшейся профессиональной традиции в определенный период времени.

ВТ 1111РЯ ШГ

ИйВШ шА ■ шШЩЩж

к^ЧИЁЙЯ

ввяд 1 А Н Ыа^Ш^

ЩннН

щщщ щрн ИМ|

ИгЗ£ри ш^щщЯ рщЯ 18ш1Я шшщШ Штж ■ММ ■ да х- 5 Н

¡рвя

РИИ ц™ шшжш

Пример параметрического проектирования формы оболочки здания. Архитектор Дж.Суберкасо

язык построен на основе коммуникативных возможностей людей, их способности к речи и ее восприятию. Компьютерные проектные алгоритмы тоже основаны на использовании неких формальных языков, но их возможности определяются уже способностью к коммуникации между людьми и компьютером. Основным проводником компьютерных возможностей в проектировании стали САО-системы (1).

Обычно к ним привязаны все наиболее популярные компьютерные системы. Сама САО-система представляет собой набор алгоритмов, обеспечивающих выработку неких графических продуктов, отображающих результат проектирования. Проектировщик часто использует САО-систему, не понимая сути того, как она работает. Он просто выполняет наборы последовательных команд, которые определяют некий предсказуемый результат, необходимый для получения проектного решения.

С точки зрения проектного процесса использование САО-систем ощутимо ускорило время проектирования, позволило повысить его организованность, определенность, последовательность и предсказуемость. Возможно, дальнейшее развитие будет происходить за счет большего понимания проектировщиками компьютерных механизмов САО-систем или, наоборот, те, кто продвигает САО-системы, приобретут достаточный опыт проектирования и переориентируют профессиональную сферу на себя. Отчасти это уже происходит, и этот процесс можно наблюдать на примере индивидуального строительства, где по картинкам компьютерных визу-ализаторов (обычно не обремененных архитектурным об-

Пример использования методов параметрического проектирования планировки и застройки городских территорий. Архитектор М.Мородер

4 2010 19

2010

Каплеподобный павильон BMW архитектора Бернарда Франкена в Мюнхене и его 3D- CAD-модель

разованием) возводятся целые дачные поселения, жилые и развлекательные комплексы. При этом все риски на себя берет застрой щи к, «раскручивая» заказчика на крупные финансовые вложения на основе высокого качества 3D визуализаций и экономя на профессиональном проектировании. В этом отчасти проявляется и другая современная тенденция сближения стадии рождения концепции будущего объекта и его физической реализации.

Архитектор не задумывается над тем, как работает алгоритм, и, следовательно, не способен определить его функциональный потенциал в полном объеме (8). Однако даже в этих условиях новые технологии внедрялись в проектирование и рождалось новое направление - алгоритмическая архитектура. Этот термин был введен Костасом Терзисисом для обозначения методик проектирования с использованием алгоритмов (2). Термин принципиально отличается от таких привычных терминов, как CAD, CAAD и компьютерная графика прежде всего тем, что алгоритм сам по себе не зависит от компьютеров, это математическая формула, построенная на математических и логических выражениях неких формальных процедур.

В сфере проектирования алгоритмы начали использовать для принятия формообразующих решений, организационных и исследовательских задач. Основные лингвистические элементы, используемые в алгоритмах, могут быть константны или изменяемы, операционны, классифицированы или упорядочены. При этом операции с алгоритмами могут быть арифметичны, логичны, комбинаторны, вза-имноотносительны, иерархированы или приведены в порядок согласно специфическим грамматическим и синтаксическим правилам. Эти элементы и операции специаль-

Параметрическое проектирование многоуровневых жилых структур. Архитектор Дж.Стодарт

но символьно выражены с учетом числовой природы компьютера, при этом их целью является обеспечение необходимых «языковых» средств для формирования логических моделей. В этом смысле, к примеру, пикселы на экране мониторов являются в одно и то же время числовыми элементами, наделенными физическими характеристиками (цветности и значениями координат размещения в пространстве), и некими элементами визуального образа, воспринимаемого как некое информационное сообщение. В обоих случаях это некие логические модели.

Алгоритмы в разных формах давно используются в практике архитектурного проектирования и строительства. Сам процесс проектирования сопряжен с выполнением последовательных процедур, регламентируемых инструкциями, правилами, нормами, командами. Рационализм, заложенный в процесс принятия проектных решений, требует использования структурных, дискретных и четко сформулированных инструкций по выполнению последовательных этапов и стадий проектирования.

Алгоритм в компьютеризированной процедуре связан с проблемой определения числа последовательных необходимых шагов-операций. Он предусматривает систематическое выделение логических принципов и планирование действий(2).

Существующие сегодня компьютерные методы проектирования и изготовления строительных деталей и конструкций позволяют создавать чрезвычайно сложные формы, а это, в свою очередь, требует совершенствования самих технологий проектирования, поскольку со всеми участниками проектных и строительных процессов уже невозможно взаимодействовать с помощью привычных проекционных изображений, то есть посредством разрезов, фасадов, планов и аксонометрий, схем, смет и экспликаций. Из инженерного проектирования в архитектуру проникают новые организационные технологии. Одной из наиболее популярных сегодня стали BIM-технологии (BIM), и это только начало.

BIM2 отражает тенденцию внедрения в проектирование параметризации и алгоритмизации и стал желаемой моделью для оптимизации процессов проектирования, обеспечивая согласование между проектированием, документированием и конструированием на весь период жизни объекта.

Подобные системы разрабатываются во всем мире. Так, в 2007 году была введена единая европейская система интеграции данных, получаемых в процессе проектирования, в упорядоченные BIM-модели3. В этих моделях содержатся все данные, касающиеся геометрии здания, функции, материалов, технического обслуживания, способов утилизации и многого другого. Таким образом, модели позволяют составить полное представление об объекте.

BIM не просто повышает эффективность проектирования зданий. Прежде всего речь идет о новом способе контроля за сложными архитектурными проектами. Одним из важнейших инструментов в этом деле могут стать упомянутые технологии параметрического проектирования, активно включаемые во все стадии архитектурного процесса - от эскиза до подготовки рабочих чертежей. В параметрическом проектировании компоненты наделены способностью к трансформации с различной степенью свободы. Сами компоненты объединены сложным образом - на основе иерархически контролируемых зависимостей между их описанными характеристиками. Каждая активная переменная - параметр - побуждает систему к изменению и ведет к возникновению вариаций - без потери общей согласованности и целостности модели. Таким образом, параметрическое моделирование делает возможным такое состояние проекта, когда последний находится в постоянном развитии, реагируя на любые внешние воздействия, включая культурные, экономические, политические и эстетические факторы.

В настоящее время параметрический подход наиболее привлекателен для генерирования форм сложной геометрии. Например, для формирования индивидуализированных элементов нерегулярно структурированных фасадов. Благодаря параметрической трехмерной модели, которая выдает данные по всем частям здания, возможно изготовление большого количества индивидуальных деталей и узлов.

Индивидуализация строительных конструкций и материалов способствует созданию принципиально новых форм. Тому примером построенный телевизионный центр, стадион «Гнездо» и Дворец водного спорта для Олимпийских игр 2008 года в Пекине. Конструкции стен и крыши Дворца водного спорта воспроизводят форму водных пузырей. Для разных пузырей предусмотрены радиусы различной длины и многообразие конструктивных узлов, которые оптимизированы и переведены, благодаря возможностям CAD-технологии, из трехмерной модели непосредственно в производство.

2 Building Information Modeling - строительное информационное моделирование.

3 Например, в Дании такие модели были введены в обязательном порядке для проектов стоимостью свыше 5 млн. евро

Несомненно, параметрическое проектирование требует нового проектного мышления и основательного знания компьютерных программ. Наряду с параметрической рационализацией строительного процесса открываются совершенно новые возможности в архитектуре вплоть до создания «лабильных моделей», то есть компьютерных объектов, находящихся в динамическом состоянии, открытом для постоянных изменений в диапазоне, заданном автором проекта. В результате появляются новые неожиданные формы, ранее недоступные по разным обстоятельствам технологического и идеологического характера.

Примеры демонстрации пластических возможностей нелинейных форм, создаваемых параметрическими методами проектирования. Архитектор Т.Клейн

4 2010 21

За последние двадцать лет архитектура подверглась существенным изменениями, и прежде всего это коснулось перехода от рукотворного и узко профессионального проектирования к компьютеризированному и глобальному. Этот процесс еще не завершился и сегодня. В других родственных областях проектирования, таких как предметный дизайн, машиностроение, авиастроение и судостроение, компьютеризация идет быстрее, и это позволяет им быть более подготовленными к решению современных задач и сохранять за собой традиционные предметные области деятельности.

Надо признать, что архитектура сегодня теряет свою традиционно закрепленную за ней сферу деятельности, зачастую ограничиваясь вопросами художественно-композиционного подхода к проектированию уникальных объектов, а массив рядовых средовых объектов зачастую проектируется и сроится без привлечения архитекторов, как элементы дизайна или утилитарной инженерии. Дизайн как универсальная проектная деятельность «захватывает» решение вопросов организации объектного и городского пространства за счет широкого применения универсальных методов компьютерного проектирования, к которым прежде всего относятся CAD-системы.

Нельзя сказать, что ничего не происходит в современной архитектуре. Уже можно фиксировать признанные достижения в архитектурном компьютерном проектировании новой волны, такие как музей Гуггенхайма в Бильбао Френка Гери, центр BMW в Лейпциге, созданный группой Куп Химмелбау и Захой Хадид, CCTV в Пекине Рема Кулхааса и Оле Шерена, стадион «Гнездо» Герцога и де Мерона и другие. Появились и новые области проектирования,такие как алгоритмическая и топологическая архитектура, изометрическая архитектура, кинематическая и динамическая, метаморфическая архитектура, параметрическая архитектура и эволюционная архитектура.

В силу отсутствия в настоящее время новой эстетиче-

ской теории, недостатка профессионального интереса к информационным технологиям и их возможностям, из-за продолжающегося доминирования в профессии традиционной «эвклидовой парадигмы» и превалирования композиционно-художественного метода многие возможности современного компьютерного проектирования остаются нереализованными. Возникшие проблемы развития профессии достаточно серьезны, и дальнейшее их игнорирование поставит вопрос о смене культурной роли архитектуры в современном обществе.

Литература

1. Шубенков М.В. Структурные закономерности архитектурного формообразования. М., «Архитектура-С», 2006.

2. Terzidis, К. Algorithmic architecture. АР, London, 2006.

3. Mitchell, W. Vitruvius computatus. New York. 1973.

4. Alexander, Cr. Notes on the Synthesis of Form. Cambridge, Yarvard University Press, 1964.

5. Zellner P. Hybrid Space: New Forms in Digital Architecture. Rizzoli. New York, 1999.

6. Frazer J. An evolutionary architecture. London, 1995.

7. Zaha Hadid Architects, (n.d.). Retrieved March 15,2007. (http://www.zaha-hadid.com/)

8. Hofmann, A., Bollinger, K., Grohmann, M. Generating Geometry of Irregular Frameworks Algorithmically. First Symposium on Architectural Geometry. Vienna, Austria, 2008.

Architectural Design: Change of Paradigms

By M.V. Shubenkov

For the last twenty years architecture has undergone essential changes, i.e. there occurred a shift from man-made and narrowly professional to computerized and global. This process has not come to the end yet but it could proceed faster. In other related fields of designing, such as subject design, mechanical engineering, aircraft engineering and shipbuilding, computerization occurs faster and it allows them to be more prepared for the decision of modern problems and to reserve traditional subject domains of activity. As a matter of fact today there is a change of the basic methods of architectural designing in connection with arrival of information-computer technologies, and it determines the birth of a new methodology, and new organizationalforms of design activity and new architecture and its new role in the society.

Ключевые слова: параметрическое проектирование, алгоритм, нелинейная архитектура, BIM.

Keywords: parametrical design, algorithm, nonlinear architecture, building information modeling (BIM).

Проект винодельческого комплекса. Модель крыши создана с использованием NURBS-noвepxнocmeй. Архитектор С.Калатраеа

22 4 2010