CC BY
40М.С. Салех DOI: 10.24411/9999-034A-2020-10052
M.S. Salekh
Генеративное формообразование архитектурных объектов
с использованием методов природной самоорганизации
Generative shaping of architectural objects using methods of natural self-organization
Ключевые слова: архитектурное формообразование, природные самоорганизации, биомиметика, агентные системы, генеративное проектирование, алгоритмы стигмергии.
Keywords: architectural shaping, natural self-organization, biomimetic, agent-based systems, generative design, algorithms stigmergy.
Аннотация: Одним из видов генеративного проектирования является применение инструментов природно-самоорганизующихся систем. Принцип биомиметического поиска формы включает в себя сбор информации и запуск симуляции природных процессов, которые непосредственно влияют на будущую морфологию здания. Abstract: One of the types of generative design is the use of tools of natural self-organizing systems. The principle of biomimetic search for forms involves collecting information and running a simulation of natural processes that directly affect the future morphology of the building.
Одной из наиболее перспективных и актуальных тем цифрового формообразования является генеративное проектирование, которое включает в себя имитацию природных процессов - биомиметику для решения сложных архитектурных задач. Данное исследование развивается на стыке различных наук (биология, программирование, философия и социология), таким образом формируются пути решения проблемы поиска архитектурной формы на основе природных процессов, в частности применение самоорганизации - «стигмергии», основанной на децентрализованном взаимодействии органических существ. Для более ясного понимания процесса формообразования следует поэтапно разобрать данный метод генеративного формообразования на примере развития концепции общественного центра в городе Истре (рис. 1). Генеративное формообразование требует четко сформулированных правил, которые будут влиять на алгоритм и программу будущего объема здания. Таким образом, чем шире и разнообразнее спектр ограничений и правил, тем ярче и эффектнее получится эксперимент (процесс формообразования). Участок проектирования находится в городе Истре (Московской области), данное место было выбрано из-за своей сложности, которая включала в себя расположение участка в русле реки Истры, соседство с исторической застройкой, сложный рельеф, неудовлетворительный уровень инфраструктуры. Следовательно, проблемные факторы выбранного участка трансформировались в задачи, которые явились отправной точкой для стигмергических алгоритмов (рис. 1).
Начальным этапом разработки концепции общественного центра являлось проведение детального градостроительного анализа, для того чтобы будущий общественный центр максимально адаптировался под существующую природную среду и «архитектурный» контекст. В связи с этим были собраны данные по климатическим особенностям, существующей застройке, рельефу, ширине разлива реки Истры, дендрологической съемке, транспортным и пешеходным маршрутам, анализу плотности населения, потоков людей и орга-
низации общественных пространств. На основе предварительного исследования и анализа данных можно принять решение о разработке функционального наполнения, обеспечении необходимых площадей, параметрах и объеме будущего здания [1, с. 4]. Предельная высота общественного центра была выявлена путем анализа морфотипов окружающей застройки и видовой доступности исторического центра Новоиерусалимского монастыря.
После сбора исходной информации необходимо было заложить полученные данные в определенную систему правил и ограничений, которая в итоге будет являться отправной точкой для дальнейшего формообразования. Таким образом, основным инструментом поиска формы общественного здания являлся процесс биомиметики, в частности агентная система моделирования. Данный подход основан на симуляциях поведения плазмоди-альной слизневой плесени (Physarum polycephalum), которая включает в себя стигмергические алгоритмы [3, с. 4], в среде визуального программирования Grasshopper (программы Rhino). Алгоритм на основе микробов Physarum polycephalum может найти кратчайший путь от одного помещения до другого, с наименьшим количеством затраченной энергии [4, с.4], следовательно такой подход может помочь архитекторам решать задачи пространственной организации.
Стоит выделить экспериментальное архитектурное бюро Kokkugia (рис. 2), которое занимается исследованиями влияния цифровых инструментов на архитектуру, а в частности агентными системами [2, с. 4]. Kokkugia - это экспериментальное совместное исследование архитектуры, в котором изучаются методологии генеративного проектирования, разработанные на основе сложного самоорганизующегося поведения биологических, социальных и материальных систем. Kokkugia возглавляют Роланд Снукс и Роберт Стюарт-Смит с лабораториями в Мельбурне и Лондоне, которые проводят эксперименты, исследования и обучение в области проектирования.
Роль Kokkugia весьма спекулятивна - представить себе будущее. Работы Kokkugia были опубликованы
Рис. 1. Карта города Истра. Градостроительный анализ автора
и выставлены на международном уровне, в том числе в Нью-Йорке, Лондоне, Париже, Мельбурне, Шанхае, Пекине, Москве, Киеве, Филадельфии и Сан-Франциско. Партнеры Kokkugia преподавали во многих архитектурных школах, включая: Школу архитектуры AA DRL, GSAPP Колумбии, uPenn, SCI-Arc, UCLA, Pratt, USC, UEL и RMIT.
Рис. 2. Символ Казахстана на выставке Казахстан ЭКСПО-2017. Арх. бюро Kokkugia
Повестка дня Кокк^а заключается в разработке нелинейной архитектуры, которая возникает в результате применения сложных систем и ставит под сомнение сложившуюся иерархию, которая работает в архитектуре. Это методологическое исследование направлено на разработку поведенческого процесса проектирования, в котором намерение проектирования работает через локальное поведение, а не через явное описание или параметрическое манипулирование формой и организацией. Данный подход включает в себя кодирование простых архитектурных решений в распределенной системе автономных вычислительных объектов или агентов. Именно взаимодействие этих агентов и их локальных решений самоорганизует замысел проектирования, порождая форму коллективного разума и возникающего поведения в глобальном масштабе. Это позволяет переосмыслить материю в процессе проектирования, переход от формы, навязываемой инертной материи, к материи, играющей активную роль в появлении формы (рис. 2).
Рис. 3. Проект Общественного центра в городе Истра Московской области. 2019 г.
В процессе поиска формы общественного центра (рис. 3) в городе Истра Московской области были выявлены следующие исходные условия и правила:
1. Точками начала формообразования являются потенциальные места возведения здания 3Б принтером или робо-рукой (обходя крупномерные деревья на участке проектирования).
2. Места концентрации агентных систем зависят от расположения реки Истры и ширины ее разлива, формируя участки поверхности будущего здания.
3. Вектором (направлением здания) является ориентация на историческую застройку (Новоиерусалимский монастырь).
На основе исходных данных, алгоритм природной самоорганизации РЬузагиш ро1усерЬа1иш выдал адаптивную геометрию [5, с.4], состоящую из кривых линий и точек. После чего, для дальнейшего развития объемно-планировочных решений автором были выявлены дополнительные правила, которые основывались на полученной геометрии и необходимости архитектора максимально продуктивно адаптировать ее и организовать внутреннее пространство здания. Соответственно, все кривые линии соединяются в единую поверхность, тем самым образуя замкнутые пространства и участки поверхности здания.
Итогом исследования является полученная генеративная модель, которая была выявлена исходя из вышеперечисленных правил и последовательности действий. Объемно-пространственные решения здания были разработаны путем внедрения необходимых ограничений и задач, которые регулировали процесс формообразования на начальных этапах. Можно сказать, что концепция общественного центра в Истре является воплощением адаптивной архитектуры, соответствуя принципам устойчивого развития.
Список цитируемой литературы:
1. Гельфонд А.Л. Архитектурное проектирование общественных зданий: учебник / А.Л. Гельфонд. - Москва: НИЦ ИНФРА-М, 2019 // Znanium.com: электронно-библиотечная система. -URL: https://new.znanium.com/catalog/document?id=327781 (дата обращения: 18.02.2020). - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
2. Kokkugia: [official website]. - URL: http://www.rolandsnooks. com/#/kaz-symbol/ (дата обращения: 16.03.2020).
3. Material Computation - Higher Integration in Morphogenetic Design / A. Menges (ed.) // Architectural Design. - Vol. 82. -No. 2. - London: Wiley Academy, 2012. - ISBN: 978 0470973301.
4. Menges, A. Emergence - Morphogenetic Design Strategies / A. Menges // Architectural Design. - Vol. 74. - No. 3. - London: Wiley Academy, 2004. - ISBN: 0-470-86688-8.
5. Tero, A. 2007, A mathematical model for adaptive transport network in path finding by true slime mold / A. Tero // Journal of theoretical biology. - 2007. - No 244(4). - Pp. 553-564.
С.М. Дадашева, С.О. Додонова, М.Д. Налимова, DOI: 10.24411/9999-034A-2020-10053
В.С. Федянина, Э.Д. Минеева, У.В. Сауткина S.M. Dadasheva, S.O. Dodonova, M.D. Nalimova, V.S. Fedyanina, E.D. Mineeva, U.V. Sautkina
Свет. Проблема восприятия Light. Problem of perception
Ключевые слова: естественное освещение, искусственный источник света, классическая архитектура, современная архитектура, криволинейная форма, контраст, светомоделирующий эффект, пластика фасада, отмывка фасада, курсовой проект, эксперимент.
Keywords: natural lighting, artificial light source, classical architecture, modern architecture, curved shape, contrast, light modeling effect, facade plastic, facade washing, course project, experiment.
Аннотация: Статья посвящена роли естественного освещения в классической и современной архитектуре и влиянию искусственного освещения на восприятие архитектуры. Рассматривается зависимость понимания формы в отмывке фасада от источника света.
Abstract: Scientific piece is dedicated to the role of natural lighting in classical and modern architecture and the effect of artificial lighting on the perception of architecture. The dependence of understanding of the form in washing the facade from the light source.
Существует два вида освещения - естественное и искусственное. Они по-разному воспринимаются человеческим глазом, и использовать их можно для художественной выразительности архитектурной формы, однако эффект при достижении будет отличаться. Именно об этом мы хотели бы рассказать в нашей статье.
Признанные лидеры архитектурной науки - Г.М. Гусев и В.Г. Макаревич в своей работе «Свет в архитектуре» на различных архитектурных примерах рассматривали взаимодействие формы, пластики, силуэта
объектов в различных условиях освещения. Исследователями был учтен как прямой солнечный свет, так и рассеянный в пасмурную погоду.
Образ исторических сооружений тесно связан с устоявшимся восприятием человека. Поскольку проектировались такие здания для изучения при дневном свете, то и ассоциируются они непосредственно с классическим освещением.
Форма любой архитектурной детали по-разному воспринимается в зависимости от характера освещения.
