Open systems: approaching novel parametric domains
Open systems: nuovi scenari parametrici
Some of the most relevant shifts in contemporary architectural
discourse and practice are intrinsically connected with evolution
in computation techniques and software development.
The novelty in architectural design brought forward by new
computational tools is often related to software packages or digital techniques developed in other design fields. Innovations in
computational as well as manufacturing processes, in fact, experimented and developed by naval, aero, automotive and products
industries have represented seminal undertakings for innovation
in the construction industry and, moreover, for experimentation
in architectural practice.
The introduction of parametric software packages in the world
of architecture and structural engineering, despite being a fairly
new paradigm, is already redefining the discipline from within.
Alcune delle piu rilevanti innovazioni nel panorama architettonico contemporaneo sono senza dubbio intrisecamente connesse con l’evoluzione delle tecniche di computazione e lo sviluppo di originali software packages. La novita’ portata dai nuovi strumenti digitali all’interno del design
architettonico contemporaneo e’, infatti, connessa a specifiche tecniche di
computazione e, in particolare, all’utilizzo di programmi originariamente
sviluppati all’interno di altri campi disciplinari per assolvere a finalita’
spesso distanti da quelle del design d’architettura. Il progresso nell’industria dei sofware 3dimensionali assieme alle nuove tecniche di fabbricazione sperimentate e sviluppate inizialmente nell’industria aeronavale,
automobilistica e in quella del product design hanno, infatti, rappresentato un contributo seminale per innovare l’industria delle costruzioni e,
nello specifico, la ricerca architettonica.
L’introduzione di software parametrici nel mondo dell’architettura e dell’ingegneria strutturale, pur rappresentando una recente e, per molti versi,
nuova risorsa progettuale, sta gia ridefinendo nel profondo la disciplina
architettonica e il suo modus operandi..
Marco Vanucci
Marco Vanucci [AA Dipl, RIBA II], Architetto e ricercatore di base a Londra. Nel 2007 fonda OPENSYSTEMS (www.opensys-log.com), studio di ricerca
in architettonica e design che esplora l’interazione
interdisciplinare emergente tra architettura, ingegneria, biologia e computazione.
Ha lavorato per Zaha Hadid Architects collaborando su vari progetti, tra cui il London Aquatic Centre
per le Olimpiadi 2012. Al momento collabora con
Adams Kara Taylor (AKT) sviluppando la sua ricerca
personale per i sistemi organizzativi non lineari, geometrie complesse e nuovi materiali, nel tentativo di
coniugare architettura e ingegneria strutturale.
La sua ricerca si basa su di una visione della pratica legata all’architettura come ingegnerizzazione di una organizzazione materiale ed è diretta
a sviluppare un approccio progettuale integrale
e coerente, all’intersezione tra architettura, ingegneria e computazione, finalizzata al conseguimento di sistemi generativi e performativi.
OPEN SYSTEMS: APPROACHING NOVEL PARAMETRIC DOMAINS
Marco Vanucci
Traditional CAD products create lines, arcs, circles and a
great variety of geometrical objects; making design changes
to a given geometry requires changing all appropriate components in order to make the drawing correct.
A new generation of parametric design systems establishes models defined by a collection of constrained relationship
between objects. In other words it allows setting up parametric geometrical arrangements capable to build anticipated
variations between objects. To better understand what is a
parametric set up let’s imagine, for instance, two circles whom
centers are connected by a line. The length of the line is, at a
time, the sum of the radiuses of the two circles. In a parametric model, varying one of the radiuses affects the length of
the line and the mutual dimension of the two circles along
that line. A parameter thus is a variable to which other variables are related by means of parametric equations: design
modification and creation of a family of component parts can
be performed efficiently by setting up reconfigurable smart
models capturing the underlying logic of the design.
The instrumentation of parametric setups into architectural
practice is starting to shift the role of the architect in the design
processes: from the design of specific shapes to the determination of those geometrical / algorithmic relationships describing
the project and its components.The design shifts from drawing
surfaces to setting up rules of interdependency - genotypes leading to potential differentiation – phenotypes -1.
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saggi
concerning different approaches, some
limitations and novel developing scenarios.
PART TO WHOLE RELATIONSHIP
Architecture is ultimately characterized by the need for a coherent design
logic between different elements forming a whole constituted by an interiority and an exteriority; quality and
meaning are achieved through the rigorous determination of all those elements contributing to the interfacing
between the different components and
the building in its entirety: facades,
detailing, proportions, symmetry, modularity just to name a few. Thus, parametric design is important for that: the
possibility to establish intricate system
of relations between different objects
and their properties fusing the hierarchy between parts and whole.
“So far experimental architects
have just jumped from top-down
determination of parts to bottomup determination of wholes.”
Greg Lynn2
1. Branching structure proliferation.
The novelty represented by parametric tools in architectural culture hasn’t found architects unprepared to conceptually understand its potential for
contemporary practice: the responsiveness by which architects and advanced
design firms gathered the resources of
associative design has triggered a fast
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implementation of parametric tools in
the software industry as well as an
increasing curiosity to apply its potential
in contemporary architectural design.
Nevertheless, despite the receptivity of some of the most interesting cutting-edge architectural practices, it is
possible to trace certain tendencies
What Lynn points out is the delay
by which architects have employed
parametric design in the development
of bottom-up approaches where the
determination of components has
been prioritized over the design of the
whole. Lynn is probably referring to the
EdA 3/2007 - Info-architecture. L’architettura performativa dell’età dell’informazione
open systems: approaching novel par ametr ic domains
great production of component-based
design or the – often acritical - recent
proliferation of pattern-architecture.
This approach, though, has just represented
an
extreme
case.
Nevertheless, reshaping the traditional
dichotomy between the building and
its parts, new digital parametric tools
still leave behind some unexpressed
potential for contemporary architecture, particularly in relation to the possibility to define highly modulated
wholes together with the determination of differentiated non-standard
components.
PROBLEM-SOLVING APPROACH
In contemporary construction
industry, instead, parametric softwares
are often employed in design processes of rationalization and post-rationalization where, given a certain project,
the answer to specific problems is
required to actualize the desired shape
[problem-solving approach]. In this case
the potential of computational tools is
utilized for its higher degree of precision and speed to deliver tailored ad
hoc solutions: the parametric modeling
is driven by the need to engineer
rational solutions in order to fulfill
structural, geometrical or fabrication
requirements. In this case, in fact, the
potentials for a generative approach
2. Organizational systems diagram.
Marco Vanucci
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saggi
3. Rapid Prototype Model: stereolithography.
are set apart in favour of more pragmatic strategies.
Traditional program packages can
initially develop quick and precise 3d
models; at the same time any occurring
change would imply rebuilding the
model over and over again until a fixed
determination of the design and all its
aspects. This is where parametric models come into place.
The paradigmatic innovation of
parametric design originates from its
modus operandi: the intrinsic resilience
to free-form sketching exercise of
Digital Project, in fact, requires a
sharper understanding of complex
geometry and induces the designer to
think through the system logic before
even starting to draw a line3. In this
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sense it is projecting desirable perspectives where architectural design is
generated from a set of rules and the
interdependent relationships between
parts governing the manifold aspects
of the design. The advent of parameterization increases the complexity of
the design task in relation to the
necessity to build up not only the
model to be designed but also the
conceptual structure that guides the
parametric variations.4
Parametric design, on the contrary,
despite the more complex and, to a
degree, time consuming developmental
logic, offers greater advantages: from
accommodating unpredictable changes
happening during the design process to
extracting precise data for structural
analysis or fabricators. From a design
point of view it is possible to imagine
the advent of design methods based
on codified geometrical operations
proliferating and interacting to achieve
a higher level of complex order: the
development of a specific design
vocabulary based on parametrically
codified instances prefigures a fully
integrated design approach where
complexity and differentiation emerge
from the set-up of coherent and controlled operations.
In this sort of scenario the role of
the architect and that of the engineer is
contiguous and inform each other in a
truly cooperative and generative holistic design process.
O PEN
S YSTEM :
BRANCHING
STRUCTURES
A second approach towards parametric design is represented by the
attempt to build up a deeper understanding of structural systems as multiperformative design set-ups.
Moving away from the homogeneous standardization of the Modern
paradigm, this research, through the
generative use of parametric tools, is
seeking to investigate open systems as
multi-performing, differentiated organizational systems. In line with the experimentation on branching structures
developed by Frei Otto, the research
EdA 3/2007 - Info-architecture. L’architettura performativa dell’età dell’informazione
open systems: approaching novel par ametr ic domains
4. Branching used as organizational system to configure catenary arches generating voulted structural surfaces.
unfolds through a series of exercises
aiming to open up a generative
approach to parametric design: specificity is achieved through iterative differentiation, adaptation through redundancy,
robustness through structural-geometric interdependency. Understanding
architectural design as a process of formation leads to the exploration of a
pre-material state of a given systems:
namely, the state prior to the crystallization into a specific design form is
explored. In this way, open systems act
as virtual machines prior to the actualization into a given design scenario.
Methodologically, different paths are
followed in an attempt to open up
potentials for inclusive performance:
Marco Vanucci
Organizational logic: branching is
explored as an organizational system.
Different network topologies are analyzed and compared.
Geometrical logic: the geometrical logic
of branching is created and developed
through parametric tools: Digital project
is employed to generate the geometrical
structure; in addition differentiation is
achieved by the instrumentalization of
the defining principle: angle between
branches, number of branches, length,
displacement of the nodes in space…
An intricate matrix is then emerging
from the proliferation of differentiated
geometrical operation.
Structural logic: the structure and the
stability of the various configurations is
analyzed through finite element analysis
software [FEA]. Thus running structural
analysis necessitates specifying a range
of parameters to set up likely structural scenarios. Running structural tests on
differentiated geometrical arrangements is possible to detect certain general behavioral patterns happening during the process of extracting precise
data for structural analysis or fabrication
The possibility to establish interdependent relationships between different system logics contributes to the
redefinition of common fitness criteria:
each system logic, instead of responding to a specific optimized scenario,
informs each other towards a multi
parametric
performing
whole.
Geometrical arrangements, spatial
affects, structural performance and
organizational logic contribute to the
formation of the system and its performance-based logic.
The development of such a
research shifts the architectural paradigm from a problem-solving to a
problem-caring approach where the
employment of integral design logics
contributes to the coherent definition
of novel design methodologies.
NOTE
1 Patrick Schumacher - Interview AJ 21.12.06.
2 Greg Lynn - AD Programming cultures,
Wiley Academy, 2006.
3 Patrick Schumacher - Interview AJ 21.12.06.
4 Robert Aish, Robert Woodbury - Multilevel interaction in parametric design, Smart
Geometry Group.
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saggi
OPEN SYSTEMS: NUOVI SCENARI PARAMETRICI
Alcune delle piu rilevanti innovazioni nel panorama architettonico contemporaneo sono senza dubbio intrisecamente connesse con l’evoluzione
delle tecniche di computazione e lo sviluppo di originali software packages. La
novita’ portata dai nuovi strumenti digitali all’interno del design architettonico contemporaneo e’, infatti, connessa a specifiche tecniche di computazione e, in particolare, all’utilizzo di programmi originariamente sviluppati all’interno di altri campi disciplinari per assolvere a finalita’ spesso distanti da quelle del design d’architettura. Il progresso nell’industria dei sofware 3dimensionali assieme alle nuove tecniche di fabbricazione sperimentate e sviluppate
inizialmente nell’industria aeronavale, automobilistica e in quella del product
design hanno, infatti, rappresentato un contributo seminale per innovare l’industria delle costruzioni e, nello specifico, la ricerca architettonica.
L’introduzione di software parametrici nel mondo dell’architettura e dell’ingegneria strutturale, pur rappresentando una recente e, per molti versi,
nuova risorsa progettuale, sta gia ridefinendo nel profondo la disciplina architettonica e il suo modus operandi.
I tradizionali prodotti CAD creavano line, archi, cerchi e una grande
varieta di oggetti geometrici in cui ogni possibilita’ di operare alterazioni o
modifiche era subordinata alla necessita’ di alterare individualmente ogni singolo oggetto o di ridisegnare del tutto il modello.
Al contrario, lo sviluppo si una nuova generazione di softaware parametrici ha reso possible l’introduzione di tecniche di modellazione che definiscono una serie di relazioni e di vincoli tra gli oggetti disegnati in grado di
accomodare variazioni e predire legami di interdipendenza tra gli oggetti.
Immaginiamo, ad esempio, due cerchi i cui centri siano connessi da una
retta la cui ampiezza è la somma dei raggi delle due circonferenze; in un
modello parametrico al variare di uno dei raggi si modifica la lunghezza della
retta e la mutua dimensione delle due circonferenze.
Un parametro È una variabile a cui altre variabili sono relazionate attraverso equazioni parametriche: le modificazioni progettuali o la creazione di
famiglie di components possono essere realizzate efficientemente attraverso
il set up di modelli intelligenti in grado di interpretare la logica che sottende il
progetto e la relazione fra le diverse parti che lo compongono.
L’utilizzazione di queste tecniche all’interno della disciplina architettonica
sta iniziando a ridefinire la figura del progettista e il ruolo che esso riveste nel
processo della progettazione architettonica: dalla progettazione delle forme
alla determinazione di quelle relazioni geometrico-algoritmiche che descrivono il progetto e I suoi vari componenti.
Le novita’ che cio’ comporta per il design architettonico non sono prive
di conseguenze: dal disegno e la modellazione di single superfici alla determinazione, appunto, di quelle regole di interdipendenza – genotipi – in grado
di produrre potenziali elementi di differenziazione – fenotipi1.
Da un punto di vista teorico e culturale gli architetti non si sono fatti
cogliere impreparati da un tale cambio paradigmatico. La responsivita’ con cui
l’accademia, prima, e alcune tra le piu interessanti ed emergenti firme del
panorama architettonico contemporaneo, poi, hanno colto le risorse dell’associative design ha contribuito a implementare una crescente curiosita’ attorno a metodologie parametriche e algoritmiche per il design architettonico.
Proviamo ad individuare alcune delle tendenze in atto nell’odierno panorama disciplinare: interessanti approcci progettuali, alcune limitazioni e lo sviluppo di nuove metodologie legate alla progettazione parametrica.
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RELAZIONE PART TO WHOLE
L’architettura È ultimamente caratterizzata dal bisogno di una coerente
logica progettuale tra elementi differenti che formano un insieme costituito
da un interno ed un esterno. La qualita’ e il significato sono raggiunti attraverso una rigorosa deteminazione di tutti quegli elementi che contribuiscono a creare un’interfaccia tra I diversi componenti e l’edificio nel suo insieme:
facciate, dettagli costruttivi, proporzioni, simmetria, modularita’, solo per
nominarne alcuni. Il design parametrico e’, dunque, importante per la capacita’ di stabilire complessi sistemi di relazioni tra oggetti e tra le loro proprieta’ (geometriche, logistiche..) contribuendo a fondere la gerarchia tra le varie
parti e il tutto.
“So far experimental architects have just jumped from top-down determination of parts to bottom-up determination of wholes.”
Greg Lynn2
Greg Lynn sottolinea il ritardo accumulato a causa dell’uso di strumenti
parametrici per sviluppare approcci progettuali bottom-up dove la determinazione dei componenti ha avuto la priorita’ sulla progettazione dell’ insieme
archiettonico. Lynn fa probabilmente riferimento alla grande proliferazione, a
cui negli ultimi tempi abbiamo assistito, di architetture basate sulla proliferazione spesso acritica di pattern o components. Questo approccio, ovviamente, non ha fatto altro che rappresentare un caso estremo.
Gli strumenti parametrici, tuttavia, contribuendo a riformulare la vecchia
dicotomia tra l’edifico e le sue parti, aprono le porte ad inespresse potenzialita’ per la progettazione di una architettura in cui sia possibile definire edifici altamente modulati o geometricamente complessi che, al contempo, presentino un design dei suoi componenti sofisticato e non-standard.
APPROCCI PROBLEM-SOLVING
In altri casi, al contrario, I software parametrici sono spesso impiegati in
processi di razionalizzazione o post-razionalizzazione dove, data un certa forma
architettonica, È necessario fornire risposte specifiche a problemi legati alla realizzazione. Questo approccio di natura pragmatica È finalizzato alla soluzione di
problemi ben circonstanziati [problem-solving approach]. Le potenzialita’ degli
strumenti parametrici o, talvolta, dello scripting sono utilizzate per la loro capacita’ di fornire un piu alto livello di precisione e velocita’ in relazione a problemi che richiedono soluzioni ad hoc. La modellazione e’, dunque, guidata dalla
necessita’ di progettare soluzioni razionali in grado,spesso, di integrare performance strutturali, geometriche e logiche di fabbricazione mantenendo intatte,
ad un tempo, le intenzioni espressive e architettoniche del progetto.
La natura mutevole del processo di progettazione richiede, infatti, strumenti capaci di adattare il modello digitale ai mutamenti e alle varie scelte
progettuali. Tra le altre cose, È possibile innescare processi iterativi in cui alle
modificazione parametriche si affianca la verifica strutturale quasi in real time
dei software di analisi.
In questo caso, dunque, le opportunita’ di sviluppare approcci generativi
sono messe da parte in favore di strategie pragmatiche di realizzazione del
progetto.
EdA 3/2007 - Info-architecture. L’architettura performativa dell’età dell’informazione
open systems: approaching novel par ametr ic domains
Cio che il design parametrico introduce nel progetto d’architettura ha
origine nel suo modus operandi: l’intrinseca resilienza ad una modellazione
intuitiva e free-form di software come Catia Digital Project, per esempio,
richiede una piu’ acuta conoscenza della geometria ed induce il progettista a
pensare attraverso la logica del sistema prima ancora di disegnare una linea3
In questo modo È possible immaginare prospettive in cui il progetto architettonico È generato da una serie di regole e relazioni di interdipendenza tra
parti che governano I multiformi aspetti del progetto. L’avvento della parametrizzazione accresce la complessita delle operazione di progettazione in
relazione alla necessita’ di costruire non solo una forma desiderata ma anche
la struttura concettuale in grado di guidare le variazioni parametriche4.
Dal punto di vista del design È possible immaginare scenari in cui metodi progettuali basati su operazioni geometriche codificate possano interagire
e proliferare spianando la strada a piu elevati livelli di complessita’: lo sviluppo di un vocabolario progettuale basato, infatti, su istanze codificate parametricamente prefigura un metodo integrato dove la complessita’ e la differenziazione È in grado di emergere dalla messa a punto di un sistema coerente
di operazioni.
OPEN SYSTEM: BRANCHING STRUCTURES
ma e la sua logica performativa. Lo sviluppo di questa linea di ricerca sposta
il paradigma architettonico da un’approccio problem-solving ad uno problem-caring dove logiche progettuali integrali costituiscono una coerente
esplorazione di nuove metologie progettuali.
NOTE
1
2
3
4
Patrick Schumacher - Interview AJ 21.12.06.
Greg Lynn - AD Programming cultures, Wiley Academy, 2006.
Patrik Schumacher - Architectural Journal 21.12.06, 2006.
Robert Aish, Robert Woodbury - Multi-level interaction in parametric
design, Smart Geometry Group.
Un uso generativo di strumenti parametrici e algoritmici puo emergere
attraverso uno studio che, prendendo le distanze dalla standardizzazione del
Moderno, propone l’investigazione di differenziati e multiperformativi open
systems.
In linea con gli esperimenti sulle strutture ad albero di Frei Otto, la ricerca
si sviluppa attraverso una serie di esercizi finalizzati a dischiudere un nuovo
approccio parametrico: la specificita’ dei componenti È raggiunta attraverso
processi iterativi di differenziazione; l’adattabilita’ attraverso la rindondanza degli
elementi; la robustezza attraverso un’interdipendenza geometrico-strutturale.
Intendere il design d’architettura come un processo morphogenetico
conduce all’esplorazione dello stato pre-materiale di un dato sistema; quello
stato precedente alla cristallizazione in una specifica forma progettuale. In
questo modo un open system agisce come macchine virtuale antecedente
all’attualizzazione di uno specifico scenario progettuale.
Metodologicamente vengono seguiti diversi percorsi nel tentativo di
aprire multiple possibilita’ performative.
Logica organizzativa: il Branching È esplorato come sistema organizzativo.
Differenti tipologie di network systems sono analizzati e comparati.
Logica geometrica: la geometria del branching È sviluppata attraverso strumenti parametrici: Catia È in questo caso utilizzato per stabilire un controllo
sul numero delle ramificazioni e gli angoli che di volta in volta essi prendono.
Grazie a queste variabili parametriche viene formulata una matrice di configurazioni con differenti proprieta’ geometriche.
Logica strutturale: la struttura e la stabilita’ delle varie configurazioni sono
analizzate attraverso software di analisi degli elementi finiti (FEA). L’analisi
strutturale richieda l’inserimento del modello in uno specifico scenario di
carichi. Studiando i test strutturali di una serie di istanze o configurazioni geometriche È possibile individuare pattern di comportamento strutturale all’innterno del sistema.
Stabilire relazioni di interdipendenza tra le parti e il tutto e tra le diverse logiche del sistema contribuisce, in sintesi, alla ridefinizione di quei fitness
criteria (criteri di idoneita’) del progetto d’architettura: le varie logiche, invece che rispondere a specifici scenari ottimizzati, si informano vicendevolmente verso la definzione di un tutto parametricamente controllato e multiperformante.
Configurazione geometrica, effetti spaziali, performance strutturale e logiche organizzative contribuiscono, in questo senso, alla formazione del siste-
Marco Vanucci
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