2024. február 29., csütörtök

UJ HONLAP BANNER 250 100

09 Battersea Power Station BIGÍrásunk második részében folytatjuk rövid összefoglalásunkat a manapság sokat emlegetett algoritmikus tervezés témakörében. Az algoritmikus tervezőeszközök bemutatása után egy esettanulmány ismertetésével bepillantást nyújtunk a munkafolyamatok részleteibe is.

Algoritmikus tervezőeszközök

Számos olyan számítógépes alkalmazás készült, mely az algoritmikus tervezői munkafolyamatokat hivatott segíteni, ilyen pl. a Dassaultáltal fejlesztett Solidworksés Catia, a Bentleyáltal fejlesztett GenerativeComponents, az Autodeskáltal fejlesztett Dynamo, vagy a Vectorworksáltal fejlesztett Marionette. Az általános, vagy a mérnöki tervek során használható algoritmikus eszközök nem minden esetben nyújtanak hatékony megoldást építésztervezők számára.

Az építésztervezési és tervdokumentációs folyamatok, a szakági tervezőkkel folytatott együttműködés és tervmegosztás, a hatósági előírásoknak és kivitelezőknek szánt tervcsomagok kidolgozása és karbantartása professzionális BIM (épületinformáció modellező) platformot igényel.

Egyes szoftverfejlesztő cégek saját fejlesztési keretek között igyekeznek olyan kiegészítőket ajánlani, melyek az algoritmikus tervezési munkamódszereket hivatottak támogatni. Ezek a saját fejlesztésű algoritmikus programkiegészítők legtöbbször korlátozott funkcionalitással bírnak.

Kapcsolódó cikk(ek):
Algoritmikus tervezés és alacsony energiájú épületek – I.

A poligonokkal történő modellezés nem teszi lehetővé a másod- és harmadfokú görbék, illetve ezekből képzett felületek pontos és gyors ábrázolását, szerkesztését. Ilyen feladatokra sokkal jobban használható az ún. NURBS (nem uniform, racionális B-spline) modellezés, melyet elsősorban gépészmérnöki és ipari formatervezést segítő alkalmazások használnak, itt ugyanis nagy pontossággal kell reprodukálni komplex görbéket és felületeket.

Egy NURBS felület pillanatok alatt poligonná alakítható, ugyanakkor egy poligonból gyakorlatilag reménytelen – illetve nagyon sok munkát igénylő feladat – NURBS generálása. Javasolt tehát olyan számítógépes alkalmazást használni algoritmikus tervezés céljára, mely támogatja a natív NURBS modellezést.

A Robert McNeel & Associates által fejlesztett Rhinoceros (Rhino) és Grasshopper talán a legelterjedtebb szabad vonalvezetést használó NURBS modellező és az algoritmikus módszereket is támogató számítógépes alkalmazás. A Grasshopper grafikus felhasználói felületének köszönhetően matematikai, illetve programozási ismeretek nélkül aknázhatjuk ki az algoritmikus tervezés nyújtotta lehetőségeket (1. ábra). „A tervezés során használt legkedveltebb alkalmazásunk a Rhino; annak ellenére, hogy ez nem egy BIM (épületinformáció modellező) alkalmazás. Jelenleg a Graphisofttal közösen dolgozunk egy olyan tervezői munkakörnyezet megvalósításában, amely élő kapcsolatot biztosít a Rhino és az ARCHICAD között. Ez lehetővé teszi, hogy algoritmikus tervezői eljárásokat BIM munkakörnyezetben használhassunk bármely tervezési fázis során."[1]

10 RH-GH-AC-CogWheel GSAz ARCHICAD a Graphisoft által fejlesztett professzionális BIM alkalmazás. A kétirányú Grasshopper-ARCHICAD kapcsolat (2. ábra) lehetővé teszi azt, hogy az építészek fejlett és sokoldalú algoritmikus eljárásokat használjanak, miközben rendelkezésükre áll minden olyan tervfeldolgozást, csapatmunkát, interaktív tervbemutatást és dokumentálást biztosító eszköz, amit egy professzionális BIM platform nyújthat."[2]

Esettanulmány

Ez az esettanulmány bemutatja, hogy miként lehet egy szabad vonalvezetéssel tervezett magas épület térhatárolószerkezetén optimális módon elhelyezni a külső árnyékolókat. Az ismertetendő épületet és az alkalmazott munkafolyamatokat Michele Calvano és Mario Sacco (ArchiRADAR) olasz építészek készítették.[3] Ez a projekt első díjat nyert a GRAPHISOFT által meghirdetett „Algoritmikus tervezés BIM környezetben" pályázaton.

A koncepcionális, szabad vonalvezetéssel létrehozott geometria Rhinoceros alkalmazással készült. A Rhino segítségével egyszerűen, grafikus felhasználói felületen hozhatunk létre NURBS görbéket, és képezhetünk ezekből felületeket. A grafikus kontroll-fogópontok használatával 3D nézetben szerkeszthető, módosíthatóés igazítható a létrehozott felület (3. ábra).

11 Mario Sacco 1

A Grasshopper a Rhinoalgoritmikus tervezési eszközöket biztosító kiegészítője. Lehetővé teszi azt, hogy az építészek grafikus kezelőfelületen – matematikai ismeretek nélkül – matematikai szabályokat és generatív eljárásokat rendeljenek hozzá a Rhino-ban készített modellhez.

A Grasshopper segítségével a tervezők egy térhálót fektettek a korábban létrehozott NURBS felületmodellre (4. ábra). Ez lehetővé tette azt, hogy a komplex NURBS modellt egységesen kiosztott, csoportokba sorolható sík elemekkel képezzék le. Az azonos színű felületelemek méretei megegyeznek, melyek a gyártási folyamatokat és költséget is optimalizálják.

12 Mario Sacco 2

A Grasshopperés a Rhino fontos előnyei közé sorolhatjuk azt is, hogy minden Rhino NURBS felületmodellen végzett változtatást azonnal és automatikusan lekövet a térhálókiosztás. Ez a modellkapcsolat tehát nem szűnik meg azután sem, miután a térhálót generáltuk, ráadásul a teljes projektfájl mérete nem több, mint 200KB!

A következő lépésben a NURBS felületre generált, sík tárháló egységek segítségével parametrikus árnyékoló paneleket helyezünk le. Ezek a panelegységek az aktuális elhelyezés és tájolás, továbbá a napállás alapján változtatják helyzetüket, ami a benapozás ellen optimális védelmet biztosít.A földrajzi fekvés, valamint a nappálya-diagram bemenő adatait ARCHICAD-benfogjuk meghatározni, és hozzárendelnia panelekhez a következőkben.

Az élő, kétirányú Grasshopper-ARCHICAD kapcsolatnak köszönhetően parametrikus árnyékoló szerkezeteket oszthatunk ki a térháló pontjait felhasználva. A kétirányú kapcsolat a tervezési fázis minden szakaszában elérhető és rendelkezésre áll, tehát akár a kiviteli tervdokumentáció készítése során is „büntetlenül"módosíthatjuk a NURBS felületet. A kétirányú kapcsolat, valamint a BIM munkakörnyezet automatikusan lekövetik az összes érintett változást a térhálóban, a panelek kiosztásában, elhelyezésében és tájolásában is.

13 Mario Sacco 3

Minden olyan változás, amelet ARCHICAD BIM környezetben végzünk, hatással lesz a Rhino-Grasshopper modellre és viszont (5. ábra). A bemutatott projekt ARCHICAD fájl mérete mindössze 13 MB. Ez a kis fájlméret lehetővé teszi azt, hogy a modellszerkesztési és –frissítési műveletek elvégzéséhez egy átlagos számítógép-konfiguráció is tökéletesen megfelel. A terv kidolgozása során felhasználhatunk parametrikusan konfigurálható ARCHICAD elemeket. A helyszín földrajzi jellemzőinek és tájolásának megadás aután lehetőségünk van olyan parametrikus árnyékoló panelek betervezésére, amelyek az adott napállást követve változtatják az árnyékoló lamellák helyzetét (6. ábra).

14 Mario Sacco 4

Az ARCHICAD professzionális BIM munkakörnyezete lehetővé teszi a NURBS alapokon nyugvó épületmodell tervdokumentációjának – metszet, homlokzatok, alaprajzok stb. – előállítását és tervlapokra helyezését, továbbá készíthetünk modellalapú anyag-, elem- és költségkimutatásokat is a tervezés bármely szakaszában. Látványtervek és mobil eszközökön megtekinthető,interaktív BIMx tervbejárás is bármikor előállítható.

Az ARCHICAD BIM terv szabadon megosztható szakági társtervező mérnökökkel is .IFC és .BCF fájlformátum használatával (OPEN BIM). Az épület térhálógeometria modellje megosztható szerkezettervező mérnökökkel. Az itt bemutatott példában TEKLA Structures alkalmazás használatával készült el a térbeli rácsos tartó szerkezeti vázlata. A szerkezettervezők által kidolgozott teherhordó váz geometriáját és javasolt csomópontjait az építésztervezőkkel is meg lehet osztani. Elvégezhető a gépészeti rendszerek és a szerkezeti elemek ütközésvizsgálata, mely további tervegyeztetés alapjául is szolgálhat (7. ábra).

15 Mario Sacco 5

A Grasshopper algoritmikus eszközeivel előállított Rhinoceros modell használható az épület energetikai jellemzőinek vizsgálatára is. A Ladybug és a Honeybee Rhino kiegészítők lehetővé teszik a Rhino modell Energy Plus alkalmazásban történő elemzésének elkészítését. Az ARCHICAD is lehetővé teszi építészek által is könnyen elvégezhető energetikai kimutatások elkészítését, továbbá lehetőség van az energetikai modell egyéb alkalmazásokkal történő megosztására is (pl. PHPP, iSBEM, VIP-Energy,gbXML, illetve az un. „zöld" IFC formátum használatával).

Az épületeket ma már elláthatjuk dinamikusan változó jellemzőkkel, amelyek összességét akár 'viselkedés'-nek is elnevezhetjük. Az épületburok valós időben képes követni a környezeti változásokat ,mindezért a tervezőknek nemcsak megtervezni kell az épületet, de fel kell készíteniük azt a megfelelő »viselkedésre« is, azaz a változások valós idejű követésére. A számítógépes programok fejlődésének köszönhetően az épületek dinamikus viselkedésének megtervezése jóval egyszerűbb algoritmikus és generatív tervezési eljárások használatával. Matematikai összefüggések és paraméterek használatával adhatjuk meg az épületek viselkedésének szabályait. Ez lehetővé teszi, hogy bonyolult, de közvetlen kapcsolatot hozzunk létre a környezet dinamikusan változó jellemzői és a komplex építészterv között. Azt a személyt, aki a kapcsolat létrehozásáért, továbbá a kétoldalról érkező adathalmaz kezeléséért felelős, hívhatjuk »algoritmikus« tervezőnek. Feladata az épület formájának meghatározásán túl a kivitelezési és gyártási munkafolyamatok ellenőrzése is."[4]

Az itt bemutatott munkafolyamat lehetővé teszi, hogy az építésztervezők napi munkájuk során olyan algoritmikus és generatív eszközöket használjanak, melyek impozáns formák létrehozásán túl bonyolult tervezési szabályok, energetikai előírások betartásában is segítséget nyújtanak.

Összegzés

Az algoritmikus tervezési folyamatok atermészetben megfigyelhető szabályrendszert használnak. Matematikai összefüggések és paraméterek használatáva limpozáns épületformákat generálhatunk. A formai kialakításon túl használhatjuk ezeket az összefüggéseket arra is, hogy optimalizáljuk az épület energiafogyasztását, építési és üzemeltetési költségeit.

Jegyzetek
[1] Jakob Andreassen, BIM Manager, BjarkeIngels Group, www.big.dk
[2] Baróthy Laura, Terméktervező, Graphisoft, www.graphisoft.com
[3] www.archiradar.it
[4] Mario Sacco, Architect, ArchiRADAR, www.archiradar.it

Az épület tervezésének kezdeti szakaszában hozott építészi döntések akár 80 százalékban meghatározhatják a megépült épület energetikai jellemzőit. Ez tulajdonképpen azt jelenti, hogy ha – energetikai szempontokat tekintve – rossz döntéseket hozunk a tervezés kezdeti szakaszában, akkor azt a későbbi szakaszok során már nem lesz módunkban építészi eszközökkel korrigálni (tájolás, tömegformálás stb.). A szakági mérnökök az építészterveket és koncepciót alapul véve tervezik meg az épület hűtési, fűtési és szellőzési rendszereit. Megfelelő tervkoncepció kialakításával optimalizálni lehet az épületgépészeti rendszerek teljesítményigényét, ami az épület fenntartási és üzemeltetési költségeinek az optimalizálását is jelenti. A koncepcionális tervek tehát nemcsak az épület formai kialakítását, de energetikai jellemzőit és fenntartási költségeit is alapvetően meghatározzák.

Az algoritmikus tervezői eszközök segítséget nyújthatnak az aktív- és passzív szolárrendszerek megtervezése, beépítése, illetve üzemeltetése kapcsán. Az épület geometriájának megformálása, a transzparens szerkezetek, ablakok számának, méretének és elhelyezésének alakítása, a fix- vagy dinamikus árnyékolási rendszerek meghatározása, a benapozás mértékének befolyásolása hideg és meleg évszakok, napszakok szerint: mindez lehetséges. Az algoritmikus tervezői eszközök végső soron segítséget nyújthatnak optimális energetikai tulajdonságokkal rendelkező épületek tervezése, építése és üzemeltetése során.

 

Filetóth Levente
okl. építészmérnök

 

 

Keresés

mehi-banner-media 120x240