Kroz dati tekst prikazaćemo kako može da se pristupi projektovanju koncertne hale tehnikama objektno-orijentisanog programiranja (OOP), kao i koje su prednosti i nedostaci date metode. Data koncertna hala napravljena je isključivo kao primer koji može da demonstrira moć programiranja pri kreiranju komplekse geometrije i ispitivanju varijantnih rešenja. Pored toga, cilj ovog teksta je da približi napredne i dostupne digitalne alate širem krugu arhitekti, inženjera, studenata i drugih aktera u okviru građevinske industrije.
Šta možete da postignete objektno-orijentisanim programiranjem?
Pre svega, programiranjem možete da kreirate bilo kakvu geometriju, izvršite razne numeričke operacije ili eksportujete specifične fajlove – bez obzira na kompleksnost forme. Dakle, može da se odradi (automatizuje) gotovo sve ono što biste i ručno odradili. Glavna prednost date metode predstavlja znatno veću brzinu izrade zadataka, što olakšava ispitivanje varijantnih rešenja (prototipa) i veoma štedi vreme (kao i druge resurse) pri zadacima koji se često ponavljaju.
Postoji nekoliko načina kako može da se pristupi programiranju u arhitekturi i građevinarstvu, nekoliko različitih jezika (C#, Python, VB, itd.) i nekoliko različitih softvera. Algoritam koji generiše koncertnu halu pravljen je u popularnom grafičkom editoru Grasshopper (u okviru softvera Rhino) korišćenjem C# (C-Sharp) komponente. Nijedna tačka, linija ili površina nije kreirana ručno – sva geometrija je generisana programiranjem.
Parametarski pristup projektovanju
Parametarski pristup projektovanju (bilo objektno-orijentisanim ili vizuelnim programiranjem) podrazumeva da složite geometrijske operacije u jasno definisan niz, tj. u instrukcije koje govore kompjuteru kako da konstruiše željenu formu. Sve ulazne parametre koji su promenljivog karaktera korisnik može naknadno da menja, pri čemu softver automatski konstruiše novu formu.
Na datom primeru postavljeno je 80 numeričkih parametara koji utiču na različite aspekte forme. Algoritam je pravljen tako da konstruiše geometriju i da automatski izmeri osnovne karakteristike objekta koje će korisniku pružiti osnovne informacije o generisanom rešenju – kao što su broj sedišta, zapremina prostorije, površina zidova, udaljenost od bine, ugao sagledavanja za svako sedište, količina utrošenog materijala i njihova cena, itd. Menjanjem ulaznih parametara, arhitekta može relativno lako da konstruiše formu koja najviše odgovara datom kontekstu, ili da brzo reaguje na promene u kasnijim fazama projektovanja.
Skup varijantnih rešenja nasuprot jednog idejnog rešenja
Budući da koncertnu halu opisuje 80 numeričkih parametara sa različitim stepenima slobode – to dovodi do 1,48*10ˆ153 varijantnih rešenja. To je broj koji je ljudima nezamisliv. U zavisnosti od toga koliko ste izmenili parametre, možete da izazovete blagu ili drastičnu promenu forme.
Parametarski pristup podrazumeva projektovanje skupa varijantnih rešenja iz iste ili slične „familije dizajna“, za razliku od konvencionalnih metoda projektovanja koji se često fokusiraju na ispitivanje i usavršavanje jedne forme. To podrazumeva da arhitekta mora dosta da razmišlja o geometrijskim ograničenjima i međusobnoj povezanosti elemenata, kao i o pravilnom redosledu geometrijskih operacija. Ipak, parametarskim pristup pruža mogućnost da se ispita znatno više opcija za znatno kraće vreme.
Zašto su nam bitni digitalni alati?
Može da se razvije argument da je arhitekta onoliko dobar koliko uspešno barata alatima koji su mu na raspolaganju – bilo da je to skiciranje olovkom, 3D modelovanje, BIM, parametarski dizajn, itd. Programiranje je samo jedan od digitalnih alata koji pružaju arhitektama i inženjerima mogućnost da automatizuju određene procese u okviru projektovanja ili fabrikacije. Ipak, jedna od mana je upravo u tome što OOP zahteva nešto veći nivo stručnosti u računarskom dizajnu (computational design) i mnogima nije intuitivna metoda budući da geometrijske operacije opisujete nekim tekstom.
Kada pogledamo dostupne digitalne alate, svaki softver koji koristimo (nebitno da li je to Rhino, Revit, AutoCAD, SketchUp…) ima neka svoja ograničenja po pitanju korišćenja. Pored toga, veliki broj softvera je potekao iz srodnih inženjerskih disciplina poput auto- i avio-industrije, a samo je prilagođen korišćenju u arhitekturi i građevinarstvu. Na kraju dana, bitno je da arhitekta dobro ovlada digitalnim alatima koji su mu dostupni kako bi bio u mogućnosti da proizvede željenu formu – proces kojim ste došli do te forme (bilo da je ručno modelovanje, parametarski pristup ili programiranje) je nešto što je moglo da Vam olakša ili oteža proces rada.
Pri radu na kompleksnim formama često možete da naletite na ograničenja softvera. Prosto ne postoji komanda koja je Vama neophodna, ili softver ne može da podrži dati tip geometrije. Međutim, jednom kada savladate tehnike programiranja, imate mogućnost da kreirate nove digitalne alate za svoje potrebe – bilo da su to proste komande, plugin-ovi za popularne CAD softvere ili nezavisne aplikacije.
Kako bi se uspešno generisala koncertna hala, isprogramiran je veliki broj funkcija koji automatizuju određene procese. Na primer, pri konstruisanju tribina algoritam uzima u obzir geometriju bine i za svaki naredni red računa novu visinsku razliku, istovremeno vodeći računa o tome da visina stepenika bude ujednačena. Pred toga, za svako sedište se automatski računa ugao sagledavanja bine, ukupan broj posetilaca, itd.
Simulacija akustike
Programiranje je pružilo mogućnost da se kreira i brza simulacija akustike. Data simulacija nije preciznija od profesionalnih softvera koji se time bave, ali i ne mora da bude – krajnje rešenje će se svakako dati stručnjacima na ekspertsku analizu. Međutim, kada je brza simulacija akustike (oko 30s) povezana sa parametarskim generisanjem (oko 10s) – korisnik veoma brzo može da ispita veliki broj varijantnih rešenja i stekne grubu predstavu o uspešnosti svake forme (npr. na osnovu ocene akustike, zapremine hale, površine zidova, broja mesta za sedenje, itd.). Gruba simulacija može da pomogne arhitektama pri odabiru rešenja, ili ukaže na specifične propuste u projektu kako bi se greške otklonile na vreme.
Proces optimizacije
Budući da parametarski pristup nudi veliki broj varijantnih rešenja (često i preko milijardu kombinacija) – to ne znači da će korisnik da troši vreme i da ručno menja parametre i poredi forme. Za veliki broj promenljivih parametara to postaje isuviše kompleksan problem ljudima za rešavanje. Postoje algoritmi koji se bave optimizacijama (najčešće se koriste evolutivni algoritmi) gde arhitekta definiše ciljeve u vidu numeričkih vrednosti (npr. 2100 mesta; 30.000 m3 enterijera; 2,2 s period reverbacije; i sl.), a softver generiše i ispituje varijanta rešenja i pokušava da se približi postavljenim ciljevima. Evolutivni algoritmi mogu da ispitaju i preko 10.000 varijacija za relativno kratko vreme i da ponude kao rešenje grupu formi optimalnih performansi koje će se kasnije koristiti pri stručnim analizama.
Šta je budućnost?
Da li će programiranje zameniti druge popularne alate u arhitekturi i da li će se isključivo projektovati programiranjem u budućnosti? Naravno da neće u potpunosti, ali svakako hoće u nešto većoj meri. Ukoliko se pametno koristi, programiranjem može da se automatizuje veliki opseg poslova u arhitekturi i građevinarstvu. Time se znatno štedi vreme, reaguje se brže na izmene i greške u projektu, a generišu se forme uspešnijih performansi (manja količina materijala za isti ili bolji kvalitet, bolja energetska efikasnost, itd.). Sa sve većim stepenom automatizacije i razvojem veštačke inteligencije neophodno je da arhitekte preuzmu veći udeo u razvijanju novih digitalnih alata, kako arhitektura ne bi postala sekundarna disciplina za srodne i više razvijene industrije.
