Algorithmically aided management of structure modularity at the design and execution stage

• Autorzy: Nazar Krzysztof , Słyk Jan

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138946

Warianty tytułu

PL

Algorytmiczne wspomaganie zarządzania modularnością struktur na etapie projektowania i wykonawstwa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The interest in prefabricated building modules is constantly growing due to the increasing possibilities of analysing extensive data sets in computers and the popularity of BIM technology. The ability to manage the position, size and properties of many different elements make it easy to create and evaluate complete modular models at the design stage. Benefits of prefabrication include, among the others, decreased cost, minimisation of environmental impact, and reduced labour on-site. However, making structures and buildings suitable for prefabrication puts additional responsibility on the designer, who needs to choose the modular system, partition the structure and prepare detailed schedules. The article refers to digital control over modular design in the context of the increasing complexity of structures. It focuses on methods and tools that either reduce the designer’s labour or provide him with information that can be used to optimise the structure in terms of efficiency or cost. The article organises the existing trends and presents three experiments on algorithmic control of modular structures to outline the differences in computational methods suitable for particular technologies: masonry, steel, glass and timber construction. The research illustrated in the article was undertaken in response to the need to develop construction technologies in line with the sustainable development trend.

PL

Wykorzystanie modularnych struktur tektonicznych jest głęboko zakorzenione w historii realizacji budowlanej i w teorii architektury. Początkowo budowanie z powtarzalnych porcji materiału było wyłącznie skutkiem uwarunkowań praktycznych. Rozmiar bloków kamiennych, belek drewnianych i cegieł dostosowywano do możliwości transportowych, technik wznoszenia budowli siłą ludzkich mięśni i charakterystyki najprostszych maszyn. Dyskurs teoretyczny renesansu rozszerza rozważania o modularności o aspekty estetyczne. Alberti wspomina o konieczności prowadzenia wątków kamiennych i ceglanych „według wyznaczonych linii i (. . . ) kątów”. Budowle nowożytne, wyrastające z fascynacji perspektywą i szerzej, teorią postrzegania, wykorzystuja modularność dla uwypuklenia wrażeń przestrzennych. Architektura wieków późniejszych skupiona była raczej na wizualnym odbiorze elementów budowlanych niż na ich tektonicznym uporządkowaniu. Dekoracja podporządkowana względom estetycznym przesłaniała wewnetrzne modularne struktury. Zmiany w wartościowaniu przyniósł dopiero wiek dziewiętnasty. Eugène Viollet-le-Duc zwrócił uwagę na piękno średniowiecznych budowli, które eksponowały strukturalny sens pojedynczych elementów i ich agregacji. John Ruskin, otwierając drogę dla dyskursu architektury nowocześnej, zastosował dla oceny dorobku wcześniejszych epok wartościowania bliskie etycznemu. Tektoniczna struktura budowli jest przez niego nazwana prawdą w odróżnieniu od powierzchownej dekoracji. Na tle powyższych rozważan modernizm jawi się jako renesans zainteresowania modularnością. Widzimy to w powszechnym wykorzystaniu nietynkowanych murów, w ekspozycji wiązań, w tworzeniu nowatorskich prefabrykowanych elementów. Współczesne agregacje dodają do historycznych koncepcji komponent ery informacyjnej. Jest nim cyfrowe medium, które obecnie stanowi naturalny język reprezentacji projektów architektonicznych. W przeciwieństwie do medium analogowego składa się z części (bitów), co sprawia, ze lepiej służy do opisu struktur modularnych. Dzięki rosnącej mocy obliczeniowej komputerów wzrastają możliwości zarządzania rozległymi zbiorami danych, co pozwala zapisywać w projekcie dokładne informacje o rodzaju, położeniu, kształcie i innych właściwościach części składowych. Autorzy zestawiają eksperymenty dotyczące algorytmicznego wspomagania projektowania struktur modularnych o różnych naturach. Wykazują, że różne technologie wymagają zastosowania innych metod agregacji. Przedstawione są metody rozliczania prefabrykowanych bloczków w niedostosowanym planie architektonicznym, teselacje dwukrzywiznowych powierzchni za pomocą identycznych płaskich elementów oraz optymalizacja rozkładu desek elewacyjnych w kontekście określonych zasobów materiałowych.

Słowa kluczowe

EN

modularity; prefabrication; tessellation; tiling; optimization; management

PL

modularność; prefabrykacja; teselacja; płytka elewacyjna; optymalizacja; zarządzanie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 643--657
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Nazar Krzysztof

• Warsaw University of Technology, Faculty of Architecture, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5301-8472

autor

Słyk Jan

• Warsaw University of Technology, Faculty of Architecture, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7022-9423

Bibliografia

• [1] P.F. Yuan, M. Zhang, and L. Han, “Low-tech digital fabrication: traditional brick as material in digital practice”. In Global Design and Local Materialization: 15th International Conference, CAAD Futures 2013, Shanghai, China, July 3-5, 2013. Proceedings, vol. 1, J. Zhang, C. Sun, Ed. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2013, pp. 139-148, DOI: 10.1007/978-3-642-38974-0.
• [2] Witruwiusz, “O architekturze ksiąg dziesięć”. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1956, p. 26, 30.
• [3] L.B. Alberti, “Ksiąg dziesięć o sztuce budowania”. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1960, p. 67.
• [4] E. Viollet-le-Duc and M.F. Hearn “The Architectural Theory of Viollet-le-Duc: Readings and Commentary”. Ed. Cambridge: MIT Press, p. 237, 1990.
• [5] J. Ruskin, “The seven lamps of architecture”. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2017, p. 27.
• [6] J. Słyk, “Zródła architektury informacyjnej”. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Seria Architektura, vol. 7, Warszawa: Oficyna Wydawnicza PW, pp. 5-227, 2012.
• [7] F. Gramazio and M. Kohler, “Digital materiality in architecture”. Baden: Lars Müller Publishers, 2008.
• [8] J.P. Sousa, P.A. Varela and P.F. Martins, “Between manual and robotic approaches to brick construction in architecture”. In Real Time - Extending the Reach of Computation. Proceedings of the 33r d International Conference on Education and Research in Computer Aided Architectural Design in Europe, vol. 2, B. Martens, G. Wurzer, T. Grasl, W.E. Lorenz, R. Schaffranek, eds., Vienna: TU Wien, pp. 361-370, 2015.
• [9] V. Helm, S. Ercan, F. Gramazio, M. Kohler, “In-situ robotic construction: extending the digital fabrication chain in architecture”. In ACADIA 12: Synthetic Digital Ecologies. Proceedings of the 32nd Annual Conference of the Association for Computer Aided Design in Architecture (ACADIA), J.K. Johnson, M. Cabrinha, K. Steinfeld, Eds., New York: ACADIA, pp. 169-176, 2010.
• [10] M. Imbern, “(Re)Thinking the brick: digital tectonic masonry systems”. In Rethinking Comprehensive Design: Speculative Counterculture, Proceedings of the 19th International Conference on Computer-Aided Architectural Design Research in Asia CAADRIA 2014, N. Gu, S. Watanabe, H. Erhan, M. Hank Haeusler, W. Huang, R. Sosa, ed. Hong Kong: CAADRIA, pp. 211-220, 2014.
• [11] K. Liapi and A. Papantoniou, “Square tessellation patterns on double layer minimal surface structures - geometric investigation and design algorithms”. In Computing for a better tomorrow - Proceedings of the 36th eCAADe Conference, vol. 2, A. Kępczyńska-Walczak, S. Białkowski, Eds. Łódź: Łódź University of Technology, pp. 383-390, 2018.
• [12] E. Schling, C-L. Hsu, and M. Ma, “Asymptotic building envelope - combining the benefits of asymptotic and principal curvature layouts”. In PROJECTIONS - Proceedings of the 26th CAADRIA Conference, vol. 1, A. Globa, J. van Ameijde, A. Fingrut, N. Kim, T.T.S. Lo, Ed. Hong-Kong: The Chinese University of Hong Kong, 2021, pp. 341-350.
• [13] S. Kaijima and P. Michalatos, “Discretization of continuous surfaces as a design concern”. In Predicting the Future - 25th eCAADe Conference Proceedings, Frankfurt am Main, pp. 901-908, 2007.
• [14] P. Loh, D. Leggett and D. Prohasky, “Robotic fabrication of doubly curved façade system - constructing intelligence in the digital fabrication workflow”. In Intelligent & Informed - Proceedings of the 24th CAADRIA Conference, vol. 2, M. Haeusler, M.A. Schnabel, T. Fukuda, Ed. Wellington: Victoria University of Wellington, pp. 521-530, 2019.
• [15] K. Ostrowska-Wawryniuk, “BIM-aided prefabrication for minimum waste DIY Timber Houses”. In Architecture in the Age of the 4th Industrial Revolution - Proceedings of the 37th eCAADe and 23rd SIGraDi Conference, vol. 1, J.P. Sousa, J.P. Xavier, G. Castro Henriques, ed. Porto: University of Porto, pp. 251-258, 2019, DOI: 10.5151/proceedings-ecaadesigradi2019_177.
• [16] N. Leach, “There is no such thing as a digital building: a critique of the discrete”. Architectural Design, vol. 89, pp. 136-141, March 2019, DOI: 10.1002/ad.2423.
• [17] G. Retsin, “Discrete assembly and digital materials in architecture”. In Complexity & Simplicity - Proceedings of the 34th eCAADe Conference, vol. 1, A. Herneoja, T. Österlund, P. Markkanen, Eds. Oulu: University of Oulu, pp. 143-151, 2016.