3 подхода на проектиране с помощта на новите технологии

За да споделяме интересни и вдъхновяващи теми, всяка седмица някой от членовете на нашия екип изнася презентация. Целта е да споделим знанията си и всеки да открие нещо ново. Тази седмица темата беше свързана с ролята на новите технологии в процеса на проектиране. Колегата арх. Петър Пенчев ни разказа за три приложения на новите технологии в процеса на проектиране.

Автоматизация на процеса на проектиране

Проектирането е креативен процес. Той съчетава в себе си много неизвестни и е много субективен процес. Продуктът на такъв процес може да e предмет, но може да бъде и пространство, сграда, град. За да се постигне качествен продукт, дизайнерът или архитектът трябва да вземе предвид много фактори, които често са далеч от обективни и често са взаимно изключващи се. Това прави процесът труден и на пръв поглед неподлежащ на автоматизиране.

Автоматизацията от своя страна е най-често срещана при относително прости и повтарящи се процеси. Без неизвестни. За автоматизация говорим когато в даден процес ролята на човека е сведена до минимум. В историята автоматизацията винаги е била неизменна част от индустриалните революции и респективно новите технологии. Това от своя страна винаги е плашело хората, защото ако такъв процес бъде наложен, то те вероятно ще загубят своята работа. Вече няма да са нужни в дадения процес и ще останат без прехрана.

Този социален аспект на автоматизацията е изключително интересен, но във времето се оказва, че загубата на работа не е нещо за което трябва да се притесняваме. Именно защото автоматизацията създава много нови възможности и води със себе си нуждата от нови професии, нови процеси и работни места.

В наши дни технологиите подължават да се развиват много бързо и вече сме свидетели на прилагане на автоматизация в много различни сфери на живота. Имаме все по-сложни инструменти с които можем да работим, за да автоматизираме все по-сложни задачи. И така се оказва, че дори процес като проектирането на пространства може да се окаже процес податлив на автоматизация. Разбира се говорим за частична автоматизация.

Проектирането винаги ще се нуждае от човешкия фактор, от някой, който да води. Можем обаче да отсеем една част от процеса, която да бъде автоматизирана. Това са всички тези дейности, които са с ясни рамки и извършваме отново и отново и често изяждат времето ни. Те са времеемки и често неприятна част от процеса на проектиране. Поглъщат ни и наякрая не ни остава време за истинкси креативните процеси. За това такива задаси са и толкова подходяща материя за автоматизация.

В основата на първия подход, както и на следващите, стоят алгоритмите. Алгоритмите са поредица от логически действия, които трябва да решат даден проблем. Можем да го разгледаме като предефинирани стъпки през които трябва да се мине, за да се постигне даден резултат. Конкретният пример за автоматизация е свързан с изпзолването на серия алгоритми, които имат за цел да обзаведат с бюра даден офис. Този подход е изпозлван от компания – WeWork, заниамваща се със строителство, управление и отдаване под наем на офиси. Такъв тип задача е с ясни параметри. Имаме ясни ограничения-прострнаството дефинирано от стените на дадения офис. Имаме и ясни стъпки, които извършва всеки архитект в процеса на проектиране на офис пространството.

За да са максимално ефективни от компанията анализират голямата си база данни от изминали проекти, създадени от техните служители. На база този анализ те отделят няколко различни типа офиси според разположенеито на прозорци, врати и конфигурация на стени. Правят това, защото няма смисъл да бъде създаден един много сложен алогритъм, който да обхваща всички възможно варианти. Вместо това се създават няколко по-прости алгоритъма, които се избират според дадения случай.

Целта е да се постигне по-висока ефективност и разход на ресурс. Сами можете да предположите, че един много сложен алгоритъм ще има нужда по повече компютърна мощност и време, за да се изпълни от колкото един по-опростен алгоритъм. Повече информация за видовете алгоритми, които са създали и за това как се справят алгоритмите в сравнение с архитектите, може да прочетете в самата презентация. Линк към нея в края на статията.

Това е само един пример на автоматизация в процеса на проектиране. Можем да приложим този принцип в разнообразни ситуации. Такива може да са автоматичното създаване на чертежи, подреждане на чертежи, създаване на елементи, преномериране на елементи и други. Характерното при такъв подход е че винаги очакваме еднакъв краен резултат. Било то правилно подредени бюра или правилно номерирани и подредени чертежи. Това е фиксирана задача с фиксиран краен резултат. Тя е обективна и е подчинена на дадени условия и правила. При бюрата това може да са отстоянията до стената и между самите тях.

От друга страна при чертежите това може да са изисквания за посоката на номериране и място на всеки чертеж. Общото обаче при всички примери е, че нямаме същински креативен процес и не очакваме резултата да е произведение на изкуството – той просто трябва да работи. Следващите подходи също могат да се разглеждат като автоматизация, но те надграждат концепцията за алгоритмите и се прилагат при по-сложни задачи.

Параметричен дизайн

По същността си параметричният дизайн се базира също на алгоритми. При изпозлването на принципите на параметричният дизайн се разработва процес, който помага на архитекта да създаде дадено пространство или форма. Първия подход, който разгледахме ни помага във фаза на проектиране в която вече имаме създадени пространства и ги доофрмяме или пък ни помага да създадем нужната документация към тях. По същността си не участва в създаването на първоначалното пространство и форма.

Параметричният дизайн от своя страна е процес, който ни помага във фазата на създаване на формата и дизайна. Той е характерен по-скоро за креативната страна на архитектурната работа. При такъв процес формата или пространството се дефинира изцяло на база алгоритми и параметри, които участват в тях. Задават се взаимовръзките между отделните съставляващи елементи на общата форма. Задават се и правилата, които тези елемнти трябва да следват.

Това всъщност е архитектурната работа. Като архитекти работим с множество правила или ограничения, които трябва да следваме. Такива правила могат да са изложение, осветеност, нормативи, специфични изисквания на позлватели, нашата представа за формата и други. Съобразявайки се с тях ние изпозлваме различни архитектурни изразни средства за да контролираме общата форма на сградата, големината на прозорци и врати, рапзоложение на стени и други. Това са нашите параметри.

Ако комбинираме всичко това получаваме алгоритъма от който имаме нужда, за да решим дадена архитектурна задача. В това е смисъла на параметричния дизайн. Да съставим скелета на една задача от изходни параметри, правила и резултат. Параметричният дизайн ни дава възможност да изследваме много варианти и да видим пряко как дадена промяна на изходните параметри, ще промени крайният резултат. Ако изпзолваме стандартен подход на проектираме е нуждно да преминем през целия процес, стъпка по стъпка, докато достигнем крайния резултат.

Инструментите за параметричен дизайн ни позволяват да развихрим въображението си и да дефинираме разнообразни правила за формата и пространството. Това е едно от най-характерните проявления на параметричният дизайн. Ако попаднете на сграда или пространство с причудливи, аморфни форми, плавно преливащи покриви към фасада, всевъзможни криви – това най-вероятно е в резултат на параметричен дизайн. Резултат от такъв подход при проектиране се доближива максимално до формите срещани в природата или линии скицирани на ръка.

Някои от най-значимите имена в архитектурата изпозлват подобен подход на работа. Още Антони Гауди дори е изпозлвал подобен подход. Той обаче не е изпзолвал разбира се в процеса компютър, а макети от нишки и тежести. На ншишките е окачвал тежестите и е изследвал формата на нишката. Тази форма е материализирана в сводовете на строящата се и днес Саграда Фамилия.

Примерът разгледан в презентацията разкрива подход на работа при който за изходни данни се позлват стойностите за максималната сила на звука от песен. Това е наш проект изпозлващ параметричен дизайн. Дефинираме пространството, чрез материлизиране на звука и игра на светлината. Изпозлваме стойностите на звука, за да контролираме специфични тръбни елементи, завършващи с LED светлина. Работата с инструментите за параметричен дизайн ни дават възможността да постигнем резултат, до който не бихме стигнали, ако изпзолваме стандартенните методи на проектиране.

Системата базирана на алгоритъм ни дава и възможност за бързо и лесно коригиране на дизайна. Ако искаме да направим промяна, достатъчно е да коригираме дадения параметър. Не се налага да създаваме всичко от начало. При повторното изпълнение на алгоритъма, формата се генерира на база новите стойности. Можем обаче да направим още една стъпка по-нагоре и да стигнем до по-задълбочен метод. А именно:

Генеративен дизайн

Генеративният дизайн до голяма степен прилича на параметричния дизайн. Това обаче е на пръв поглед. Процесът отново е базиран на алгоритми, но генеративният дизайн е опит да се имитира природата и в частност еволюцията. Оцеляват тези които се адаптират най-добре. Това означава, че дадени форми еволюират във времето на база фактори и това което виждаме днес е тук, защото е имало най-подходящите характеристики, за да оцелее. Подобен е замисълът на генеративния дизайн. Да изпозлваме алгоритми, за да създадем най-оптималната форма и пространство.

Например можем да използваме такъв подход при проектиране на стол. Имаме фактори, които  са свързани с носимоспособността на стола, вида на конструкцията,  както и фактори свързани с естетическите му качества. Можем да облечем всички тези фактори и изисквания в алгоритми и да изпзолваме инструменти за генеративен дизайн. С такъв подход можем да проиграем множество комбинации на параметри с различни крайни резултати и да изберем най-подходящия.

Това до голяма степен прилича на параметричния дизайн. Имаме параметри, имаме условия, имаме алгоритми имаме и краен резултат. При параметричният дизайн обаче ние сме ограничени при изледването както на крайния вариант, така и на изходните параметри. Изцяло от нас зависи какви точно изходни параметри ще въведем.

Това което въвеждаме е във функция от нашия опит и знания. Така макар и с помощта на алгоритни можем да излседваме определен брой решения. В голяма степен сценарият е проба-грешка.

Генеративният дизайн е „по-умен“. За да го „обучим“, освен стандартните изходни параметри, ние въвеждаме и параметри, които служат за оценка. Стойностите на тези параметри казват на компютъра дали даден дизайн е добър или лош. Именно така се постига еволюция. Компютърът започва да изследва комбинации на параметри. техни стойности и крайни резултати. Стига до определен брой и ги оценява. След това избира най-добре представилите се и продължава да излседва други комбинации, но вече на база най-добре представилите се от първата селекция. Така имаме различни поколения и еволюция на резултатите.

Това е основната разлика с всички разгледани до сега подходи. Възпозлваме се в максимална степен от компютърната мощност. Прехвърляме в полето на компютъра тази част от работата, която той прави най-добре, а именно да пресмята. С негова помощ симулираме еволюцията характерна наблюдавана в природата.

Генеративен дизайн не е само интересна концепция. Производители като Дженеръл Моторс вече вграждат детайли, разработени на този принцип в своите автомобили. Те разработват специална скоба за закопчване на задните колани. Новата скоба е по-лека и по-здрава в сравнение със стандартната, благодарение на иновативния подход в процеса на създаването ѝ.  В последните години генеративният дизайн навлиза все повече и в света на архитектурата.

Такъв процес дава възможност на архитекта да изследва по-добре пространствата и формите, които създава. Примерът разгледан в презентацията показва как такъв процес е помогнал за организирането на площите за едно от най-значимите събития организирани от Autodesk, а именно Autodesk University. Авторите на разработката задават геометричните ограничения на залата, която помещава събитието и изискванията на отделните групи павилиони, които трябва да се разположат. След това с помощта на генеративен дизайн изследват над 30 000 варианта, за да стигнат до най-подходящия.

Вероятно за много от вас отново и отново възниква въпроса дали компютърът не ни измества и не започва да проектира вместо нас. Иамме ли ние водещата роля в процеса на проектиране? Това е сериозна заплаха в очите на мнозина. Ние вярваме обаче, че това по-скоро с подобни методи се отварят много нови възможности. Никой подход не би бил възможен без участието на човека. Винаги човекът ще е необходим, за да зададе логиката, за да управлява процесът и да взема решенията. Компютърът не би могъл да ни измести от тази ни роля, той само може да ни помага, като асистира процесът. Компютърът не е в състояние да води такъв процес сам.

 

Презентацията за проектиране с помощта на новите технологии

 

Линк към запис от представянето на презентацията:

*Голяма част от текстовете и материалите са на английски, поради спецификата на разгледаните теми.