Нова морфология на архитектурата. Защо сградите се нуждаят от гени?

2024 Автор: David Durham | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 02:28

Архитектурата се стреми да отразява идеите за околния свят. През последните 20 години архитектите се фокусираха върху изчислителните технологии, физическите и биологичните процеси. Науката за природата и изчислителните технологии променят нашето разбиране за битието и зад това идеята за това как можем и трябва да работим с архитектурна форма и пространство. Това води до появата и развитието на нови инструменти, методи и методи, което значително променя идеята за това каква е морфологията на архитектурата, т.е. наука, която изучава структурата на архитектурна форма. Ако например биологичната морфология е структурата на формата на организма и особеностите на неговата структура, а в математиката това е теорията и техниката за анализ и обработка на геометрични структури, базирани на теория на множествата и топология, тогава принципите на съвременната архитектурната морфология е някъде между тези в биологията и математиката. Ако архитектурните форми от миналото биха могли да се разглеждат като окончателна структура, то сега тя трябва да се разглежда чрез развитието на формата - морфогенеза.

Процеси

През по-голямата част от своята история архитектурата е очарована от крайния и статичен резултат. Но с появата на постмодернизма възниква и друг интерес: архитектурата все повече се увлича от процеса на създаване на проект. Първоначално това бяха колажи от алюзии за големи исторически стилове, древна система от порядъци и т.н., след това се пренася в полето на играта с по-абстрактни процеси: сили, енергии, чиста геометрия, които формират образа на деконструктивизъм. Освен това тази игра, навлизайки в необятността на модерността, се въплъщава в схематично мислене, когато презентациите на архитектите все повече наподобяват инструкции за сглобяване и разработване на архитектурен обект.

Подобен опит за прехвърляне на архитектурата от равнината на субективните идеи на създателя в рационалната равнина на обективни решения и задачи отразява изискванията на новото време. Веригите от диаграми, графики, обяснения отразяват защо и как се е появил архитектурният обект. Но за разлика от практиката на постмодернизма, която отразява ирационалната субективност на архитекта, това се случва въз основа на анализи на обема, използваемите площи, площта на сградата, ориентацията към слънцето, разпределението на височината, гледните точки, количеството зеленина и паркоместата, транспорта и пешеходни маршрути и много други обективни фактори … За пример можете да се обърнете към всеки проект на известния BIG, MVRDV или OMA.

Това корелира много добре с това как са се променили нашите представи за същността на нашия свят. Научната картина на света показа, че сложните обекти от живо и неживо естество са производни на процеси. В тях чрез последователност от процедури за преобразуване - сливане, разделяне и преобразуване - се генерират нови обекти.

От правене до размножаване

Имахме щастието да присъстваме по удивителното време на глобалното преструктуриране на „вършещия човек“в „генериращия човек“. Каква е разликата между първото и второто? Първият се основава на традиционния начин за създаване на изкуствен артефакт. Това е, когато има окончателен образ, план, решение и човек, чрез определени действия, постига желания резултат. Представете си, че създавате супергерой. Тогава си представете скулптор, който е от типа „изпълнител“. Първо, той рисува или извайва скица на бъдеща скулптура, използвайки детегледач, за да схване правилната човешка пластичност. След това взема длето и обработва парче камък. Резултатът не е необходим супергерой, а неговото неживо отражение, едва ли способно на подвизи.

Това важи и при създаването на архитектура. Например, архитект от първи тип първо измисля образ на сграда, основан на субективно възприятие и опит. Това е идеалът, който според архитекта трябва да промени живота на хората към по-добро и следователно трябва да се изгражда навсякъде. След това взема стандартна решетка от колона 6х6 метра, стандартни подове, тухли и т.н. и слага този конструктор заедно, стремейки се да се доближи до първоначалния идеал. На изхода сградата е малко адаптирана към живота, не само защото в процеса се отдалечи от идеала, но и защото самият идеал беше изобретение на архитект, само косвено свързано с реалната ситуация. Такава сграда може да бъде възпроизведена такава, каквато е, или ръчно да прави малки промени, но във всеки случай тя трудно може да изпълни първоначалния импулс, за да направи живота на хората по-добър.

Но как работи дивата природа? И как човек от втория тип - „генеративен човек“- се държи като нея? Обектите на природата се генерират от взаимовръзките на нейните елементи, действащи въз основа на закони, правила и ограничения. Така че живите организми нямат окончателен образ, към който се стремят, но имат комбинация от ефекти от действията на генотипа, съвкупността от всички гени на даден организъм и онтогенезата, индивидуалното развитие на организма от зараждането до смъртта, по-голямата част от времето, прекарано в борбата за оцеляване. Това води до формирането на отделен организъм със собствен фенотип, т.е. съвкупността от всички вътрешни и външни признаци и свойства на организма. По този начин може да се види, че действията, процесите и развитието са това, на което природата е заложила в борбата за оцеляване. В един момент това стана очевидно за хората.

За да изясним това твърдение, нека се върнем към нашия супергерой. За да създадем истински супергерой, трябва да разработим неговия генотип, който ще съдържа супер свойства. Тогава ще го развием в борба за съществуването му, при условие че оцеляването му ще зависи пряко от нашето оцеляване. Така получаваме необходимото и действащо, а не идеалния супергерой.

В опит да създаде сграда, която да подобри живота на хората, „генеративният архитект“ще създаде генотип за своята сграда, така че тази сграда да се развива в условия, близки до реалността, в съответствие с принципите, залегнали в генотипа. На изхода получаваме сграда, която се е адаптирала към околните условия и ефективно изпълнява задачите, за които е била предназначена. Такава сграда може да бъде репликирана като организми, не чрез копиране, а чрез генериране на нови сгради, като се използва същият или леко модифициран генотип, като по този начин се осигурява стабилна популация.

Перформативност

Все повече се разпространява практиката, при която действията, изразяващи замислен процес сами по себе си, са това, което предопределя крайната същност на артефакт. По този начин разпенването определя основните качества на пяната. Всъщност самото разпенване е едновременно действие и резултат от действие, а това, което наричаме „пяна“, само фиксира крайното състояние на протичащото действие. Този перформативен подход, когато вземането е неделимо от крайния резултат, се превърна във важна характеристика на съвременното изкуство и архитектура. В този случай перформативният подход се осъществява чрез действия, извършвани както в действителност, така и в компютърни програми, имитиращи действия в реално време.

Пример за перформативен подход, произведен в действителност, е художествената инсталация Tape от хърватско-австрийската група Numen / For, изложена по целия свят. Това не е окончателен проект, който да бъде транспортиран от сайт на сайт или създаден от чертежи на сайта, а процес, който използва големи ленти с тиксо и прости процедури, правила и локални решения, които могат да се възприемат като мутации в основния геном. В него материалът чрез действия, извършени в нова среда, се материализира в среда всеки път уникална, но имаща общи пространствени характеристики с други превъплъщения на „Teip“.

Околната среда се използва като опора за постепенно обработване чрез процеса на залепване първо на надлъжните ленти и след това на напречните затягащи ленти на тиксото. По този начин скоч лентата не е само една от опциите за материали, които могат да бъдат заменени с всякакви други, ако желаете, а неразделна част от процеса. Скоч лентата е материал, който предопределя извършените действия, свойствата на структурата и формираната среда. Това не е нищо повече от процеса на ембриологична онтогенеза, когато цял организъм се развива от една клетка! Освен това условията, при които се развива един организъм, засягат неговата форма (фенотип). При един и същ генотип, различните условия могат да дадат различни характеристики на организма, до различните полове. В инсталациите "Teip" едни и същи правила, работещи в различни условия на градската среда, пораждат различна форма на инсталации. За да оценим комбинацията от обща и уникалност, е достатъчно да сравним инсталациите в Белград, Берлин, Мелбърн и Виена.

Процесът на поява на "Лента" може да се наблюдава на примера за създаването на инсталация в Москва:

За да разберем как перформативният подход към архитектурата може да бъде приложен в компютърни програми, трябва да се разгледа опитът на Даниел Пайкър, който участва в семинара на Branching Points в Стрелка тази година (вижте видеото от неговата лекция). В лекцията си в семинара той говори за инструмент, който разработва за архитекти, където е възможно да се създаде форма, базирана на физически взаимодействия, към която се прилагат сили, подобни на физическите сили. В този случай окончателната форма е производно на процеса на балансиране на всички сили в системата.

Алгоритми

В продължение на много години, и особено през последното десетилетие, водещи архитекти се концентрират върху това как да използват изчислителна технология за разработване на алгоритми, от които се създава архитектурна форма. Само списъкът на образователни центрове, изследващи тези проблеми, говори сам за себе си: AA (Архитектурна асоциация), IAAC (Институт за напреднал архитект на Каталуния), SCI-Arc (Архитектурният институт в Южна Калифорния), Университет за приложни изкуства във Виена, Университет RMIT, Колумбийският университет GSAPP, Технологичен университет в Делфт със своята лаборатория Hyperbody. Разработените алгоритми отразяват визията за това как трябва да се генерира обект, какви взаимоотношения, правила и ограничения функционират в тяхната система. Такъв процес, изразен в алгоритъм и запечатан в компютърен код, може да бъде представен като геном на обект, който дава различни резултати в зависимост от външните условия, които в алгоритмите представляват първоначалните данни. И резултатът от изпълнението на алгоритъма е необходимата архитектурна форма. Този принцип на проектиране на архитектурна форма разкрива цял куп възможности: процесите на саморегулиране, адаптиране на формата към дадени условия, възможност за създаване на популации от обекти с различни характеристики и много други. Този подход до голяма степен определя концепцията параметричен дизайн, което се превърна в основната тенденция в съвременната архитектура.

Морфогенеза

Изпълнението на алгоритъма при различни условия може да създаде цели популации от свързани обекти. Освен това популацията може да се състои както от сгради, така и от структурни елементи на сграда, като популации от живи организми и клетки, които изграждат живите тъкани на тялото.

В процеса на такова размножаване може да се прояви друго важно свойство на такъв природен акт като полиморфизъм - способността на някои организми да съществуват в състояния с различни вътрешни структури или в различни външни форми. В архитектурните алгоритми това ще изглежда като способността да се избере начин за обработка на данни въз основа на свойствата на входящата информация, а също така, в зависимост от обстоятелствата, да се избере пътят за генериране на всеки конкретен обект в рамките на един вид многоефективен капацитет в архитектурата. Техники и

Технологии в морфогенетичния дизайн, Архитектурен дизайн Vol.76 No.2, p.8 ">^[1].

Пример за проява на полиморфизъм е видео, което показва как оформлението се променя значително, когато геометрията на плана на сградата се промени.

В известен смисъл алгоритъмът в този проект работи като включване и изключване на всякакви гени в зависимост от условията, водещи до различни състояния на организма.

Черупката на структурата, създадена в семинара Branching Points на фестивала „Бяла кула 2011“в Екатеринбург, се състоеше от еднородни елементи. Всеки елемент беше сгънат от един лист стомана, за да прилича на пирамида. Гънките на елементите в шахматна дъска бяха насочени или в една посока, или в обратна посока от повърхността на черупката. По този начин полиморфизмът се проявява не във формата, а в ориентацията на елементите. Този принцип направи възможно създаването на твърда самоносеща конструкция, при която елементите с обемната си маса и голяма кривина на черупката с произволна форма не си пречат.

Инсталляция на воркшопе «Точки ветвления» в рамках фестиваля «Белая Башня 2011», Екатеринбург

При градоустройството принципът на морфогенезата позволява гъвкаво планиране на територии. Пример за това е проектът на института Berlage (Ротердам, Холандия), където е проучен град Феникс. Прогнозният модел на района е разработен въз основа на радиационната карта на пустинната почва, на мястото на която трябва да се появи нов жилищен район. В зависимост от нивото на радиация, очертанията на жилищните единици се формират така, че емисиите да са минимални за всяка единица. Така се появяват различни свойства на жилищата. Всеки жилищен комплекс се оказва не само различен по размер и форма, но включва и различни програми за дейност и различни форми на организация. ^[2].

За да се разбере как новата морфогенеза се проявява в развитието на архитектурните структури, не може да не се обърнем към опита на програмата Emergent Technologies and Design на Архитектурната асоциация в Лондон. Те изследваха как заедно компютърният код, математиката, физическите закони, материалите и усъвършенстваните производствени технологии могат да създадат нови, немислими досега сложни материални структури.

Пример за това как морфогенезата на цял обект зависи от морфогенезата на неговите части е проектът за навес на покривната тераса на AA ComponentMembrane, който е проектиран, изчислен, произведен и инсталиран само за 7 седмици. Сенникът трябваше да бъде достатъчно добре защитен от вятър и дъжд, в същото време беше необходимо да се сведе до минимум хоризонталното натоварване от вятъра поради слабата носеща конструкция и да не се препятстват гледките от покрива^[3]… В този случай балдахинът трябваше да има способността да засенчва по различен начин по различно време от годината по различно време на деня. Формата на всеки елемент от сенника беше определена чрез съгласуване на всички тези критерии.

Структурата на пчелната пита на навеса се състои от набор от елементи. За всеки тип елемент на навеса е избран най-добрият материал, който да изпълнява своята роля: устойчивост на вятър, гравитационни товари, засенчване. За това беше направен параметричен модел, който направи възможно еволюционния процес за намиране на оптимално решение. В крайна сметка тази цифрова морфогенеза доведе до навес, състоящ се от 600 различни структурни елемента и 150 различни мембранни форми.

Другият им проект, Porous Cast, изследва диатомовите водолази и радиолариите. Диатомите са едноклетъчни или колониални водорасли. Клетката е опакована в характерни и много различни клетъчни стени, които са импрегнирани с кварц. Радиолариалният скелет е съставен от хитин и силициев оксид, които образуват пореста повърхност. Порестата маса на тези два вида клетки предлага интересен модел за диференцирано формоване на стени, който дава нови специфични архитектурни възможности, като пропускливостта на въздуха, светлината, температурата и др. Първата фаза на експеримента се състоеше в отливане на гипс между надути възглавници, което постигна формата, присъща на естествения минерализиран скелет на клетките. След това бяха проведени физически експерименти и цифров анализ на въздушния поток и осветлението, за да се разкрият промени в свойствата в зависимост от различни характеристики на формата, като например размера на клетките и тяхната пропускливост. Крайната цел на проекта беше да се създаде производствена система, която може да се самоорганизира и да създаде стена с различни характеристики в различни части от нея.^[4]… Също така, този подход дава възможност за пролиферация - размножаването на телесната тъкан чрез размножаването на клетките, изразено в този случай в способността да се израства стена с диференциални характеристики чрез един процес.

В прототипите на черупката, създадени в семинара Branching Point: Interaction през август 2011 г., параметричната морфогенеза се проявява не под формата на елементи, а в геометрията на връзките. Концепцията за дизайн е разработена от Даниел Пайкър, създател на приставката Кенгуру за Grassopper, и Димитри Демин. В модела, чрез симулиране на физически взаимодействия, точките се разпределят върху повърхност с двойна кривина, така че да запълнят равномерно всичко и да образуват триъгълници с максимално възможно равенство на страните. Вече във физическия модел еднакви равнобедрени триъгълници се блокират с малки еластични връзки и, когато минималната повърхност е опъната, образуват дадена повърхност с минимална междина между елементите.

Воркшоп «Точка ветвления: Взаимодействие», мокап оболочки

Променливост

Тези примери показват как един морфогенетичен подход може да се използва за създаване на форма, която се отглежда в среда, но ограничена и статична. В същото време един от основните принципи на живия организъм, когато клетката се деформира и по този начин променя формата на целия организъм, може да се използва в архитектурата, като в този случай адаптацията преминава от проекта към реалния живот на сграда.

Прототипът на деформируема сграда, чиято форма реагира на промени в условията, може да бъде проектът Muscle NSA (NonStandardArchitectures), създаден от изследователската група Hyperbody.^[5] под ръководството на Кас Остерхуйс от Техническия университет в Делфт (TUDelft, Холандия). През 2003 г. прототип на сграда беше изложен в Центъра Помпиду, където пневматична мембрана лежи върху мрежа от индустриални индустриални „мускули“, образуващи триъгълни клетки. Мускулите се свиват и отпускат независимо, като се координират в реално време с общата програма за контрол, като по този начин деформират целия обем на павилиона. Павилионът реагира с помощта на разположени около него сензори, реагиращи на движението на хората по различни начини^[6]… През 2005 г. Hyperbody създаде следващата версия, наречена Muscle Body, където беше подобрена системата за координирана работа на всички мускули, което направи възможно поддържането на формата на опъната ликра мембрана, подобна на тази, използвана в спортното облекло. Мускулите променят геометрията на сенника, компресират и разтягат различни части на тъканта, като по този начин променят дебелината и прозрачността им. Павилионът реагира на това как хората влизат вътре: променя осветеността и генерирания звук в съответствие с движението на посетителите^[7]… По този начин характеристиките на околната среда стават динамични и неотделими от естеството на самата сграда.

Движейки се в тази посока, е възможно да се създадат морфогенетични структури, където всеки елемент може самостоятелно, но в съгласие със съседите си, да променя формата си, така че свойствата на околната среда, като осветеност, температура, въздушен поток, цвят, текстура и много повече, ще се промени. И ако това е свързано с естествения принцип на гъвкавост и еластичност в живата материя, тогава преминаваме към различно ниво на формиране на местообитанието.

Пример за такава немеханична деформация е проектът Shape Shift, където са проектирани елементи на черупката, които се деформират под въздействието на електричество. Заедно Департаментът за архитектурна автоматизация в ETHZ и Швейцарската федерална лаборатория по материалознание и технологии към EMPA експериментират с електроактивен полимер (EAP), който се свива и разширява в зависимост от приложеното към него напрежение. Тяхната мембрана е сандвич от няколко слоя материал. Когато площта на EPA слоя намалява, цялата мембрана се деформира поради разликата в областите между долния и горния мембранен слой.^[8].

Видео за проекта на ShapeShift:

Друг, но много важен тип деформация е директната реакция на елементите към промените в околната среда чрез присъщите свойства на материалите и структурата. Това е автономен и самоорганизиращ се процес. Тя ви позволява да създавате черупки, които работят като кожа, където всяка клетка е чувствителна към промените в околната среда по-добре от високотехнологична инженерна конструкция, състояща се от много различни части.

На този принцип работи инсталацията „HygroScope - метеочувствителна морфология“, създадена от Ахим Менгес в сътрудничество със Стефан Рихерт. Те изследваха свойствата на иглолистния конус да се отваря и затваря при промяна на влажността. Хигроскопичните свойства на дървесните влакна им позволяват да абсорбират течност и да изсъхнат, преминавайки през този цикъл многократно без повреди. След това е създадена структура от тънки слоеве, чиито анизотропни свойства позволяват на плочата бързо да се усуква в една посока. По този начин реакцията на черупката към промени в свойствата на околната среда е програмирана физически. ^[9].

Видео HygroScope - Център Помпиду Париж:

Последният пример е инсталацията BLOOM, създадена от архитектурното студио dO | Su. Повърхността се състои от елементи от същия тип, които са биметални плочи. Биметалът, когато се нагрява от пряка слънчева светлина, започва да се огъва, като по този начин отваря порите в черупката, позволявайки проникване на чист въздух под конструкцията.

BLOOM Surface Video:

В този и в предишния проект принципът на цифровата морфогенеза работи едновременно, при което всеки елемент е малко по-различен от съседите си, тъй като при неговото формиране се използват данни, които са малко по-различни от тези, които образуват съседните. Но този елемент също променя формата си под влияние на не данни, а енергии или свойства на околната среда. Този принцип позволява даден архитектурен обект да бъде интегриран в екологичната система по естествен начин.

Ако по-рано архитектурата е била вдъхновена от естествени форми, сега природата снабдява архитектите със своите методи и технологии за работа с форма и материя. Сега морфогенезата е неразделна част от архитектурната морфология, както и от биологията. Процесите на полиморфизъм, разпространение, еволюция, самоорганизация вече са истински инструментариум за архитект, чието използване дава възможност за по-правилно изграждане на взаимоотношения между човека, изкуствената среда и природата. И може би, ако променим ъгъла на гледане, тогава ще видим, че всъщност сме напреднали много по-далеч в изграждането на живи същества, отколкото си мислим. Само живите същества се появяват не в генното инженерство, а в архитектурата.

Бележки под линия

^[1] Хенсел, Майкъл, Към самоорганизационен и многоефективен капацитет в архитектурата. Техники и технологии в морфогенетичния дизайн, Архитектурен дизайн Том 76 № 2, стр. 8.

^[2] Уайли, Джон Морфогенетичен урбанизъм. Архитектурен дизайн: Цифрови градове, стр. 65

^[3] Хенсел, Майкъл, Менгес, Ахим, Уайнсток, Майкъл. Изчислителна морфогенеза, Emergent технологии и дизайн, 2009, стр. 51-52.

^[4] Порест глас, URL:

^[5] MuscleBody - KasOosterhuis, 2005, URL:

^[6] Мускулна нестандартна архитектура, Център Помпиду Париж, URL: https://protospace.bk.tudelft.nl/over-faculteit/afdelingen/hyperbody/publicity-and-publications/works-commissions/muscle-non-standard-architecture- център-помпиду-париж /

^[7] MuscleBody, 2005

^[8] ShapeShift, PDF документ, URL:

[9] Menges, Achim, Reichert, Steffen Капацитет на материала: Вградена отзивчивост, Архитектурен дизайн: Изчисляване на материали: По-висока интеграция в морфогенетичния дизайн. Том 82, брой 2, стр. 52–59, 2012