Parametru şi algoritm în arhitectură

asist. univ. dr. Ionuţ Anton

Efectele implicării mediului digital în practica de arhitectură sunt din ce în ce mai vizibile şi prezente. În fiecare zi asistăm fie la finalizarea unei noi construcţii în care computaţia joacă un rol din ce în ce mai important, fie la apariţia unor noi texte de referinţă ale unei arhitecturi cu ajutorul computaţiei, care reprezintă noi idei şi concepte legate de evoluţia şi schimbarea paradigmei arhitecturale către o arhitectură digitală, şi nu în ultimul rând la apariţia unor noi şcoli de arhitectură în care studiul computaţiei este preocuparea principală.

În prezent digitalul îşi croieşte locul în lumea arhitecturală, stabilindu-şi teoriile fondatoare, uneltele de lucru, metodele de construcţie şi formele arhitecturale. Dar arhitectura computaţională astăzi este doar la început, ea apărând sporadic în diversele domenii de cunoştinţe ale arhitecturii, fie în teorie, fie în practică, fie în fabricaţie, fie în explorarea formală. Arhitecţii de astăzi sunt martorii unei emergenţe ale noii arhitecturi. Introducerea uneltelor digitale şi adoptarea procedeelor de fabricaţie digitală în proiectare şi construcţii poate fi considerată una dintre cele mai radicale schimbări de paradigmă în istoria arhitecturală. Implicaţiile formale şi procedurale în activitatea de proiectare sunt de o magnitudine nemaiîntâlnită. Un nou vocabular al formelor, aşa numitele forme libere, controlate de seturi de reguli bine definite şi modelate în funcţie de relaţia dintre proprietăţile geometrice ale modelelor şi criterii de performanţă, apar astfel ca protagonişti ai noii arhitecturi [1].

Uneltele actuale de proiectare se îndepărtează de utilizarea mediului computaţional ca simplu creion şi se îndreaptă către o folosire a uneltelor în vederea rescrierii arhitecturii. Astfel, se dezvoltă unelte operative de proiectare care controlează modelele de comportament geometric al artefactului arhitectural şi se coroborează diferenţe calitative şi cantitative care guvernează logica inerentă organizaţională a sistemului.

Uneltele digitale devin sisteme complicate prin intermediul cărora pot fi realizate mai repede, mai productiv şi mai eficient desenele obiectelor de arhitectură făurite de arhitecţi, imaginate şi aşternute pe hârtie prin intermediul mediului computaţional, urmând ca alte persoane, diferite de arhitecţi să le poată transpune în realitate.

Modelarea parametrică, o tehnică de proiectare bazată ultimele dezvoltări ale sistemelor CAD şi CAM, oferă un alt mod de generare a formei arhitecturale din care rezultă o mulţime de posibilităţi, astfel se înlocuieşte procesul stabil cu variabile, singularităţi şi multiplicităţi. Sunt primordiale ecuaţiile care descriu relaţii dintre obiecte, pentru că astfel se stabilesc interdependenţe şi nu o impunere a unei forme rigide stabilite arbitrar.

Poate că cea mai cunoscută definiţie a arhitecturii parametrice este cea dată de Patrick Schumacher (arhitect asociat la Zaha Hadid Architects şi profesor la Architectural Association în Londra) care descrie tehnicile parametrice ca abilitatea de a articula şi asocia elemente ale proiectului cu anumiţi parametri ce pot induce variaţie. Schumacher vede în tehnicile parametrice o metodă de control al complexităţilor avansate ce apar din articularea relaţionată a elementelor de proiect şi ale parametrilor.

Ceea ce apare relevant din această aplecare a arhitecturii către forme libere şi matematică, este conceptul de parametru, ce descrie un spaţiu soluţie al uneltelor digitale. Astfel, un parametrul al unei curbe este acel domeniu de valori ce, înlocuit în ecuaţia acelei curbe, va genera forma finală a liniei. Parametrul este cel care împreună cu regula formală defineşte forma. Geometria devine astfel asociativă, în care variaţiile parametrilor determină o nouă secvenţă logică în care o modificare într-o geometrie determină o altă modificare geometrică, astfel încât forma finală va fi rezultatul logic al tuturor acestor variaţii [2].

Această abordare a dus la o utilizare a unei tehnici ce a început să se contureze sub numele de Modelare Parametrică, definită de către Carols Barrios, ca procesul prin care un model digital este reprezentarea unei entităţi geometrice care are atribute (proprietăţi) fixe şi altele care variază [3]. Barrios descrie acele atribute variabile ca parametrii ai acestui obiect, restul atributelor fixe fiind constrângeri. Modelul parametric definit astfel va putea răspunde unor modificări ale parametrilor, adaptându-se şi reconfigurându-se conform valorilor date parametrilor, păstrând fixe acele valori constrânse.

În acest context proiectarea parametrică, definită de Mark Burry, apare ca o metodă prin care diverse obiecte parametrizate pot fi relaţionate şi asociate geometric pentru a forma o secvenţă de decizii a căror istorie este înregistrată în procesul de proiectare. Astfel, parametrii geometrici ai unui obiect pot fi asociaţi cu alţi parametri ai unui alt obiect, generând astfel lanţuri de asocieri în întregul proiect. Relaţiile care se creează vor determina dependenţe în cascadă ale elementelor de cele determinate precedent [4].

O modelare de tipul celei asociative descrise mai sus, duce la posibilitatea de a realiza asocieri formale între elementele parametrizate ale mai multor obiecte şi dacă este generalizată poate duce la obţinerea unui întreg proiect care este modelat parametric asociativ şi în care o modificare a unuia dintre parametrii originali se propagă prin toată structura de evoluţie parametrică şi va determina schimbări în întregul proiect şi o reconfigurare a întregii forme ce va respecta noii parametri.

Această auto-organizare a modelului determinată de schimbarea parametrilor iniţiali este posibilă doar dacă toate condiţiile de constrângere ale modelului sunt satisfăcute de noile valori ale parametrilor. În cazul în care condiţiile fixe nu pot fi satisfăcute sau dacă parametrii variabili vor fi în afara valorilor permise, modificarea parametrilor iniţiali nu va genera o propagare a modificărilor decât atunci când se vor opera acele ajustări necesare respectării tuturor condiţiilor prevăzute ca şi constrângeri.

În practica de arhitectură contemporană, mediul digital începe să fie folosit, nu ca o unealtă de vizualizare, ci ca o metodă generatoare a formei şi a transformărilor ei. Mergând mai departe de modelarea parametrică a unei forme, proiectanţii folosesc o logică generativă sub forma unui algoritm prin intermediul căruia se pot încorpora diverse constrângeri şi se poate adapta dinamic soluţia de arhitectură.

Ideea de algoritm stă la baza construcţiei gândirii fiinţei umane. Poate are legătura cu faptul că frumosul este o relaţie care se regăseşte adânc înscrisă în fiinţa umană sau cu faptul că o anumită ordine a lucrurilor ne este familiară, mai familiară decât altceva. Dacă pe o foaie se desenează mai multe dreptunghiuri, dintre care unul are proporţia de aur între laturi, oamenii vor alege acel dreptunghi cu preferinţă asupra celorlalte. S-a demonstrat că o anumită ordine, fie ea matematica, fie ea fractalică ne este familiară, dacă nu chiar întipărită în modelele de gândire umană.

Algoritmii nu se pot manifesta decât ca unelte ajutătoare, ca serie de tehnici şi tactici de abordare a diverselor probleme arhitecturale, care deşi ancorate în realitatea momentului, dezvoltate în paralel cu teoria arhitecturală contemporană, transpuse şi adaptate din alte medii (animaţie, construcţia de nave), nu îşi au rostul, şi nu se pot manifesta dacă nu sunt completate de o abordare a fenomenului arhitecturii.

Rolul unui algoritm în arhitectură este de a cerceta, dezvolta şi informa arhitectul ce îl foloseşte. Chiar dacă asistăm astăzi la folosirea unor algoritmi, relativi autonomi, pentru generarea formală, aceştia sunt de multe ori lipsiţi de substanţă şi de un concept arhitectural aplicat, ce să fie în rezonanţă cu genotipul generat. Fără o ancorare în gândirea arhitecturală, a unui concept care apoi să fie transpus într-un algoritm, rezultatul generat va rămâne, în cel mai bun caz, o formă frumoasă, un generator de complexitate.

Ceea ce poate un algoritm să facă este să fie interfaţa dintre un arhitect şi un foarte complex proces (geometric, matematic, morfologic, generativ, parametric, etc.) care operează cu elemente arhitecturale (spatii, volume, linii) şi le transformă după anumite reguli. Aceste reguli pot fi esenţa extrasă din analogia biologică, sau din procesele de auto-organizare a materiei, sau din studiul şi analiza performanţei, dar care sunt dezgolite de orice referinţă a mediului din care a fost transplantată şi reprezintă doar o serie de relaţii şi operaţii, devenind astfel un algoritm.

Astăzi asistăm la o nouă epocă în care arhitectul nu mai este legat de capabilităţile unui software digital tradiţional şi de limitările sale. Limbaje de programare facilitează dezvoltarea aplicaţiilor punctuale, simple, dar eficiente. Aceste aplicaţii nu necesita cunoştinţe avansate de programare în medii tridimensionale vectoriale, ci doar cunoaşterea unui limbaj simplu, numit scripting (MEL, Rhinoscript, Acad Lisp) ceea ce le face cu mult mai accesibile. Odată cu simplificarea accesului la mediile de programare, aplicarea algoritmilor ca metode de proiectare se răspândeşte la scara mondială.

Astfel devine imperativ ca proiectanţii să îşi dezvolte propriile unelte pentru a realiza o dezvoltare personalizată a fiecărui proiect care se adresează unor probleme unice. Trebuie ca proiectanţii să îşi aleagă unealta potrivită pentru problema în cauză, ei decid ce unealtă să folosească şi ei ştiu care sunt posibilităţile de abordare, rezolvare sau îndeplinire a unei anumite sarcini. Arhitectul ar trebui să poată controla algoritmul şi deci şi rezultatul său.

[1] Rivka Oxman, aut., "Performance-based design: current practices and research issues", International journal of architectural computing 6, nr. 1 (2008): 1-17.

[2] Branko Kolarevic, aut., "Digital morphogenesis", în Architecture in the Digital Age: Designing and Manufacturing (Taylor and Francis, 2003), 17-18.

[3] Carlos Barrios, aut., "Thinking parametric design: introducing parametric Gaudi", Design Studies 27, nr. 3 (2006): 310-314.

[4] Mark Burry iBranko Kolarevic, aut., "Between intuition and process: parametric design and rapid prototyping", în Architecture in the Digital Age: Designing and Manufacturing (Taylor and Francis, 2003), 149-162; Mark Burry iZolna Murray, aut., "Architectural design based on parametric variation and associative geometry", în Challenges of the Future. Proceedings of the 15th eCAADe Conference, 1997, 1-11; Jane Burry iMark Burry, aut., "Gaudí and CAD", 2006, http://www.itcon.org/cgi-bin/works/ Show?2006_32.