Il design generativo in architettura e in edilizia aprirà la strada alla produttività
Nella nuova era del design generativo in architettura, ingegneria ed edilizia, i progettisti e le imprese edili useranno i computer non solo per descrivere gli edifici, ma anche per co-crearli.
Prima del GPS, se ci si perdeva alla guida, bisognava mettere da parte l’orgoglio e fermarsi per chiedere indicazioni. Oggi, grazie all’intelligenza innata di Google Maps o di Waze, le auto possono calcolare il percorso migliore e permettere al guidatore di concentrarsi sulla cosa fondamentale: guidare.
Allo stesso modo, architetti, ingegneri e imprese saranno supportati dai computer nel processo di progettazione e costruzione, così da potersi concentrare sulla realizzazione di progetti di successo e, quindi, di grandiosi edifici.
Digitale versus computazionale
Cosa potrebbe comportare, però, questa collaborazione uomo-macchina? Tutto parte dalla distinzione tra digitale e computazionale. Oggi molte cose sono digitali: accendere o spegnere un interruttore intelligente in casa è digitale, mentre programmare che la luce si accenda quando percepisce che siamo a casa perché il nostro telefono è in casa, o che si spenga quando siamo a migliaia di chilometri di distanza, è computazionale.
Stan Allen, architetto ed ex preside della Princeton University School of Architecture, una volta ha spiegato la differenza tra digitale e computazionale, dicendo che “il digitale è uno stato dell’essere, è una condizione, mentre la computazione è qualcosa che riguarda i processi attivi”.
Le industrie della progettazione e dell’edilizia stanno attivamente passando dal digitale al computazionale, poiché la “creazione di dati” (con strumenti come CAD o foto digitali) sta cedendo il passo all’”uso dei dati”, impiegando i computer per generare, manipolare e applicare i dati per ottenere migliori risultati.
Da decenni vengono utilizzati i documenti digitali, dai disegni CAD ai fogli di calcolo. Ma, con l’avvento dell’applicazione degli script a software e macro CAD per fogli di calcolo, architettura, ingegneria e edilizia (AEC), è stato possibile consultare e trattare le informazioni, e persino crearle, in modi del tutto innovativi. È questo il processo computazionale e attivo di Allen.
Gli script generano nuove forme
Una ventina di anni fa, gli architetti iniziarono ad utilizzare una tecnica chiamata scripting (ovvero programmazione) per acquisire la geometria creata dai computer e gestirla in modi nuovi, dando così origine ad una nuova generazione di progettazione e costruzione degli edifici. I computer hanno annullato la tirannia dell’angolo retto ed hanno reso possibili nuove forme e curve, non solo per disegnare ma anche per costruire.
Questi script originali venivano eseguiti con i programmi disponibili in quegli anni, principalmente motori geometrici come Autodesk AutoCAD e Rhino, e progetti complessi e ambiziosi come il Centro Heydar Aliyev di Zaha Hadid Architects divennero possibili. Oggi gli script sono algoritmi sofisticati che controllano una gamma molto più ampia di strumenti digitali utilizzati per l’edilizia e che hanno creato una nuova strategia: design generativo e costruzione.
Tuttavia, più importante della tecnologia di scripting, che migliora le capacità creative di architetti e costruttori, è la connessione critica tra progettazione e processi di costruzione, resa possibile dagli strumenti generativi.
Ad esempio, lo studio LMN Architects di Seattle era alle prese con il progetto del soffitto di una nuova sala dei concerti presso la Voxman School of Music dell’Università dell’Iowa, che doveva fungere, senza soluzione di continuità, da riflettore acustico, diffusore di luce ed aria ed elemento architettonico. Utilizzando una serie di script di design generativo, i progettisti hanno dapprima realizzato un prototipo e poi una creazione architettonica unica in grado di rispettare tutti i requisiti richiesti. Inoltre, usando gli stessi script, hanno potuto esporre al costruttore la geometria e la sequenza di edificazione necessarie per fabbricare e installare il soffitto.
Il costruttore, quindi, è stato in grado di applicare le informazioni digitali calcolate dagli algoritmi generativi di LMN direttamente sul cantiere, assicurando assoluta fedeltà al progetto creato dagli architetti e realizzando il sistema con una precisione controllata dal computer.
Il soffitto acustico, che non avrebbe mai potuto essere concepito né costruito con metodi tradizionali, è spettacolare. In questo caso, l’approccio generativo ha aiutato a creare il design e a costruire la struttura fisica.
Design generativo per il cantiere
I metodi generativi non sono utili soltanto negli studi di progettazione. In un progetto di ricerca guidato da Dieter Vermeulen, chiamato Crane Position Optimization, attraverso l’uso del progetto Fractal di Autodesk (ora chiamato Project Refinery), il costruttore può adottare la migliore strategia modellata per assemblare un edificio con pannelli prefabbricati.
L’algoritmo sperimenta diverse posizioni del camion che trasporta i pannelli sul cantiere e della gru che li posiziona, individuando il processo più efficiente in base alle caratteristiche architettoniche dell’edificio, al peso dei pannelli, alla capacità delle attrezzature e alle posizioni dei punti di accesso, ad esempio le strade. È una coreografia complessa, ma i passi di danza possono essere determinati in modo computazionale molto prima che inizi la costruzione vera e propria.
Questo si traduce in una serie di importanti risultati: in primo luogo, attraverso la creazione di uno script generativo del processo di assemblaggio, il costruttore memorizza la propria esperienza su come assemblare al meglio un edificio in cemento e questa informazione è riutilizzabile e disponibile per ogni membro del team di progetto.
In secondo luogo, invece di basarsi semplicemente sull’esperienza e sulla valutazione per prendere importanti decisioni su come utilizzare la gru per posizionare i pannelli e il camion che li rifornisce, gli addetti dell’impresa edile possono sperimentare scenari per ottimizzare il processo di costruzione ed ogni sperimentazione, utilizzando la rappresentazione digitale dell’edificio e il calcolo del processo generativo, è virtualmente priva di costi.
Questi addetti possono letteralmente provare centinaia di opzioni per trovare la soluzione migliore. Infatti, l’algoritmo generativo può sia “eseguire” la simulazione, sia misurarla e, quindi, “trovare” la migliore soluzione sulla base dei parametri impostati dallo script generativo stesso. La simulazione computazionale ha lasciato lo studio di progettazione per arrivare in cantiere.
Formule per l’uso della computazione in edilizia
Altro aspetto altrettanto importante è il fatto che i costruttori, nel corso della realizzazione del progetto, possono rinviare ai progettisti dello studio di progettazione le conoscenze di costruzione incluse in questo script prima che il progetto stesso sia concluso. La scelta, ad esempio, di una struttura prefabbricata in calcestruzzo potrebbe avere implicazioni importanti in termini di costi, di tempistica e di logistica di costruzione del progetto, implicazioni che potrebbero essere invisibili agli architetti nella fase di ideazione dell’edificio. Immaginate l’efficienza se la progettazione originale riguardasse non solo la scelta del prefabbricato, ma anche il modo migliore per costruirlo!
In futuro, i costruttori metteranno a disposizione dei progettisti che collaborano con loro librerie di script di costruzione che potranno essere applicati a una serie di problemi costruttivi difficili, consentendo a quei progettisti di verificare se qualcosa possa essere realizzato mentre è ancora in forma digitale, piuttosto che direttamente in cantiere con un aggravio di spesa.
Gli oggetti digitali (per esempio un pannello prefabbricato) verranno forniti insieme a istruzioni computazionali che illustreranno non solo le loro dimensioni, il peso e i punti di connessione, ma anche il modo in cui essi interagiscono con il processo di installazione (con gru, camion e operai) e le soluzioni migliori per assemblarli, isolarli e incorporarli nell’edificio. Le conoscenze di costruzione possono essere create, archiviate, consultate e migliorate nel tempo, rendendo l’intero processo AEC più fluido, integrato ed efficiente.
L’edilizia è stata a lungo caratterizzata da problemi di produttività, discussioni tra progettisti e costruttori e clienti insoddisfatti che intentano cause legali. Le tecniche generative affrontano questi problemi alla radice, consentendo ai team di progetto di utilizzare la computazione per condividere competenze ed esperienze, trovare risposte migliori e ottimizzare i risultati. Stan Allen probabilmente concorderebbe sul fatto che, sebbene oggi la maggior parte dei progetti siano digitali, la computazione offre una reale opportunità per costruire edifici migliori.
Phil Bernstein è Preside Associato e Docente Senior presso la Yale School of Architecture e un Membro Autodesk. Il suo ultimo libro, Architecture – Design – Data: Practice Competency in the Era of Computation, è stato pubblicato da Birkhauser Architecture nell’ottobre 2018.