Computational Design, Algoritmi Generativi e modellazione parametrica
Come sta cambiando il mondo dell’Architettura
Oggi e nel prossimo futuro gli architetti hanno un orizzonte ricco di promesse dato dal mondo tecnologico dei software, e dalle nuove tecniche di gestione che ne derivano.
L’architettura di domani sarà progettata e costruita avvalendosi sempre più del mondo digitale. Dalla modellazione parametrica e CAD alla produzione automatizzata, fino all’analisi dei ‘Big Data’, il calcolo sarà sempre più preponderante come strumento.
Un semplice computer collegato a macchine per la fabbricazione è ormai parte integrante del processo di progettazione. I nuovi strumenti software stanno permettendo a ingegneri e architetti di capire nel dettaglio il comportamento delle superfici che trasportano carichi, o la generazione di nuove forme architettoniche innovative. Dagli anni 2000 ad oggi quasi ogni architetto utilizza un computer. Che si tratti di modellazione 3D, schedulazione o creazione di fogli di calcolo, i computer sono ben radicati nella professione. Ora è il momento del passo successivo. Comprendere appieno le potenzialità dei software in ambito di generazione di strutture complesse, codici di costruzione e progettazione.
Naturalmente strumenti più potenti e sofisticati implicano nuovi metodi di lavoro e nuove strategie competitive. Gli architetti devono imparare codici e linguaggi di programmazione, in quanto molti dei problemi che dovranno risolvere non rientrano nelle capacità “standard” di un software. L’esigenza è quindi la personalizzazione degli strumenti di lavoro.
I professionisti dell’Architettura si stanno quindi applicando sempre più nella ricerca scientifica legata alla progettazione digitale, i cui sviluppi portano a risultati che analizzeremo più avanti. Tali progetti di ricerca scientifica, sia che assumano la forma di esposizioni in sedi come la Royal Academy of Arts di Londra, il Centre Pompidou di Parigi, o il MUDEC di Milano, sia che diventino nuovi innovativi software open source per la progettazione CADCAM, sono in ogni caso passi avanti importantissimi nell’Architettura, riconosciuti a livello internazionale.
COMPUTATIONAL DESIGN
Cosa si intende per computational design in architettura?
Prima di tutto va compreso il passaggio di testimone dal semplice Computer Aided Design (CAD) ad un tipo di design-thinking più complesso. In questo passaggio la rappresentazione viene sostituita dalla simulazione, e la progettazione dei singoli oggetti si sta muovendo verso la generazione di sistemi integrati e complessi (BIM). L’architetto del 21° secolo deve abbracciare un nuovo modo di pensare. Mentre il suo lavoro fino a poco tempo fa faceva affidamento unicamente sull’intuizione e sull’esperienza per risolvere i problemi di progettazione, ora può contare anche su linguaggi di programmazione. Il design computazionale è un termine ampio che comprende molte attività; dalla gestione di Big Data alla generazione automatizzata di forme. Il filo conduttore comune è l’uso di uno strumento di programmazione visuale. Esistono una serie di strumenti di progettazione computazionali sul mercato. La maggior parte di questi strumenti si appoggiano ad altre piattaforme software, come Rhino o Revit.
Grasshopper è senza dubbio il più popolare strumento di progettazione computazionale. Grasshopper è uno strumento di modellazione algoritmica per Rhino, il software di modellazione 3D di Robert McNeel and Associates.
Grasshopper nel giro di 8 anni è diventato un must della progettazione e della ricerca scientifica. I paradigmi computazionali di ricerca nell’Architettura mutuano molte valide intuizioni dai domini della matematica, della biologia, dell’evoluzione naturale delle forme organiche. Attraverso la computazione di regole di progettazione, è molto facile generare centinaia, se non migliaia di opzioni, tutte valutabili sulla base di criteri specifici per determinare la soluzione migliore. Non parliamo solo di creare geometrie folli con strutture intricate. Parliamo sopratutto di assegnare dei parametri (modellazione parametrica) ad un design standard, i cui effetti immediati sono visualizzabili nell’interfaccia software. Modificando tali parametri si possono facilmente generare diverse soluzioni, che soddisfano criteri specifici. Tutto questo significa quindi ottimizzazione dei tempi.
Design computazionale comprende anche la gestione dei Big Data. Automatizzare le operazioni ripetitive e laboriose. Lavorare con geometrie e regole matematiche estremamente complesse. Questi potenti strumenti di progettazione di calcolo possono essere utilizzati per automatizzare routine come ridenominazioni, copia e moltiplicazione di elementi. L’architetto, programmando autonomamente uno script, crea lo strumento più adatto per svolgere una determinata operazione ripetitiva ma necessaria al suo progetto. Obiettivo: lavorare meglio, non lavorare il doppio.
Un’altra innovazione apportata dal design computazionale e più in generale dai sistemi BIM è la simulazione. Come sapere se una costruzione si comporterà in modo stabile nella realtà? Invece di aspettare la sua reale edificazione, possiamo utilizzare gli strumenti di progettazione computazionali per simulare le prestazioni dell’edificio. Vuoi sapere quanta luce filtra da una finestra con affaccio ad Ovest a Milano in una mattina di Febbraio? Vuoi sperimentare la resistenza alla pressione di un nuovo materiale di bioedilizia? Crea il tuo strumento specifico per misurare virtualmente questi aspetti.
ALGORITMI GENERATIVI
Diretta propagazione del design computazionale è la progettazione per algoritmi generativi. La progettazione generativa è insegnata in molte scuole di architettura e sta ormai guadagnando terreno in ogni studio di design.
Uno dei pionieri internazionali del Design Generativo, Celestino Soddu, definisce così l’ambito: “Il design generativo è un processo morfogenetico che utilizza algoritmi strutturati come i sistemi non-lineari per risultati unici e irripetibili e riproducibili all’infinito da un’idea-codice, come in natura”. Pensiamo ad esempio ai frattali.
E ancora: “L’Arte generativa è l’idea realizzata come codice genetico di eventi artificiali e come la costruzione di sistemi complessi dinamici in grado di generare infinite variazioni”. Un tipo di progettazione di questo tipo “funziona per la produzione di eventi unici e non ripetibili, come musica o oggetti 3D” e crea “possibili e molteplici espressioni fortemente riconoscibili dell’idea di generazione come visione appartenente ad un artista / designer / musicista / architetto / matematico”. Lo stesso Celestino Soddu, professore di Design Generativo al Politecnico di Milano, sviluppò uno dei primi software generativi nel 1986, capace di creare infinite variazioni di modelli 3d che richiamavano le tipiche cittadelle medievali Italiane.
In sostanza la progettazione per algoritmi generativi è una tecnologia che imita e applica l’approccio evolutivo della natura al design. Si inizia con degli obiettivi specifici di progettazione e poi si esplorano tutte le possibili combinazioni per trovare la soluzione migliore. Utilizzando il cloud computing, i software di progettazione generativa calcolano rapidamente cicli di migliaia di possibili scelte di progettazione, collaudandone le configurazioni. Il processo automatico consente ai progettisti di generare soluzioni che un essere umano da solo non potrebbe creare. Da un design parametrico e generativo l’output può essere in forma di immagini, suoni, modelli architettonici, ecc.
Nelle applicazioni architettoniche gli algoritmi generativi vengono sperimentati soprattutto tramite Grasshopper. Attualmente la progettazione generativa è molto utilizzata da progettisti e ricercatori alla ricerca di nuove soluzioni formali e produttive, mutuate dalle forme organiche della natura.
Design computazionale e algoritmi generativi creano a tutti gli effetti delle digital tectonics (costruzioni digitali). Lo studio di nuove possibilità creative offerte da queste smisurate potenzialità di calcolo è ancora agli inizi. Le possibilità per il futuro sono molteplici; inserire ad esempio questi manufatti o edifici in un contesto urbano come elementi interattivi con l’uomo e con l’ambiente, attraverso sensori elettronici. Si ha finalmente la possibilità reale di trasformare le nostre città in Smart Cities. Calibrare grazie ai software questi manufatti o edifici per renderli più sostenibili e performanti rispetto alle esigenze di una città del 21° secolo. Siamo in grado di valutare facilmente un grande numero di forme e strutture, quindi siamo anche in grado di prendere decisioni razionali su quale tipo di design è il migliore per il contesto funzionale di riferimento.
