Il design computazionale per l’Architettura parametrica

Soluzioni progettuali di architettura bioclimatica sono ottenute in maniera più efficiente attraverso la tecnologia digitale, come il design computazionale, detto anche modellazione parametrica. Sappiamo già che le soluzioni di architettura bioclimatica si ispirano alla comprensione dei meccanismi di funzionamento degli organismi presenti in natura. Lo scopo è quello di imitarne il comportamento e sfruttarne le potenzialità applicate a creazioni e progetti architettonici. Questo puo’ consentirci di immaginare soluzioni, strategie e strumenti tecnologicamente avanzati per risolvere i maggiori problemi di comfort degli edifici, della loro funzionalità e della climatizzazione, relativamente alla necessità di risparmio energetico e riduzione dell’impatto ambientale. 

Questo nuovo approccio alla progettazione architettonica consente di sperimentare e sviluppare soluzioni che riescono non solo a limitare l’impatto ambientale – essendo esse stesse derivate dalla natura – ma anche di migliorare prestazioni e reazioni di prodotti e materiali sostenibili, adattabili e maggiormente performanti. Ma vediamo come.

Architettura e design computazionale per l’ecosostenibilità 

Lo studio e le informazioni acquisite, studiando gli organismi e i sistemi della natura, sono  cresciuti di pari passo alle ricerche su nuovi strumenti tecnologicamente più efficienti. Il design computazionale applicato all’architettura è uno di questi. 

Il design computazionale (computational design) può essere definito come il prodotto dell’unione di due discipline: il design e la computazione. 

La diffusione dei software di progettazione digitale è la condizione necessaria, ma non sufficiente, per l’affermazione della corrente architettonica parametrica che vuole materializzare la complessità del mondo contemporaneo. L’architetto, il progettista, l’ideatore rimane sempre “la mente” insostituibile (almeno finora!), colui che decide e fissa il risultato da ottenere. 

Il programma, invece, “la computazione”, serve a inserire correttamente dati e parametri in modo da gestire il software. Il design computazionale unisce, pertanto, i fattori creativi, funzionali, simbolici e produttivi che portano alla realizzazione di un oggetto di design, con gli algoritmi alla base della computazione, che traducono la complessità della realtà in un susseguirsi di elementi semplici.

Si tratta di una evoluzione del Computer Aided Design (CAD), che letteralmente vuol dire “progettazione assistita dall’elaboratore”, verso una logica di progettazione molto più complessa, dove la rappresentazione è sostituita dalla simulazione e dalla generazione di sistemi integrati. Il design computazionale in sostanza è un sistema basato su linguaggi di programmazione visuale evoluti che comprendono diverse attività, che vanno dalla gestione di Big Data alla generazione automatizzata di forme. 

L’utilizzo della modellazione parametrica per la progettazione permette di superare limiti geometrici e ottenere forme e soluzioni uniche. Il tutto grazie a dati e parametri che, modificati, creano infinite possibilità. Nuovi linguaggi di programmazione e codificazione, modelling e stampa 3D, come per esempio Grasshopper, consentono di riprodurre in modo fedele funzionamenti e strutture cellulari degli organismi, così come i sistemi di organizzazione e di adattamento evolutivo tipici degli habitat naturali. Si tratta del settore in cui si sviluppa l’Architettura biomimetica, una scienza relativamente giovane che unisce biologia e tecnologia. 

Leggi di più per conoscere alcuni esempi di architettura bioclimatica.

L’ articolo, intitolato “Potentials of robotic fabrication in wood construction” Potentials of robotic fabrication in wood construction, di Oliver David Krieg e Achim Menges, presenta le attuali ricerche sulle potenzialità architettoniche che derivano dalla fabbricazione robotica. È stata realizzata una struttura in legno, formata da fogli di legno piegati a forma di “curved finger joints” che letteralmente significa come le “articolazioni delle dita che si piegano”. L’esperimento mostra gli attuali sviluppi nella progettazione computazionale e nella fabbricazione digitale e un approccio di progettazione integrativa in contrapposizione ai processi della progettazione architettonica cosiddetta classica.  Diverse sono le sperimentazioni in campo su soluzioni progettuali di architettura bioclimatica con il design computazionale

Fin dall’era dell’industrializzazione, ambiti strettamente collegati all’Architettura, come la scienza dei materiali, l’ingegneria e le costruzioni, sono state sempre viste come discipline separate nella logica di un processo progettuale piuttosto lineare. La ricerca attuale del design computazionale rivela le potenzialità della loro integrazione e interconnessione per lo sviluppo di un progetto architettonico, con un’attenzione particolare ai materiali ecosostenibili biomimetici e basato sulle prestazioni. L’elevato grado di libertà cinematica che si ottiene, apre alla possibilità di costruire connessioni strutturali monomateriche complesse, altamente performanti e mai realizzate in precedenza. Gli edifici diventano contemporaneamente involucro e struttura. 

Le visioni architettoniche e progettuali firmate Zaha Hadid

Basti pensare anche alle visioni dello studio Zaha Hadid, grazie a cui “si è riusciti a rompere il blocco isolato e chiuso, costruendo edifici porosi e permeabili”, come afferma l’architetto iracheno-britannico scomparso nel 2016, prima donna a vincere il Pritzker Prize nel 2004; Zaha Hadid ha fatto di forme sinuose e geometrie astratte il suo marchio di fabbrica.

Il nuovo approccio progettuale “consiste nella parametrica malleabilità di tutti gli elementi architettonici e urbani”. Essenziale è il carattere malleabile della materia architettonica, da adattare al contesto.

Heydar Aliyev Centre, Baku, Azerbaigian

 

Quartiere City Life, Milano

Al Janoub Stadium, Qatar 

Per l’Al Janoub Stadium, progettato per i mondiali di calcio che si terranno nel 2022 in Qatar, inaugurato ad Al Wakrah nel 2019, lo studio Zaha Hadid Architects ha affermato di avere pensato a una “congiunzione del nuovo distretto, come un’estensione urbana della città, focalizzandosi su attività svolte dalla comunità all’interno e intorno allo stadio, anche nei giorni in assenza di eventi”. La forma è stata ispirata alle vele delle tradizionali barche Dau, tradizionali barche a vela arabe, utilizzate dai pescatori di perle della regione. Il tetto curvilineo e l’esterno rimandano alla storia della marineria di Al Wakrah, e gli spettatori all’interno hanno la sensazione realistica di essere a bordo di una nave. L’intera struttura è pensata, quindi, per assomigliare a scafi di barche dau rovesciati e disposti quasi a casaccio per fornire ombra e riparo. Travi poste “a prua” reggono li sistema della copertura. 

Caratteristica principale dello stadio è la possibilità di chiudere completamente il tetto, retrattile, con una tensostruttura progettata da Schlaich Bergermann Partner. Il tetto è realizzato in tessuto e cavi pieghettati in PTFE, con grandi archi che arrivano ad una lunghezza pari a 230 metri.  Tale struttura rende possibile la climatizzazione del campo e degli spalti nei torridi mesi estivi: il sistema di raffreddamento prevede la possibilità di raffreddare le aree dello spettatore a 18 ° C e il campo di gioco a 20 ° C. 

Infatti, secondo il Supreme Committee for Delivery & Legacy (SC) del Qatar, analisi microclimatiche dettagliate hanno dimostrato che la forma dell’arena,  l’aerodinamica e l’ombreggiatura ottimale che deriva dalla struttura di copertura, con una quantità minima di vetro presente, contribuiscono in modo significativo al controllo della temperatura.

Al Janoub Stadium, Qatar

Biomimetica e computational design, l’innovazione della fabbricazione digitale per gli edifici biomimetici disegnati da robot

L’innovazione della fabbricazione digitale è rappresentata da:

  • velocità di realizzazione;
  • fabbricazione molto precisa;
  • metodi di rilevamento efficienti e avanzati;
  • possibilità di avere contemporaneamente involucro e struttura di un edificio;
  • suggestivi effettivi visivi all’interno e all’esterno.

Il primo prototipo di struttura in legno realizzata da un robot al mondo è del 2014. Grazie al design computazionale si è riusciti a realizzare, per la prima volta con l’ausilio di un robot, un edificio biomimetico in legno. La forma dell’involucro riprende lo scheletro dei ricci di mare, un organismo modulare composto da singoli elementi di carbonato di calcio connessi. Allo stesso modo, nel padiglione Landesgartenschau Exibition hall 2014  ideato all’Università di Stoccarda, viene realizzata questa struttura composta da sottili placche di faggio multistrato. Queste lastre sono incastrate tra loro tramite incastri sui bordi, con una precisione mai prima realizzata. Caratteristiche dei materiali, misure e principi di fabbricazione fanno parte di un sistema di simulazione e ottimizzazione in cui le forme vengono disegnate roboticamente.

Landesgartenschau Exibition hall, Stoccarda

Questi sono solo alcuni degli esempi di soluzioni progettuali di architettura bioclimatica con il design computazionale. Siamo solo agli albori di come l’uomo sta sviluppando la nuova frontiera della progettazione e realizzazione degli spazi.

Progettazione in Grasshopper

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