معماری پارامتریک | فرم یابی پارامتریک

معماری پارامتریک | فرم یابی پارامتریک

معماری پارامتریک


 زمینه های ظهور معماری پارامتریک:

امروزه روش های سنتی طراحی، ظرفیت پاسخگویی به « تولید انبوه خلاقیت و برنامه ریزی بر مبنای فرآیند طراحی را ندارند و جهان در عصر اطلاعات و ارتباطات، زمان طولانی برای کشف و شهود و حلول خلاقیت در ذهن معمار را در اختیار و حوصله ندارد. اینجاست که پیشرفت تکنولوژی و استفاده از کامپیوتر با این شرایط تاریخی ترکیب شد تا بتواند در تولید معماری ایفای نقش نماید. پیشرفت هایی که در دنیای انیمیشن صورت می گرفت به فضای معماری وارد می شد. برنامه های ساخت و تولید انیمیشن، هواپیما، قطعات صنعتی و... به حوزه معماری وارد شدند و فرآیند ساخت و تولید معماری را متحول کردند. از این منظر اختراع کامپیوتر زمینه ساز اتفاقات جدیدی برای آغاز هزاره سوم شده بود که در نحوه پاسخ دهی و عمل به متغیرها و موضوعات پیرامونی فراتر از یک ابزار کمکی، باید مورد بحث و بررسی قرار گیرد. به نظر می رسد تحولاتی در حال رخ دادن است که این بار نه از مجرای تئوری، که از مسیر تکنولوژی و ابزار در حال شکل گیری است.


موزه ی هنرهای نمایشی ابوظبی | زاها حدید


نرم افزارهای CAD یا «طراحی به کمک کامپیوتر» (Computer - Aided Design ) به طراحان اجازه دادند تا ایده های خود را بسیار راحت تر از گذشته ترسیم کرده و ارائه دهند. اجرای این برنامه ها بر روی کامپیوترهای شخصی منجر به گسترش بسیار سریع آنها شد. کامپیوترها به سرعت توانستند جایگزین روش های سنتی نقشه کشی شوند و ابتدا در ترسیمات دو بعدی (2D) و بعد ترسیمات سه بعدی (3D) به عنوان ابزاری کارآمد در شرکت ها به خدمت گرفته شوند. پیشرفت نرم افزارهای سه بعدی سازی 3D) باعث شد که کامپیوتر به سرعت از یک ابزار ترسیمی به یک ابزار تصویرگر تبدیل شود تا بتواند واقعیت مجازی را در مقابل دیدگان مان آورد. فضاهایی که ساختن ماکت های آنها بسیار طاقت فرسا بود و در نهایت هم نمی توانست تمام جوانب فضا(و بخصوص داخل آن را نمایش دهد، به سرعت در فضای مجازی مدل می شد و ارائه این مدل های تصویری، قضاوت در مورد طراحی را آسان تر می کرد و امکان تجسم بسیار خلاقانه تری را فراهم می نمود. ابزارها و نرم افزارهای مدل سازی سه بعدی باعث شدند تا فاصله واقعیت مجازی و واقعیت فیزیکی به حداقل برسد.



اما میزان و تأثیر گذاری کامپیوتر در طراحی معماری تا کجا بود؟ آیا کامپیوتر فقط انجام برخی از کارها را راحت تر کرده بود؟

ابتدا تصور می شد که کامپیوتر به عنوان یک ابزار فقط می تواند طرح ها و پروژه ها را ترسیم و ارائه کند ولی نمی تواند بر محتوا و فرآیند طراحی اثری بگذارد. اما ثابت شد که این باور اشتباه است و همانند دیگر عرصه های علمی و فرهنگی، کامپیوتر در حال اثرگذاری عمیق تری بر زندگی انسان ها و از جمله بر معماری کردن آنهاست. ساخته های معماری تا آن زمان به اندازه توان تصور انسان ها از فضاها ارتقا یافته بود و دیگر کامپیوتر این توان تصور را به شدت ارتقا داده بود. کامپیوتر امکان مدل سازی فضاهای پیچیده تری را فراهم می کرد که پیش از آن ممکن نبود، و راه هایی را برای استخراج اطلاعات و ترسیم نقشه ها میسر می نمود که از توان فنی دست انسان خارج بود. این جریان، هر چند در دهه ۱۹۹۰ به میزان زیادی به فضای فیزیکی معماری وارد نشد ولی تأثیرات شگرفی را بر ذائقه های معماری زمان خود، بر روش های سنتی طراحی و بر فراهم سازی بسترهای لازم برای کاربرد کامپیوتر در دفاتر معماری گذاشت و زمینه ساز تحولات مهمی در دوران پس از خود شد.



پاتریک شوماخر، معمار و پژوهشگر معاصر، از این جریان به عنوان یک سبک جدید در معماری یاد می کند: «معماری پارامتریک»

او که یکی از تئوریسین های معماری معاصر است، شرایط را اینگونه تبیین می کند:« معماری و شهرسازی پیشرو، نیازهای جامعه معاصر را از طریق تعداد زیادی از تکنیک های طراحی پارامتریک پاسخ می گوید. با این وجود، ما با یک سبک جدید مواجه شده ایم، نه فقط تعدادی تکنیک جدید. تکنیک، حرکت های جمعی جدیدی را با آرزوها و ارزش های جدید تحت تأثیر قرار داده است. اما فراتر از توان تشخیص زیباشناختی این آثار(که حاصل تکنیک هاست)، آرزوها و مسائل مشترک طراحی است که بطور گسترده و در دراز مدت شروع یک سبک را گواهی می دهد». او این سبک را Parametricism معرفی می کند و معتقد است معماری معاصر بعد از دوران مدرنیزم، سبک های کوتاه مدت ناپایداری چون پست مدرنیزم و دیکانستراکشن را تجربه کرده و اکنون و پس از گفته ها و تجربه های بسیار به این سبک رسیده است. او معتقد است که این سبک در همه مقیاس ها و از شهرسازی تا معماری و طراحی داخلی حضور یافته است و از منظر زیبایی شناختی، «پیچیدگی نظام مند» و «سیالیت یکپارچه» را نمایش می دهد. در این فرآیند، پارامترهای متعدد محیطی، زیست محیطی، شکلی، فرمی و اجرایی، به صورت الگوریتم طراحی و تدوین شده و نهایتا پروژه موردنظر، محصول آن الگوریتم ها است.

به بیان دیگر، طراحی پارامتریک زیر مجموعه ای از طراحی دیجیتال است که هدف آن کشف و به کارگیری روابط منطقی و ریاضی بین اعداد و ارقام و شکل های هندسی است که بر پایه دو عامل الگوی مبنا یا همان نقش اوليه و تكرار الگوی مبنا شکل می گیرد. هدف از بیان پارامتریک اشکال، در واقع تولید اشکال هندسی است که با کمک آن بتوان فرم ها و نقش هایی را توسط رایانه ایجاد کرد که قبلا وجود نداشته اند.


استفاده از الگوهای پارامتریک در معماری اسلامی


رضا نجفیان در این خصوص می گوید: "در طراحی پارامتریک، داده ها و پارامترهای طراحی به کیفیت های عددی یا به عبارت دیگر الگوریتم های منطقی طراحی تبدیل می شوند و فرم نهایی از برآیند تمامی این پارامترها شکل می گیرد، لذا وابستگی روابط الگوریتمی و فرمول های ریاضی امکان به روز رسانی پروژه را در روند طراحی ارتقا می دهد. از سوی دیگر، استفاده از اصل زایندگی مفاهیم و امکان تکثیر توابع ریاضی، موجب انعطاف و پویایی هر چه بیش تر فرآیند طراحی شده و طراح را با اندیشه های خلاق و نو و شیوه های جدید فرم یابی روبه رو می کند".


برخی ویژگی های معماری پارامتریک:


نرمی و سیالیت (Fluidity - Smoothness ):

 احجام و فرم های نرم و خطوط سیال از ویژگی های بارز این معماری است. کامپیوتر توان کنترل و طراحی دقیق احجام پیچیده را در اختیار طراحان قرار داده است. طراحی و کنترل خطوط منحنی و صفحات با فرمهای آزاد به راستی به «خروج از جعبه» انجامیده است.


خانه اپرای دبی | زاهاحدید


طراحی بر اساس ریز اجزای مشابه (Component Based Design):

استفاده از اجزا ریز مشابه، ولی نه بطور کامل یکسان ( Component) در این معماری صورت می گیرد. صفحات و احجام منحنی و سیال به این اجزا ریز تقسیم می شوند و این اجزای ریز امکان ساخت سازه های پیچیده را فراهم می آورند.

پاسخگویی (Responsiveness)

این معماری نسبت به پارامترهای متعدد طراحی پاسخگوست. پارامترهای زیست محیطی و بومی و یا فاکتورهای دیگر محیطی و انسانی، شکلی یا عددی. این پاسخگویی در فرم کلان و یا در اجزا ریز پروژه دیده می شود.


ساز گاری(Adaptation) 

معماری پارامتریک در جستجوی سازگاری با محیط پیرامون خود است و با بهره گیری از تغییرات تدریجی فرم در فضای طراحی این موضوع را ممکن می سازد. معماری پارامتریک تلاش کرده تا با محیط زیست سازگاری پیدا کند و به سمت معماری پایدار حرکت کند.

مرکز بین المللی فرهنگ و هنر | زاها حدید


تغییر تدریجی اجزا (Versioning - Differentiation ) 

این معماری نسبت به پارامترهای متعدد طراحی پاسخگوست. پارامترهای زیست محیطی و بومی و یا فاکتورهای دیگر محیطی و انسانی، شکلی یا عددی. این پاسخگویی در فرم کلان و یا در اجزا ریز پروژه دیده می شود.

پوشش پوسته ای(Envelope- Skin ) 

این معماری از پوسته ها به عنوان پوشش فضاها در خارج و یا جداره ها در داخل به وفور استفاده می کند و پتانسیل های فراوانی برای طراحی و ویرایش این پوسته ها را در نرم افزارهای طراحی فراهم می آورد. صفحات با فرم های آزاد اصلی ترین منابع طراحی در معماری پارامتریک هستند.


مرکز پمپیدو-متز | شیگرو بن


ساخت دیجیتال (Digital Fabrication- CAD / CAM)

 ساخت به کمک کامپیوتر (Computer Aided Manufacturing- CAM) به اندازه طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) اهمیت یافته است. معماری از ساخت دیجیتال برای تولید پیچیده ترین فرم ها بهره می برد. فرآیندهای تولید و ساخت دیجیتال به عنصری جدا شدنی از معماری پارامتریک تبدیل شده اند و الگوریتم ها، روش ها و تخصص های خاص خود را طلب می کنند. پیچیده ترین فرم ها در این فرآیند ساده سازی شده، در کارگاه ها ساخته و سپس در محل اجرای پروژه سرهم می شوند. (Assemble)


الگوهای تکرار شونده نقشه ها، بافت ها، عکس ها (Texture mapping- Patterning)

در بسیاری از پروژه های پارامتریک، استفاده از الگوهای تکرار شونده نقشه ها، بافت ها، عکس های تصویر شده بر روی صفحات آزاد نما و پوسته های داخلی دیده می شوند. این الگوها به عنوان پایه ساخت اجزایی که می توانند تکرار شوند تا سطوح را بسازند کاربرد فراوانی در ساخت و تولید دارند.

پیچیدگی های ذاتی سیستم ها (Complexity - Natural Systems) 

معماری پارامتریک دارای یک پیچیدگی ذاتی است. اما این پیچیدگی دارای نظم و ساختار است. معماری پارامتریک با استفاده از تکنیک ها و ابزارهای جدید این امکان را یافته تا ویژگی ها و کیفیت های سیستم های پیچیده طبیعی را استخراج کرده و آنها را به طرح ها و پروژه های معماری وارد نماید. پیوند جدیدی از طبیعت و معماری در حال شکل گیری است که پارادایم معماری پایدار را دنبال می کند.

پاسخگویی (Responsiveness)

این معماری نسبت به پارامترهای متعدد طراحی پاسخگوست. پارامترهای زیست محیطی و بومی و یا فاکتورهای دیگر محیطی و انسانی، شکلی یا عددی. این پاسخگویی در فرم کلان و یا در اجزا ریز پروژه دیده می شود.


فرم یابی پارامتریک

فرم یابی در زمان های متعدد ابزار برخی معماران در یافتن سازه های خاص بود و معمارانی از قبیل آنتونی گائودی و فرای تو با آزمایشهای پیچیده به معادل سازی و مدلسازی قوانین طبیعت و تاثیر آن بر سازه ها می پرداختند تا فرمی معادلسازی شده با طبیعت را پیدا کرده و بسازند. امروزه امکانات مختلف ابزاری پارامتریک به معماران این اجازه را داده تا به جای طراحی فرم ، فرم یابی در مجرای مسیری مشابه با واقعیت های فیزیکی ، یافته شود. نحوه ی استفاده از این ابزارها نیازمند معماری است که دانش تکنولوژی خود را بالا برده و به برنامه نویسی با ابزارهای پارامتریک تسلط پیدا کرده است. بدین ترتیب در فرم یابی پارامتریک اولین اصل مهم توانایی کار با ابزارهای پارامتریک است. سپس معمار از طریق جمع آوری داده ها و اطلاعات پروژه ، نیاز ها ، نیرو ها و فاکتور های طراحی را دسته بندی می کند و بوسیله ی این اطلاعات اسکیس های اولیه را به صورت دستی و ساخت ماکت و یا به وسیله ی نرم افزار ، طراحی می کند. پس از اتمام این مرحله لازم است تا به وسیله ی روش های فرم یابی پارامتریک فرآیند طراحی را طی کرده و به فرم ایده آل دست یابد. در ادامه دو نمونه از روش های فرم یابی پارامتریک با توجه به مطالعات داخلی و خارجی انجام شده، معرفی و بررسی می گردند.


ایستگاه مترو حوزه مالی ملک عبدالله


 پارامترها و قوانین طراحی

پس از اینکه معمار قدم اول از روش طراحی پارامتریک را به اتمام رساند ، درباره روش فرم یابی تصمیم می گیرد. یکی از روش های فرم یابی پارامتریک استفاده از پارامترها و قوانین طراحی است که توسط طراح انتخاب و به وسیله ی نرم افزارهای پارامتریک محاسبه و ترسیم می گردد. پارامترها و قوانین به صورت مولفه هایی در نرم افزار Rhino و Grasshopper توسط معمار برنامه نویسی می شوند. پارامتر ها ممکن است یک خط ، نقطه و یا شکل دو بعدی باشد که بر مبنای آن فرم معماری شکل می گیرد. بدین ترتیب که در محور مختصات مورد نظر و با توجه به پارامترهای انتخاب شده، تغییر مقیاس (scale)، تغییر مسیر (move) و یا چرخش (rotate) به آن اعمال می گردد. به چنین دستوراتی که به صورت پیش فرض در نرم افزار طراحی شده اند مولفه می گویند. با پیشرفت تکنولوژی مولفه های بسیاری در نرم افزارها تعریف شده است که امکان فرم یابی بیشتر را به طراح می دهد. حتی ممکن است طراحی چندین پارامتر را با چندین مولفه تلفیق کرده و به فرم نهایی دست یابد. چند نمونه استفاده از این روش در جدول شماره زیر ارائه می گردد.



قوانین طراحی در واقع اصطلاحاتی است که ویژگی های معماری پارامتریک را بیان می کند و مدام در حال تغییر و رشد می باشد بدین ترتیب ارائه تعاریف جامد از خود را بسیار مشکل می کند. بخصوص برای نویسنده ی فارسی زبان که ارائه واژگان و مفاهیم ترجمه شده بسیار دشوار است. (ز.خبازی، ۱۳۹۲، ص۲۲۰) بدین ترتیب واژگان و تکنیک ها با همان ترکیبات در زبان های دیگر نیز به کار می رود. در جدول زیر پر کاربردترین این قوانین ، به اختصار توضیح داده شده است.

در مجموع به تلفيق قوانین و پارامترها در نرم افزار سبب تولید الگوریتم می شود. یک الگوریتم مجموعه مشخصی از دستورات است که اطلاعات را به عنوان ورودی دریافت کرده، پردازش می کند و پاسخ آن را در خروجی به ما ارائه می دهد. الگوریتم ها کارهای محاسباتی را انجام داده و به نوعی زبان اصلی کامپیوتر در انجام عملیات هستند. در فرم یابی پارامتریک ، الگوریتم ها در نرم افزار سه | بعدی در قالب دستوراتی مشخص، اطلاعات را از طراح گرفته و بر اساس پردازش اطلاعات اولیه به تولید فرم می پردازند. (ز.خبازی ، ۱۳۹۲، ص ۲۰) شکل -۲ الگوریتم های طراحی شده در محیط نرم افزار Rhino , Grasshopper را نمایش می دهد.



معرفی برخی از نظریه پردازان و معماران پارامتریک:

او در دهه های اخیر، یکی از معمارانی که در موضوع رویکرد دیجیتال به معماری و فضاسازی، ایده های جالبی را ارائه کرده است، برنهارد فرانکن است. پروژه های اجرا شده توسط او برای شرکت بی.ام.و از نظر نوع و شکل قطعات و تنوع فرمی منحصر به فرد هستند. «فرانکن» فرآیند تصمیم گیری دفتر خود را چنین شرح می دهد: " زنجیره تولید ما متشکل از ۵ مرحله است: اول برگزاری جلسات توجیهی، دوم پردازش اطلاعات به دست آمده، سوم فرم، چهارم تولید دیجیتال و پنجم آزمایش و تجربه." از آنجا که هدف نهایی در طراحی دیجیتال ساخت بنا است، شرکت «برنهارد فرانکن» سعی کرده تا به طور مستقیم با بهره گیری از خروجی های نرم افزارهای مورد استفاده در طراحی، دقت و نظارت بر اجرای صحیح این پروژه پیچیده را تضمین کند. در پروژه غرفه «بی.ام.و.» در نمایشگاه ۱۹۹۱ فرانکفورت، به دلیل منحصر به فرد بودن قطعات آکریلیکی سطح خارجی حجم، ابتدا قالب این قطعات با استفاده از ماشین های برش خودکار تولید شد، سپس صفحات آکریلیکی بر مبنای آن قالبی گیری شدند. هم چنین، برش ۳۵۰ قطعه آلومینیومی سازه نیز به طور سیستم با استفاده از فایل های تولید شده و به وسیله دستگاه برش «سی.ان.سی» برش و با فشار آب صورت پذیرفت.


نظریه پردازان و معماران پارامتریک


مارکوس نوواک، یکی دیگر از نظریه پردازانی است که به شکل فعالی استراتژی هایی برای توضیح تغییرات فضاهای واقعی بر اثر فضاهای مجازی ارائه کرده است. نوواک با ادغام هندسه ی فضایی غیر اقلیدسی، با جنبه هایی از شهود الگوریتمی و تصویر سازی متا- دیتا( مخفف اصطلاحی در انگلیسی به معنای مدل سازی ریاضی از فضاهای اطلاعاتی ) و استفاده از محیط های مجازی با قابلیت پویش کامپیوتری توانسته تا نام خود را به عنوان یکی از پیشروان تکنولوژی فضای مجازی مطرح سازد. از جمله پروژه های او، پارا مکعب (۹۸-۱۹۹۷)، یک شبه مکعب با شش سطح پارامتری است که هر کدام با مختصات خاص خودش، تعریف می شود. معادلات پارامتری حاکم بر هر سطح به نحوی ترتیب یافته اند که یک تغییر در سطح خاص، موجب بروز واکنش در سطح دیگر شود. به این ترتیب یک مکعب توپولوژیک ایجاد خواهد شد.



برخی از معماران معاصر ایران نیز به بررسی معماری دیجیتال و تأثیر آن بر روند طراحی پرداخته اند که از این میان می توان رضا دانشمیر را نام برد. وی در رابطه با فرآیند طراحی پارامتریک به عنوان شاخه ای از معماری دیجیتال می گوید: " تفکر پارامتریک، زبان نسبتا جدید و پیچیده ای است که بر مبنای فناوری دیجیتال و پروسه تحلیل داده، عمل کرده و هدف آن شبیه سازی طبیعی و تولید پدیده های ارگانیک و نرم است. این تکنیک هوشمند است و کوچک ترین تغییر در یکی از داده ها سبب ایجاد تغییر در کل مجموعه می گردد. بنابراین، دارای قابلیت تغییر شکل با حفظ یکپارچگی و پیوستگی است و می توان آن را جایگزین مناسبی در برابر «کلاژ» و خرد یا تکه تکه شدن به شمار آورد. این تکنیک همانند سیستم مدیریت ساختمان، قابلیت به کار گیری در سطوح مختلف را دارد، یعنی همان گونه که می توان در یک پروژه لایه های مختلفی از BMS را تعریف و به کار گرفت، به همان ترتیب نیز می توان در جریان طراحی یک پروژه، سطوح مختلفی از فناوری پارامتریک را فعال گردانید".


کهکشان سوهو


آینده معماری الگوریتمیک:

خودسازماندهی که یکی از مهمترین تئوری های سازمانی در خصوص پدیده های پیچیده طبیعی است، امروز به دانشی تبدیل می شود که می تواند در حوزه های مختلفی کاربرد داشته باشد و در معماری نیز مورد توجه قرار گیرد. اما خودسازماندهی به چه معنی است؟ آیا خودسازماندهی می تواند جایگزین «طراحی» شود و شکل گرفتن فضاها را کنترل کند؟

خود سازماندهی (Self - Organization ) فرآیندی است که در آن یک سازه، ساختار یا الگو در یک سیستم، بدون یک مدیریت و قدرت مرکزی و یا بدون یک نیروی کنترلی خارجی که بخواهد نقشه ای را به آن اعمال کند، شکل بگیرد. این الگوی کلان هماهنگ، از تعاملات محدود درونی اجزا سیستم بوجود می آید. در این فرآیند تمامی اجزا به صورت هم زمان و موازی فعالیت می کنند و هیچ عضوی به عنوان مرکز و هدایت کننده جریان نبوده و همه اعضا با هم برابرند.

الگوی منظم حرکت پرندگان در حال پرواز و یا ماهی های در حال حرکت جمعی، الگوهای ماسه ها در بیابان ها، الگوی ترک خوردن خاک خشک، شکل گیری الگوهای سلولی در بافت های گیاهی و جانوری مثال هایی از خود سازماندهی در حوزه های مختلف طبیعت هستند.



به نظر مایکل هنسل، در معماری و مهندسی این بهینه سازی برای سازه ها استفاده شده که هدف آن کاهش مصرف ماده و انرژی برای مقابله در برابر نیروهای جاذبه و بارهای وارده بر سازه است. او این مسیر را بهینه سازی موضوع می خواند و معتقد است که می توان خودسازماندهی را برای بهینه سازی چند موضوعی نیز به کار برد. ابزارهای فیزیکی و دیجیتالی Form Finding می توانند به جعبه ابزار طراحان تبدیل شوند تا برای یافتن فرم سازه های مورد نظرشان از آن استفاده کنند. معماری بجای تمرکز بر فرآورده و بجای تمرکز بر فرآیند، بر طراحی سیستم هایی تمرکز خواهد کرد که این سیستم ها فرآیند خودسازماندهی عناصر طراحی را تولید خواهند کرد (ابر فرآیند). طراحی سیستم های خود سازمانده، که محصول آن به طراحی بدون طراح» اشاره شده، مجموعه ای چند بعدی و پیچیده در حوزه های مختلف دانش است اما می تواند پتانسیل های بالای این سیستم ها را به حوزه معماری وارد کند. شاید پاسخ هایی آینده معماری به مسائلی نظیر بحران های زیست محیطی و آینده زیست کره از این دست باشد.


دفاتر مرکزی بی‌آه | الهام گرفته از تپه‌های ماسه ای


منابع:

ادیب زاده, سودابه و بهنام کریمی، ۱۳۹۳، معماری پارامتریک، از آغاز تا آینده، دومین کنگره بین المللی سازه ، معماری و توسعه شهری، تبریز، دبیرخانه دائمی کنگره بین المللی سازه ، معماری و توسعه شهری، https://www.civilica.com/Paper-ICSAU02-ICSAU02_1169.html

خادم پور, نیلوفر و آویده طلایی، ۱۳۹۵، فرم یابی پارامتریک در معماری، سومین کنفرانس بین المللی یافته های نوین علوم و تکنولوژی، قم، مرکز مطالعات و تحقیقات اسلامی سروش حکمت مرتضوی، https://www.civilica.com/Paper-DSCONF03-DSCONF03_110.html

© Copyright 2019 All Rights Reserved