Diseño paramétrico - Parametric design

Arquitectura + Diseño Sharan

El diseño paramétrico es un proceso basado en el pensamiento algorítmico que permite la expresión de parámetros y reglas que, en conjunto, definen, codifican y aclaran la relación entre la intención del diseño y la respuesta del diseño.

El diseño paramétrico es un paradigma en el diseño donde la relación entre elementos se utiliza para manipular e informar el diseño de estructuras y geometrías complejas.

El término paramétrico se origina en matemáticas ( ecuación paramétrica ) y se refiere al uso de ciertos parámetros o variables que se pueden editar para manipular o alterar el resultado final de una ecuación o sistema. Si bien hoy en día el término se utiliza en referencia a los sistemas de diseño computacional, existen precedentes de estos sistemas modernos en las obras de arquitectos como Antoni Gaudí , que utilizó modelos analógicos para explorar el espacio de diseño, y Luigi Moretti , que introdujo el término arquitectura paramétrica que describe por primera vez un proceso de diseño arquitectónico basado en algoritmos matemáticos.

Los sistemas de modelado paramétrico se pueden dividir en dos tipos principales:

  • Sistemas basados ​​en propagación en los que se calcula desde lo conocido hasta lo desconocido con un modelo de flujo de datos.
  • Sistemas de restricciones que resuelven conjuntos de restricciones continuas y discretas.

La búsqueda de forma es una de las estrategias implementadas a través de sistemas basados ​​en propagación. La idea detrás de la búsqueda de formas es optimizar ciertos objetivos de diseño frente a un conjunto de restricciones de diseño.

Historia (primeros ejemplos)

Diseño paramétrico analógico

Maqueta de fuerza invertida de la Sagrada Familia, Museo de la Sagrada Familia

Uno de los primeros ejemplos de diseño paramétrico fue el modelo invertido de iglesias de Antonio Gaudí . En su diseño para la Iglesia de la Colònia Güell creó un modelo de cuerdas lastradas con perdigones para crear complejos techos abovedados y arcos. Al ajustar la posición de los pesos o la longitud de las cuerdas, pudo alterar la forma de cada arco y también ver cómo este cambio influyó en los arcos conectados a él. Colocó un espejo en la parte inferior del modelo para ver cómo debería verse al revés.

Características del método de Gaudí

El método analógico de Gaudí incluye las principales características de un modelo computacional paramétrico (parámetros de entrada, ecuación, salida):

  • La longitud de la cuerda, el peso del tiro de pájaro y la ubicación del punto de anclaje forman parámetros de entrada independientes
  • Las ubicaciones de los vértices de los puntos en las cadenas son los resultados del modelo
  • Los resultados se obtienen mediante funciones explícitas, en este caso la gravedad o la ley de movimiento de Newton.

Al modificar los parámetros individuales de estos modelos, Gaudí podría generar diferentes versiones de su modelo, estando seguro de que la estructura resultante estaría en pura compresión. En lugar de tener que calcular manualmente los resultados de las ecuaciones paramétricas, podría derivar automáticamente la forma de las curvas catenarias a través de la fuerza de gravedad que actúa sobre las cuerdas.

Arquitectura paramétrica de Luigi Moretti

Le debemos a Luigi Moretti la primera definición de arquitectura paramétrica, resultado de estudios sobre la historia de la arquitectura, el arte y la aplicación de la investigación operativa al diseño arquitectónico. Sus investigaciones sobre métodos de arquitectura paramétrica se desarrollaron dentro del Instituto de Investigación Operativa y Urbanismo de Matemáticas Aplicadas. Con motivo de una exposición en la Trienal de Milán, presentará varios modelos de estadios diseñados según los principios de la arquitectura paramétrica.

Principios de la arquitectura paramétrica de Luigi Moretti

  • Rechazo de decisiones empíricas.
  • Valoración de los fenómenos tradicionales como hechos objetivos basados ​​en la interdependencia de valores expresivos, sociales y técnicos.
  • Definición exacta y completa de temas arquitectónicos.
  • Observación objetiva de todos los elementos condicionantes (parámetros) relacionados con la temática arquitectónica e identificación de sus valores cuantitativos.
  • Definición de las relaciones entre los valores de los parámetros.
  • Indispensabilidad de diferentes habilidades y metodologías científicas según los criterios de la investigación operativa para definir los elementos condicionantes y sus cantidades.
  • Afirmación de la libertad de decisión y expresión del Arquitecto, solo si no afecta las características determinadas por las investigaciones analíticas.
  • Investigación de las formas arquitectónicas hacia una máxima, por tanto definitiva, exactitud de las relaciones en su "estructura" general.

Arquitectura

Sala de salidas del aeropuerto internacional de Shenzhen Bao'an

La naturaleza ha servido a menudo de inspiración para arquitectos y diseñadores. La tecnología informática ha proporcionado a los diseñadores y arquitectos las herramientas para analizar y simular la complejidad observada en la naturaleza y aplicarla a las formas de los edificios estructurales y los patrones organizativos urbanos. En la década de 1980, los arquitectos y diseñadores comenzaron a utilizar computadoras con software desarrollado para las industrias aeroespacial y de imágenes en movimiento para "animar la forma".

Uno de los primeros arquitectos y teóricos que utilizó computadoras para generar arquitectura fue Greg Lynn . Su arquitectura de blob y pliegue son algunos de los primeros ejemplos de arquitectura generada por computadora. La nueva Terminal 3 del Aeropuerto Internacional de Shenzhen Bao'an , terminada en 2013, diseñada por el arquitecto italiano Massimiliano Fuksas , con el apoyo de diseño paramétrico de la firma de ingeniería Knippers Helbig , es un ejemplo del uso de tecnologías de diseño y producción paramétricas a gran escala. edificio.

Diseño urbano

El urbanismo paramétrico se ocupa del estudio y la predicción de patrones de asentamiento. El arquitecto Frei Otto distingue la ocupación y la conexión como los dos procesos fundamentales que intervienen en toda urbanización. Los estudios buscan producir soluciones que reduzcan la longitud total del camino en los sistemas mientras mantienen un factor de desvío promedio bajo o diferenciación de fachadas.

Software

Superficie de energía

Power Surfacing es una aplicación de SolidWorks para diseño industrial / modelado de sólidos / superficies orgánicas de forma libre . Estrechamente integrado con SolidWorks , funciona con todos los comandos de SolidWorks . Las mallas escaneadas pueden someterse a ingeniería inversa con Power Surfacing RE.

Catia

CATIA ( aplicación interactiva tridimensional asistida por ordenador ) fue utilizada por el arquitecto Frank Gehry para diseñar algunos de sus edificios curvilíneos premiados, como el Museo Guggenheim Bilbao . Desde entonces, Gehry Technologies, el brazo tecnológico de su firma, ha creado Digital Project , su propio software de diseño paramétrico basado en su experiencia con CATIA.

Autodesk 3DS Max

Autodesk 3ds Max es un software de modelado 3D paramétrico que proporciona funciones de modelado, animación, simulación y renderizado para juegos, películas y gráficos en movimiento. 3ds Max utiliza el concepto de modificadores y parámetros cableados para controlar su geometría y brinda al usuario la capacidad de crear un script de su funcionalidad. Max Creation Graph es un entorno de creación de herramientas basado en nodos de programación visual en 3ds Max 2016 que es similar a Grasshopper y Dynamo.

Autodesk Maya

Autodesk Maya es un software de gráficos por computadora en 3D desarrollado originalmente por Alias ​​Systems Corporation (anteriormente Alias ​​| Wavefront) y actualmente propiedad y desarrollado por Autodesk, Inc. Se utiliza para crear aplicaciones 3D interactivas, incluidos videojuegos, películas animadas, series de televisión o efectos visuales. Maya expone una arquitectura de gráfico de nodos. Los elementos de la escena están basados ​​en nodos, cada nodo tiene sus propios atributos y personalización. Como resultado, la representación visual de una escena se basa en una red de nodos interconectados, dependiendo de la información de cada uno. Maya está equipado con un lenguaje de programación multiplataforma, llamado Maya Embedded Language. MEL se proporciona para la creación de scripts y un medio para personalizar la funcionalidad principal del software, ya que muchas de las herramientas y comandos utilizados están escritos en él. MEL o Python se pueden usar para diseñar modificaciones, complementos o inyectarse en tiempo de ejecución. La interacción del usuario se registra en MEL, lo que permite a los usuarios novatos implementar subrutinas.

Saltamontes 3D

El lienzo de Grasshopper con algunos nodos.

Grasshopper 3d (originalmente Explicit History) es un complemento para Rhinoceros 3D que presenta a los usuarios una interfaz de lenguaje de programación visual para crear y editar geometría.

Los componentes o nodos se arrastran a un lienzo para crear una definición de saltamontes. Grasshopper se basa en gráficos (consulte Gráfico (matemáticas discretas) ) que mapean el flujo de relaciones desde parámetros a través de funciones definidas por el usuario (nodos), lo que da como resultado la generación de geometría. El cambio de parámetros o geometría hace que los cambios se propaguen por todas las funciones y que se vuelva a dibujar la geometría.

Autodesk Revit

Autodesk Revit es un software de modelado de información de construcción (BIM) utilizado por arquitectos y otros profesionales de la construcción. Revit se desarrolló en respuesta a la necesidad de un software que pudiera crear modelos paramétricos tridimensionales que incluyan información de construcción y diseño tanto geométrica como no geométrica. Cada cambio realizado en un elemento en Revit se propaga automáticamente a través del modelo para mantener la coherencia de todos los componentes, vistas y anotaciones. Esto facilita la colaboración entre equipos y asegura que toda la información (áreas de piso, horarios, etc.) se actualice dinámicamente cuando se realizan cambios en el modelo.

Autodesk Dynamo

Dynamo es un entorno de programación gráfica de código abierto para el diseño. Dynamo amplía el modelado de información de construcción con el entorno lógico y de datos de un editor de algoritmos gráficos.

Componentes Generativos

GenerativeComponents, software CAD paramétrico desarrollado por Bentley Systems, se introdujo por primera vez en 2003, se utilizó cada vez más en la práctica (especialmente por la comunidad arquitectónica de Londres) a principios de 2005 y se lanzó comercialmente en noviembre de 2007. GenerativeComponents tiene una sólida base tradicional de usuarios en academia y en empresas de diseño tecnológicamente avanzadas. GenerativeComponents a menudo se conoce con el sobrenombre de 'GC'. GC personifica la búsqueda de llevar las capacidades de modelado paramétrico del modelado de sólidos 3D al diseño arquitectónico, buscando proporcionar mayor fluidez y fluidez que el modelado mecánico de sólidos en 3D.

Los usuarios pueden interactuar con el software ya sea modelando dinámicamente y manipulando directamente la geometría, o aplicando reglas y capturando relaciones entre los elementos del modelo, o definiendo formas y sistemas complejos a través de algoritmos expresados ​​concisamente. El software admite muchas entradas y salidas de archivos estándar de la industria, incluidos DGN de ​​Bentley Systems, DWG de Autodesk, STL (litografía estéreo), Rhino y otros. El software también se puede integrar con los sistemas de modelado de información de construcción.

El software tiene una API publicada y utiliza un lenguaje de scripting simple, lo que permite la integración con muchas herramientas de software diferentes y la creación de programas personalizados por parte de los usuarios.

Este software lo utilizan principalmente arquitectos e ingenieros en el diseño de edificios, pero también se ha utilizado para modelar estructuras naturales y biológicas y sistemas matemáticos.

Los componentes generativos se ejecutan exclusivamente en sistemas operativos Microsoft Windows.

VIKTOR

VIKTOR es una plataforma de desarrollo de aplicaciones que permite a los ingenieros y otros expertos en el dominio crear rápidamente sus propias aplicaciones en línea utilizando Python . Se utiliza para crear modelos de diseño paramétrico y se integra con muchos paquetes de software. Permite a los usuarios crear interfaces de usuario intuitivas (GUI), que incluyen diferentes formas de visualizar resultados como modelos 3D, dibujos, vistas de mapas o satélites y gráficos interactivos. Esto hace posible que las aplicaciones estén disponibles para personas sin afinidad de programación.

Las aplicaciones realizadas con VIKTOR están en línea, lo que significa que los datos se actualizan automáticamente y todos trabajan con la misma información y los últimos modelos. Incluye un sistema de gestión de usuarios, que permite otorgar diferentes derechos a los usuarios.

Marioneta

Marionette es una herramienta de programación gráfica de código abierto (o entorno de programación visual) para las industrias de diseño de arquitectura, ingeniería, construcción, paisaje y entretenimiento que está integrada en las versiones Mac y Windows del software Vectorworks. La herramienta se puso a disposición por primera vez en la línea de productos de software Vectorworks 2016. Marionette permite a los diseñadores crear algoritmos de aplicación personalizados que construyen objetos paramétricos interactivos y agilizan los flujos de trabajo complejos, así como también crean dibujos 2D automatizados, modelado 3D y flujos de trabajo BIM dentro del software Vectorworks.

Construido en el lenguaje de programación Python, todo en Marionette consiste en nodos que están vinculados entre sí en un arreglo de diagrama de flujo. Cada nodo contiene una secuencia de comandos de Python con entradas y salidas predefinidas a las que se puede acceder y modificar con un editor integrado. Los nodos se colocan directamente en el documento de Vectorworks y luego se conectan para crear algoritmos complejos. Dado que Marionette está completamente integrado en el software Vectorworks, también se puede utilizar para crear objetos paramétricos completamente autónomos que se pueden insertar en diseños nuevos y existentes.

Modelur

Modelur es un complemento de software de diseño urbano paramétrico para Trimble SketchUp , desarrollado por Agilicity doo (LLC). Su objetivo principal es ayudar a los usuarios a crear masas urbanas conceptuales. A diferencia de las aplicaciones CAD comunes, donde el usuario diseña edificios con dimensiones habituales como ancho, profundidad y altura, Modelur ofrece el diseño del entorno construido a través de parámetros urbanos clave como el número de plantas y la superficie bruta de un edificio.

Modelur calcula los parámetros clave de control urbano sobre la marcha (p. Ej., Relación de superficie o número requerido de estacionamientos), proporcionando información de diseño urbano mientras el desarrollo aún está en evolución. De esta manera, ayuda a tomar decisiones bien informadas durante las primeras etapas, cuando las decisiones de diseño tienen el mayor impacto.

Archimatix

Archimatix es una extensión de modelador paramétrico basada en nodos para Unity 3D . Permite el modelado visual de modelos 3D dentro del editor Unity 3D.

Ver también

Referencias