Методы формообразования объектов дигитальной архитектуры

Архитектура всегда воспринималась как статичная форма, которая не связывается с окружающей средой. Но сейчас она значительно преобразилась. Современные здания и сооружения загружены новейшими технологиями, которые все больше видоизменяются. После перехода в проектирование в трехмерном пространстве архитектура охватила всю технологическую среду. Архитекторы всего мира стали искать новые возможности в проектировании, которые позволили бы придать выразительности, плавности и порой воздушности объектам, чтобы создавать не только место для работы и отдыха, но и подчеркнуть уникальность каждого здания и сооружения, даря спокойствие и удобство жителям. Поиски были нацелены также на то, чтобы объекты представляли собой симбиоз реальности (стандарта) и виртуальности (чего-то нового), который сформировал бы новое направление проектирования, где постройка – это часть окружающего мира. 

Цель работы – создать и оптимизировать системы, используя цифровые технологии для повышения эффективности, масштабируемости и творческого потенциала. Это включает как разработку физических сооружений с помощью цифровых инструментов (например, BIM и 3D-моделирование), так и проектирование сложных программных и информационных платформ для различных задач, от бизнеса до цифровой экономики. Основные задачи включают повышение производительности, снижение затрат, упрощение управления и расширение функциональности. Поэтому постепенно к процессу проектирования подключали компьютерные технологии, а в некоторых странах началось строительство зданий, в которых можно увидеть зачатки новых направлений, которые в настоящее время до сих пор развиваются, а в некоторых странах считаются новыми течениями архитектуры [1].

Актуальность исследования продиктована рядом взаимосвязанных факторов. Во‑первых, метод дигитального проектирования стремительно распространяется на глобальном уровне и всё активнее внедряется в архитектурную практику России. Во‑вторых, на текущий момент наблюдается дефицит методической и вспомогательной литературы, которая учитывала бы региональные особенности применения данных технологий. Исследование призвано восполнить данный пробел и предложить практические подходы к интеграции инновационных методов в региональный контекст. Особую значимость приобретает осмысление современных инновационных поисков, направленных на развитие нестандартных стратегий и методов формообразования в архитектуре.

Исследование опирается на опыт научных разработок в области дигитальной архитектуры и ряд теоретических концепций, включая теорию хаоса Эдварда Лоренса, которая помогает понять, как из кажущегося беспорядка рождаются упорядоченные структуры – это напрямую отражается в сложных фасадах и планировках. Теория сложности объясняет, как простые правила взаимодействия элементов порождают сложные системы – будь то здание или целый квартал. Теория катастроф описывает резкие «переключения» форм при плавном изменении параметров, а теории фракталов и складки дают инструменты для создания органичных, пластичных поверхностей, напоминающих природные. Вместе эти подходы формируют мощный фундамент для инноваций в архитектуре и позволяют анализировать нелинейные процессы формообразования, скачкообразные изменения в системах и самоорганизацию структур – что особенно актуально для моделирования сложных архитектурных форм [2]. 

Основной отличительной чертой, является применение математических алгоритмов.

Понятие «дигитальная архитектура» объединяет ряд параллельно развивающихся направлений: параметризм, органитек, электронное барокко и другие. Данные направления возникли как результат эволюции идей предшествующих стилей: бионики, структурализма, органической архитектуры. Некоторые из них выглядят как сложная система из нескольких архитектурных стилей, и не всегда удается провести четкую грань, для определения точной принадлежности объекта к конкретному направлению.

Дигитальная архитектура обращается к сложно-упорядоченным системам, аналоги которых можно видеть в природе. Данные системы отличаются уникальностью, богатством и разнообразием форм, при этом, выстроены гармонично и рационально. Привычным геометрическим объемом и принципом классической архитектуры противопоставляются новые динамические и гибкие объекты нелинейной архитектуры: волны, складки, сплайновые поверхности. Гибкость и согласованность в реальном проектировании достигается посредством применения стремительно развивающихся BIM технологий.

Дигитальная архитектура − совокупность архитектурных объектов, созданных с использованием компьютерных технологий так, что без этих технологий сами объекты существовать не могут. Дигитальная архитектура использует технические возможности компьютера и мультимедийные технологии в качестве основного формообразующего принципа. Применение компьютерного моделирования, программирования, а также распространенных в настоящее время различных техник визуализации, позволяет проектировать и строить объекты дигитальной архитектуры и дома с ее элементами [1].

Аналоги каждому зданию найти очень сложно, они индивидуальны, опираются только на фантазию архитектора, его видения мира и cамой идеи, а также на уравнениях и наборах чисел, которые хранятся в электромагнитном формате, и составляют базу для создания уникальных шедевров современной архитектуры [3]. Для этого необходимы программы, работающие с определенными математическими алгоритмами. К таким относят: AutodeskMaya, Rhinoceros 3d, Grasshooper, PointSetReconstruction, ArrayCrvPlus, Armadillo, QuantumTransform,Constructiveelements и т. д.

Особо примечательным является Grasshooper. Для дизайнеров, которые ищут новые формы, используя генеративные алгоритмы, Grasshooper представляет собой графический редактор алгоритмов, будучи тесно интегрированным c 3-D Rhino c инструментами моделирования.

Дигитальная архитектура хороша тем, что превращает первоначальную идею в живой каркас, на основе которого рождаются новые архитектурные формы с разнообразными сценариями воплощения. Благодаря цифровым инструментам архитектор не просто наблюдает за процессом формообразования, но и активно корректирует его с помощью нелинейных математических уравнений. При этом ключевое значение имеет сам процесс, а не итоговая форма: последняя остаётся гибкой и может меняться многократно. 

Узнать объект дигитальной архитектуры очень просто, если знать ее основные черты: отказ от декартовой системы координат; нелинейность, то есть неравномерность и отсутствие привычной стабильности объекта; разнообразие форм, их плавность и изменчивость; динамика; хаотичность, которая при более глубоком вникании в идею проекта, становится понятной и приемлемой. Привычным геометрическим объемом и принципом классической архитектуры противопоставляются новые динамические и гибкие объекты нелинейной архитектуры: волны, складки, сплайновые поверхности. Гибкость и согласованность в реальном проектировании достигается посредством применения стремительно развивающихся BIM технологий.

Недостаток дигитальной архитектуры заключается в снижении роли архитектора: вместо творческого лидера он рискует превратиться в оператора программного обеспечения, то есть ключевая роль переходит к программисту, который задаёт алгоритмы и определяет границы проектных решений.

Кроме того, возникают эстетические противоречия: многие дигитальные объекты, при всей своей инновационности, лишены визуального восприятия, что вызывает сомнения в их художественной ценности. Серьёзную озабоченность вызывает и технологическая зависимость – функционирование таких зданий оказывается полностью подчинено цифровым системам управления, что создаёт риски сбоев и уязвимостей.

Методологические сложности проявляются в трудности перевода цифровых моделей в реальные строительные технологии: существующие методы строительства не всегда готовы к реализации сложных дигитальных форм, а нормативная база для подобных объектов пока отсутствует. Экономические барьеры также значительны: высокие затраты на компьютерное моделирование, приобретение специализированного программного обеспечения и последующее обслуживание технологического комплекса делают проекты дорогостоящими и не всегда доступными.

Наконец, нельзя игнорировать и социально‑культурные аспекты: общество зачастую с настороженностью воспринимает радикально новые архитектурные формы, что ведёт к их непониманию и неготовности принять такие объекты как часть привычной среды обитания.

Таким образом, дигитальная архитектура – это прогрессивное направление, объединяющее передовые технологии и творческое видение, а гибкость и согласованность в реальном проектировании достигается посредством применения стремительно развивающихся BIM технологий. И несмотря на то, что техника эта используется сравнительно недавно, дигитальные технологии уже изменили характер архитектуры и будут менять его в дальнейшем.