ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ АРХИТЕКТУРА

Доцент кафедры «Архитектура» Пётр Клименко – о том, как программирование приходит на смену черчению в архитектуре и как посредством математических алгоритмов проектируются современные здания.

О революции в процессах проектирования

- Расскажите, что такое вычислительное архитектурное проектирование?

- Коротко говоря, это проектирование посредством математических алгоритмов. Когда архитектурная модель, как процесс, описана программным кодом, становится возможным мгновенно вносить в проект любые изменения, проектировать здания самой сложной конфигурации, в которой каждый элемент будет математически обоснован с точки зрения эстетики, прочностных и функциональных характеристик.

- Как появилось ВАП?

- Вычислительное архитектурное проектирование можно считать естественным этапом эволюции проектирования в архитектуре. Если проследить историю развития архитектуры, становится очевидно, что она всегда было связана с инструментами. Как только идея архитектора стала сложнее пирамиды из камней, ее нужно было как-то фиксировать. Так появились рисунки, схемы и чертежи. Появился определенный визуальный язык, который позволил передавать даже самые сложные идеи в мельчайших деталях. Объекты проектирования усложнялись, появлялись всё новые инструменты: рейсшины, кульманы – все то, что упрощало рутинные действия.

Качественный прорыв в проектировании произошел с появлением компьютера. То, что проектировщик делал с помощью карандаша, теперь он стал делать с помощью мыши. Однако, на начальных этапах процесс проектирования на компьютере ничем практически не отличался от традиционного, и то, что проектировщик делал с помощью карандаша, теперь он стал делать с помощью мыши – переносил свои идеи на холст, уже электронный. Компьютерные мощности росли, стало возможным подключить компьютер не только к процессу автоматизации проектирования, но и непосредственно к творческому процессу, к созиданию самой идеи. И это как раз то, что сегодня в авангарде инноваций в архитектуре, дизайне, инженерии, – создание проекта по математическому алгоритму. Инструментом становится само программирование. ВАП – по сути, «эскизное программирование», позволило архитекторам уйти от ограниченного набора инструментов и создавать их самостоятельно.

- В каких программах работают архитекторы, владеющие инструментарием ВАП?

Будет не корректно выделять какую-то конкретную программу, их много и основой их является визуальная среда программирования. Это и отдельное ПО и так называемые плагины, которые, зачастую, легко встраиваются в другой, более популярный специализированный софт, практически безгранично расширяя функционал, например в Revit, ArchiCAD, 3DsMax или Rhino. Главное, чтобы у архитектора ВАП было сформировано алгоритмическое мышление – его можно применить в любых программах. Оптимальный для конкретных задач софт можно выбирать достаточно гибко.

- В традиционном представлении архитектор садится за стол, берет лист бумаги и начинает творить. А что собой представляет работа в вычислительном архитектурном проектировании?

- В вычислительном архитектурном проектировании нет рисунка: работа представляет собой создание визуального программного кода, который при этом не требует каких-то глубоких навыков программирования и действительно расширяет возможности архитектора в плане развития его идей, трансформации, проверки и анализа.

Весь процесс формирования объекта, от точки в пространстве до рабочих чертежей, у тебя перед глазами, как будто разложен по временной шкале. И ты можешь перемещаться во времени, изменяя любое действие, сделанное тобой с самого начала. Представьте: можно поменять форму здания с прямоугольной на круглую и тут же получить новую объемную модель и новые рабочие чертежи – и все это за пару кликов мыши в начале алгоритма. Можно поменять количество этажей прямо во время общения с заказчиком или соотношение разных типов квартир в доме: процент однокомнатных, двухкомнатных и т д. Планировки будут сгенерированы алгоритмом, в который ты заложил определённые принципы, и могут быть совершенно разными, реагируя на множество факторов.

И вот тут как раз проявляются компетенции архитектора – не знание набора типовых решений, а понимание принципов создания качественного пространства для жилья. То есть, изначально нужно в голове построить эти принципы, минимальный набор логических шагов, которые полностью опишут весь процесс. В результате получится код, который и сформирует в программе здание или объект промышленного дизайна. Благодаря программному обеспечению стало возможным обрабатывать огромные объемы информации.

ВАП позволяет автоматизировать и процесс физического воплощения самого объекта. Ежегодно Штутгартский университет выпускает малые архитектурные формы, используя средства как вычислительного проектирования, так и цифрового производства. Например, павильон из углеродных нитей, который плетет робот. Робот позволяет делать миллиарды операций с максимальной точностью, которая человеку недоступна физически.

- Что первично: архитектор или программист?

- Конечно, прежде всего ты должен быть архитектором. Потому что ВАП – это только инструмент. Да, он влияет на то, каким будет объект и к какому решению придет архитектор. Архитектор формулирует идею, цель и смотрит, с помощью каких инструментов ее можно реализовать. Ты можешь знать все компьютерные программы, но у тебя не получится выстроить комфортное пространство, в котором будет приятно находиться людям.

Вот, например: мы привыкли к планировке, в которой в ряд выстроены кабинеты и половину пространства занимает коридор. Огромное пространство коридора никак не назвать полезным. Коридор нужен только чтобы добраться от одного помещения к другому. Теперь посмотрим на здание Skoltech в Москве: пространство гибкое и перетекающее, используется на все сто процентов, коридоров, практически нет. Посетитель плавно перемещается из зала в зал. Нет как таковых границ между внутренним пространством и двором. Довольно просто оказаться во дворе, провести там лекцию, отдохнуть на траве и, сделав несколько шагов, войти в помещение соседнего корпуса. Великолепная организация образовательного пространства. И, разумеется, машина такого не сочинит, она, безусловно, поможет, но цели и идею формирует архитектор.

- Как выглядят здания, построенные методом вычислительного архитектурного проектирования?

- ВАП применяется уже довольно широко для решения отдельных задач в процессе проектирования. Поэтому использование алгоритмических методов может быть совсем неочевидным. Если же мы говорим о формообразовании, о внешнем виде здания, то это, действительно, очень узнаваемые и обладающие яркой архитектурной выразительностью сооружения. Не будет преувеличением сказать, что большая часть современных уникальных сооружений создана и создается с применением принципов ВАП. Примеры такой архитекторы можно найти во многих странах: в Германии, Китае, Южной Корее, Англии, Испании, США, России. Например, спортивный кампус в Цюйчжоу (Китай), Центр Гейдара Алиева (Азербайджан), Buga Wood павильон в Хайльбронне (Германия). И команды архитекторов, создающих, эти объекты, зачастую не сидят в одном офисе. К примеру, команда мастерской легендарной Захи Хадид, обладательницы Притцеровской премии, автора десятков неофутуристических зданий, разбросана по всему миру. Компьютерные программы позволяют работать над одним проектом одновременно из разных точек.

Фото: Спортивный кампус в Цюйчжоу, Китай, MAD Architects

BUGA Wood Pavilion, (Хайльбронн, Германия), University of Stuttgart

- Можно ли Заху Хадид назвать основательницей ВАП?

- Не совсем. Вместе с Патриком Шумахером она создала стиль – параметризм. Но параметрические принципы использовались в архитектуре довольно давно, причем не всегда даже в цифровом виде. Так можно посмотреть проекты или исследовательские опыты немецкого архитектора Фрая Отто или шедевры Френка Гери. На идеях параметризма построены и работы архитектора начала XX века Антонио Гауди. Гауди в свое время использовал подвесные цепи для создания ломаных арок в Саграда Фамилия: связывал висящие цепи, перевернув которую получал конструкцию, которая «борется» с гравитацией, после чего воспроизводил ее в сооружении.

Заха Хадид долго вынашивала свои идеи, и когда к ней присоединился архитектор и теоретик архитектуры Патрик Шумахер, они начали воплощать идеи в реальность. Например, сгенерировали программными методами целый квартал в Турции. Представьте: пустое пространство, к которому с разных сторон подходят улицы. Нужно соединить эти улицы в проектируемом квартале. Архитекторы соединили их прямыми линиями и сгенерировали физическое поведение нитей, которое заставляет их притягиваться с разной интенсивностью, местами слипаться. И такой алгоритм оптимизировал саму геометрию квартала с учетом трафика и удобства для жителей. Похожие идеи вынашивались архитекторами давно. Заха не была основателем ВАП, но, бесспорно, стала самым знаменитым архитектором, который посредством ВАП воплотил такие идеи в реальность.

Фото: Центр Гейдара Алиева (Баку, Азербайджан), Zaha Hadid Architects

Morpheus Hotel (Макао, Китай), Zaha Hadid Architects

Биомиметика и студенты нарасхват

- Как развивается ВАП на российском рынке?

- В России есть сообщество параметристов. Оно небольшое, чуть более 200 человек. Специалистов мало, потому что методика и инструменты сложные. Но эти специалисты реализуют колоссальные проекты. Например, двое моих товарищей недавно создали для строительной компании «ПИК» алгоритм, формирующий целый квартал. К сожалению, это оставило без работы многих рядовых архитекторов, но прогресс движется в этом направлении, ничего не поделаешь. На самом деле, ВАП можно использовать где угодно, у нее очень широкое применение. Внутри сообщества мы общаемся, обмениваемся опытом и создаем совместные проекты.

- И никакой конкуренции?

- Нет. Сообщество настроено на то, чтобы совместно реализовать интересные проекты, изучать новое. Мы часто организуем встречи, были даже походы в горы.

- С какими сложностями сталкиваются молодые архитекторы, когда хотят приступить к ВАП?

- С изучением инструментов вычислительного проектирования. И конечно, определенных усилий требует понимание совершенно нового подхода к проектированию. Изменился подход, меняется и понимание архитектуры, однако цели архитектуры и роль архитектора не изменились.

- Давайте поговорим о магистратуре «Вычислительное архитектурное проектирование». Представим, что архитектор с базовым бакалаврским преподаванием приходит к вам в магистратуру. С чего начнется его обучение?

- С инструментов вычислительного проектирования. Для обучения в магистратуре по ВАП в идеале необходимо уже в конце бакалавриата иметь базовые знания по современным вычислительным технологиям в проектировании. Сейчас же мы довольно много времени тратим на изменение мышления – переключаем его на алгоритмы. Тем не менее, магистранты с большим интересом, а многие и с усердием осваивают основы.

Мы с самого начала обучения стараемся применять теорию на практике в самых разных проектах, от инсталляций и малых архитектурных форм до архитектурных павильонов и фасадов зданий, и конечно, для этого просто необходима довольно серьезная база знаний как по архитектуре, так и по компьютерным технологиям.

- Во время летней практики студенты магистерской программы спроектировали «Биомиметический павильон». Что это такое?

- Это попытка замахнуться на совершенство живой природы – создать ту самую гармонию внешнего и внутреннего, эстетики и структуры. Довольно сложная задача – понять и прописать математически те принципы, которые заложены в форму, как генетический код в живой организм. По сути, вычислительный алгоритм – тот же геном, который заставляет миллионы уникальных клеток выстраиваться в сложнейших взаимообусловленных конфигурациях. Могут ли принципы, заложенные природой, помочь в создании легких экономичных архитектурных конструкций? Такие вопросы задавали себе студенты, создавая уникальные объекты искусственной среды.

Фото: Биомиметический павильон студентов ДГТУ

- Расскажите, как проходил процесс создания павильона?

- Большую часть времени занимает анализ объектов живой природы: студенты изучают объекты флоры или фауны, общаются со студентами-биологами, выходят на улицу, ищут что-то любопытное по теме в Интернете. Выбрав несколько интересных примеров, ребята анализируют информацию о структуре, эволюции и т. д. Чтобы систематизировать и проанализировать весь собранный материал, мы размещаем его на универсальную цифровую доску для совместной работы в Интернете – платформу с бесконечным пространством. Это в основном текст, картинки, видео. Далее мы продумываем логику, по которой можно реализовать выявленные принципы в алгоритме. Прописав логику, не зная еще, как будет выглядеть сам объект, мы начинаем работу в программной среде, выстраиваем алгоритм. Как только получаем начальную модель, проверяем каждую полученную конструкцию на устойчивость и эстетическую составляющую. И наиболее интересную модель выбираем для дальнейшей реализации.

- Почему вы выбрали именно павильон?

- На примере павильона проще всего проверять те или иные новые архитектурные идеи. Создание павильона наименее трудозатратно, его можно собрать вручную вместе со студентами, а те принципы, которые закладываются в павильон, впоследствии могут перейти в архитектуру масштабную, в архитектуру общественных и жилых зданий. При этом мы создаем объект, который может стать не только украшением общественной зоны, но и социально полезным: очищать воздух, собирать дождевую воду для полива, заряжать телефоны от солнечных батарей и т. д.

- Как обстоит дело с трудоустройством специалистов, владеющих ВАП?

- Наши студенты уже работают в архитектурных мастерских. Из-за этого часто просят переносить пары на 8-9 вечера. Они уже все востребованные молодые специалисты, но хотят учиться дальше и знать больше. К примеру, один из магистрантов 1 курса Никита Кравченко уже на бакалаврском дипломном проекте разработал сложнейший генеративный алгоритм, формирующий трехмерную жилую структуру из вариативных модулей, которая сама адаптируется в зависимости от рельефа, формы участка, требуемой жилой площади и др. Проектирование в ВАП этим и отличается от традиционного. Проекты представляют собой алгоритмы, которые в зависимости от параметров, вводимых архитектором, меняют конечный результат, в том числе подстраиваются под условия окружающей среды.

На самом деле, очень сложно реализовать себя с такими знаниями и компетенциями на региональном рынке, попросту негде развернуться. В ДГТУ мы готовим специалистов, востребованных глобальным рынком.

- Расскажите о ваших планах.

- Планирую провести очередную серию открытых лекций о ВАП в начале следующего года.

Что касается более масштабных планов, я давно вынашиваю идею создания лаборатории роботизированного производства. ВАП очень тесно связано с цифровым производством, роботы в этой сфере – следующий, вполне очевидный шаг. С нашими знаниями лаборатория стала бы фабрикой инноваций в архитектуре и дизайне, а для студентов - лучшим местом для реального воплощения фантастических идей.