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Il cambiamento del paradigma in architettura

Negli ultimi anni è avvenuto un cambiamento del paradigma in architettura e nello sviluppo delle forme, un cambiamento che va oltre il post modernismo e la visione che abbiamo degli architetti che generano forme forzate dove la priorità è l‘estetica e non la componente prestazionale.
La variazione dei modelli di riferimento in architettura si è spostata infatti verso una priorità di tipo prestazionale: pur non essendo un nuovo concetto esso viene applicato in modalità originali e mai viste in precedenza. Stiamo vivendo un periodo dell‘architettura in continua mutazione in cui la computazione svolge un ruolo importante nella progettazione. Essa è diventata uno strumento sempre più utilizzato e parte integrante del design della forma, colmando il divario tra il concept iniziale e la costruzione finale perché ottimizza le performances dell‘oggetto architettonico che vengono ritenute rilevanti per la realizzazione della forma finale costruita. Il nuovo paradigma tenta di superare la superficialità del post modernismo inserendo l‘architettura in un quadro più obiettivo in cui l‘uso ottimizzato delle risorse è più efficiente delle indulgenze estetiche.

L‘alfabetizzazione computazionale

Nel corso degli ultimi decenni i computer sono arrivati a dominare quasi tutte le aree del design, prendendo in consegna tutte le operazioni ripetitive in modo che il progettista possa concentrarsi sull‘atto creativo. Il risultato però è stato che i progettisti sono diventati dipendenti dal software, utilizzando strumenti impiegati sia per il processo che per il risultato finale. La dipendenza diventa sempre più un limite, costringendo il progettista ad adattare il suo lavoro e il suo modo di pensare alle strutture dei software pensate dal programmatore.
Il design computazionale rappresenta un nuovo approccio, un tentativo di fornire ai progettisti e agli artisti una nuova alfabetizzazione nei media digitali.
L‘alfabetizzazione computazionale significa essere in grado di “scrivere“ e “leggere“ in ambito digitale, il designer diventa progettista dei processi computazionali e interagisce con l‘architettura del software. In questo modo è in grado di mettere in discussione i modelli esistenti di spazio e di interazione, esplorando completamente le possibilità dei mezzi elettronici.
Pochi anni fa parlavamo in codici criptati e nascondevamo i nostri strumenti digitali per il timore che terzi potessero copiare il nostro lavoro. Il problema è che ognuno prova a reinventare “la ruota“ ogni volta ma una delle sfide del computational design è quello di coinvolgere più individui e anni di ricerca in un sistema collaborativo e aperto che accelera gli sviluppi e i miglioramenti di questa disciplina. Dobbiamo smettere di parlare dei puri strumenti di progettazione ma dobbiamo discutere e condividere idee; gli strumenti non devono essere onnipresenti ma devono diventare la nostra seconda natura.

Un nuovo processo costruito dai dati

Con il web in continua espansione (pensiamo ai social network come facebook e twitter) e la libertà di pubblicare online le proprie ricerche, i dati sono sempre più disponibili ora più che mai.
Abbiamo accesso ad ogni tipo di dato sulle città, sul clima e sulla società fino ad arrivare a dati più soggettivi come l‘opinione umana. Siamo in grado di trovare risposte ad ogni domanda e allora cosa potremmo fare?
Forse siamo ancora bloccati in un processo di ego, un processo che si basa molto poco sullo spazio da vivere e più sull‘estetica personale dell‘architettura, oppure sull‘estetica del cliente filtrata dall‘architetto. Questo porta a pensare ad una figura dell‘architetto come un creatore di organismi quasi come un concetto di generatore di vita e di forme complesse grazie allo strumento macchina. Al contrario, la vera innovazione è un processo che produce forme guidate dagli utenti e dal contesto. La risorsa dati che abbiamo è una grande finestra nel mondo e può darci un sostanziale aiuto nel processo progettuale, in modo da costruire organismi in cui gli esseri umani preferiscono vivere.
L‘utilizzo dei dati guida direttamente l‘architettura, essendo essa in grado di produrre moduli basati direttamente sui suoi utenti piuttosto che sull‘interpretazione libera degli architetti.
Possiamo dire che si tratta di un‘architettura che conosce di più i suoi utenti, una macchina intelligente costruita da un sistema di dati che collaborano ad un processo generativo.
Entra in scena il design computazionale, cioè la disciplina che applica approcci computazionali ai problemi della progettazione, siano essi legati al design, all‘analisi o alle espressioni estetiche.
Lo spazio in cui viviamo è costituito da gradienti di dati-informazioni in continua evoluzione e cambiamento e uno dei maggiori vantaggi degli strumenti parametrici è quello di poter informare i processi progettuali con flussi di dati accurati e variabili nel tempo e nello spazio.

Il come

“Within contemporary architectural design, a significant shift in emphasis can be detected, a move away from an architecture justified by its performance. Structural, constructional, economic, environmental and other parameters that were once secondary concerns have become primary, are now beginning embraced as positive inputs within the design process from the outset.“ (Leach)
È semplice dire di fare “l‘architettura guidata dai dati“, ma come si fa effettivamente a produrre una forma sulla base di liste di dati? Ci sono diversi problemi con questa linea di pensiero ma quello principale è come usarli veramente.
La risposta è attraverso la costruzione di una struttura, una struttura di dati che guida i parametri specifici degli elementi costruttivi. Per questo ci vengono in aiuto i software parametrici come Grasshopper, plugin del modellatore 3d Rhinoceros della McNeel.
I dati prima di essere utilizzati hanno bisogno di una formattazione generale e devono essere facilmente collegati per poter essere utilizzati nei software.
Una volta inseriti nel software essi hanno la capacità di creare moduli che potranno essere tradotti in proprietà geometrico spaziale o elaborati e mischiati tra loro per ottenere altri dati o essere utilizzati per un processo di analisi. Parliamo quindi di design parametrico introducendo una nuova profondità nel design architettonico. Il design in questo caso è fondamentale da definire come design di tipo relazionale, con una struttura di geometrie che hanno il potenziale di essere modificate e alterate nel tempo. Questo spostamento della ricerca porta ad un pensiero di modelli di tipo performativo, in cui il design può essere continuamente testato, analizzato e modificato all‘interno di una struttura di vincoli, di variabili e di parametri.
All‘interno della progettazione si misurano e si codificano i comportamenti dei componenti che costituiscono un modello parametrico per esplorare l‘interrelazione tra diversi tipi di prestazione.
Le proprietà dei componenti sotto l‘influenza di un comportamento complesso di elementi possono essere presi in considerazione e utilizzati nella progettazione.
Le interfacce dei software sono strumenti che consentono ai progettisti di sviluppare un sistema di tipo relazionale e parametrico dove le richieste e le variabili dei protocolli servono a formulare la struttura dei dati e la forma del progetto. Ciò comporta che le intenzioni e le conoscenze siano collegate con variabili che non sfuggono al controllo del team di progettazione, che vengono poi aggiornate da specificità contestuali che definiscono il progetto.

Specifiche per l‘architettura

Un‘analogia a questo modo di lavorare potrebbe essere il concetto di costruzione di un‘automobile. Tutte le auto iniziano con una struttura di base che include lo sterzo, le ruote e l‘asse principale.
Ci sono dei fattori principali che possono essere considerati la base di una struttura, la quale permette dei cambiamenti mantenendo gli elementi di base. Sappiamo infatti che i veicoli sono prodotti a seconda delle richieste di mercato partendo da una struttura di base e cambiandola in itinere.
Quindi, se la struttura di base rimane invariata, la forma del veicolo può variare drasticamente, parliamo cioè di una configurazione progettuale di tipo data-driven geometry. Gli architetti creano le basi per una struttura prototipo e i parametri per costruirla, poi la forma può essere manipolata dall‘user e dal contesto in cui viene usata.
La differenza sostanziale tra l‘architettura e le auto è che l‘architettura è molto più complessa delle auto. Nelle automobili le parti che le compongono sono oggetti complessi, mentre in architettura più che gli oggetti sono i parametri emergenti che risultano essere molto complessi.
L‘intuizione umana e il lavoro manuale possono fare molto in questo tipo di processo. Trovare delle soluzioni quantitative ai problemi è uno dei punti di forza di questo approccio, creando un feeling tra computer e architetti che permette a quest’ultimi di disegnare una struttura usando l‘intuizione e la computazione.

L‘ottimizzazione delle prestazioni

Dicevamo in precedenza che vi è stato uno spostamento di interesse dall‘estetica alle prestazioni, ma anche se l‘ottimizzazione delle performance è considerato un approccio migliore parliamo di un processo statico e manuale. I fattori che informano la progettazione di spazi sono troppo spesso fondati sulla base di post-analisi, piuttosto che su pre-analisi. Anche se il problema sta diventando sempre meno importante con l‘introduzione di software come Autodesk Ecotect, che da la possibilità all‘utente di testare i prototipi in base all‘ambiente, questo processo richiede all‘utente di regolare manualmente e modificare il modello portando il tutto ad un ciclo di controllo e azioni manuali quasi infinito.
Ciò si traduce in un divario tra concept e realizzazione del progetto in quanto i parametri che iniziano a interagire con esso sotto forma di data-driven sono testati per mezzo di approssimazioni generiche, lasciando l‘edificio in una situazione non ottimale. In questo caso ci vengono in aiuto algoritmi evolutivi che permettono di considerare una miriade di configurazioni e di dati portando la configurazione finale alla soluzione più ottimale possibile per quel tipo di forma in quel contesto ambientale. Esistono diversi tipi di risolutori algoritmici in commercio ma tra i tanti ne possiamo citare uno gratuito, Galapagos, sempre per la piattaforma McNeel.
L‘evolutionary problem solving imita la teoria dell‘evoluzione impiegando gli stessi successi e gli stessi errori che la natura fa per arrivare ad un risultato ottimizzato. Quando viene automatizzata per parametri e risultati specifici, questa tecnica diventa un processo effettivo di risultati controllati in modo computazionale, seguendo un processo iterativo di analisi dei dati che ottimizzano una forma, ad esempio tramite dei dati energetici.
Come designer possiamo controllare gli input iniziali e formali, dove i parametri vengono manipolati e i risultati dei valori raggiungono un livello desiderato.

La tecnologia parametrica

L‘evoluzione delle tecniche computazionali e lo sviluppo dei software sono connessi ai più rilevanti cambiamenti della ricerca architettonica contemporanea. Le innovazioni dei processi computazionali sono stati sperimentati prima in campi diversi dall‘architettura, ad esempio dall‘industria navale, automobilistica, aereospaziale spostandosi poi verso il settore dell‘industria delle costruzioni. L‘introduzione dei pacchetti software parametrici nel mondo dell‘architettura e dell‘ingegneria ridefinisce la disciplina dall‘interno. I tradizionali software CAD che creano linee, archi e una grande varietà di oggetti geometrici hanno la possibilità di modificare una sola geometria alla volta portando l‘utente a modificare tutti i componenti del caso al fine di rendere il disegno corretto.
La nuova generazione di sistemi di progettazione parametrica stabilisce dei modelli definiti da un insieme di rapporti vincolati di oggetti, in altre parole il processo consente di impostare modalità parametriche geometriche in grado di costruire variazioni previste tra gli oggetti.
Per capire meglio che cos‘è un sistema parametrico poniamo ad esempio che ci sia un attrattore che regola l‘apertura di pannelli di una facciata a seconda della distanza che hanno essi dall‘attrattore: ogni spostamento del punto attrattore tradotto in coordinate cartesiane x,y,z porterà la modifica delle aperture della facciata che si auto-organizzerà a seconda delle leggi parametriche che abbiamo impostato in precedenza. Un parametro è quindi una variabile controllata dall‘utente alla quale altre variabili sono collegate per mezzo di equazioni parametriche: la modifica che avviene nella progettazione è quella della realizzazione di una famiglia di componenti che può essere costruita attraverso la creazione di modelli intelligenti riconfigurabili e che catturano la logica di fondo del progetto. La strumentazione di configurazioni parametriche negli studi di architettura sta iniziando a cambiare il ruolo dell‘architetto: dalla progettazione di forme specifiche alla determinazione di relazioni geometriche/algoritmiche per la descrizione del progetto e dei suoi componenti. Il design si sposta dal disegno delle superfici alla creazione di regole di interdipendenza, genotipi, che portano alla differenziazione dei componenti, fenotipi. La novità rappresentata dagli strumenti parametrici nella cultura architettonica non ha trovato impreparato l‘architetto che comprende concettualmente il suo potenziale per la pratica contemporanea: la reattività dimostrata dagli architetti e dagli studi di progettazione avanzati ha innescato una rapida implementazione degli strumenti parametrici nell‘industria dei software e la curiosità dell‘applicazione nella progettazione architettonica contemporanea. Oltre alla ricettività di alcuni dei più interessanti studi di architettura d‘avanguardia è possibile rintracciare alcune tendenze in materia anche se con approcci diversi, ad esempio c‘è chi si occupa del design dell‘involucro e chi della struttura interna. L‘utilizzo e l‘approccio a questi software è diverso per ogni studio proprio a sottolineare la completa assimilazione nella propria linea di design.
È importante la necessità di una logica progettuale coerente tra i diversi elementi che formano un insieme costituito da un‘interiorità e un‘esteriorità. Qualità e significato sono raggiunti attraverso la determinazione rigorosa di tutti quegli elementi che contribuiscono all‘interfaccia tra i vari componenti e la costruzione nella sua interezza: facciate, dettagli, proporzioni, simmetria, modularità. Così la progettazione parametrica diventa importante proprio per la possibilità di creare un sistema intricato di relazioni tra diversi oggetti e le proprietà gerarchiche tra le parti e il tutto. C‘è stato un ritardo nei tempi impiegati dalla progettazione parametrica nello sviluppo degli approcci bottom-up in cui la determinazione dei componenti è stata effettuata in precedenza sulla progettazione del complesso. Ci riferiamo alla grande progettazione basata sui componenti e alla gigantesca proliferazione di pattern in architettura. Rimodellando la dicotomia tra l‘edificio e le sue parti, i nuovi strumenti parametrici si lasciano alle spalle un certo potenziale inespresso per l‘architettura contemporanea, in particolare per quanto riguarda la possibilità di definire insiemi altamente modulati e componenti standard non differenziati.

L‘approccio problem solving

Nel settore delle costruzioni contemporanee invece il software parametrico è spesso impiegato nei processi di progettazione di razionalizzazione e di post-razionalizzazione, dove la risposta a problemi specifici è necessaria per la realizzazione della forma desiderata. In questo caso il potenziale degli strumenti di calcolo viene impiegato per il suo elevato grado di precisione e velocità nel fornire adeguate soluzioni ad hoc; la modellazione parametrica è guidata dalla necessità di progettare soluzioni razionali per soddisfare requisiti strutturali, geometrici o di fabbricazione. In questo caso le potenzialità di un approccio generativo si distinguono in favore di strategie più pragmatiche. Diversi pacchetti di programmi tradizionali di modellazione 3d possono inizialmente sviluppare un modello veloce e preciso, ma allo stesso tempo qualsiasi modifica implicherebbe la ricostruzione del modello più e più volte fino a quando la determinazione finale del progetto e dei suoi aspetti non è definitiva: è qui che i modelli parametrici entrano in azione. L‘innovazione paradigmatica del disegno parametrico ha origine nel suo modus operandi: la resistenza intrinseca alla forma libera dello sketch ad esempio in un software come Digital Project della Gehry Technologies ( che appartiene alla famiglia dei software BIM: Building Information Technology) richiede la comprensione nitida e complessa e induce il designer a pensare alla logica del sistema ancora prima di iniziare a disegnare una linea.
In questo senso si trasporta la prospettiva in cui viene generata la progettazione architettonica a partire da un insieme di regole e relazioni interdipendenti tra le parti che disciplinano i molteplici aspetti del progetto. L‘avvento della parametrizzazione aumenta la complessità del compito della progettazione in relazione alla necessità di costruire non solo il modello da progettare ma anche la struttura concettuale che guida le variazioni parametriche. La progettazione parametrica al contrario, nonostante il più complesso tempo di sviluppo, offre maggiori vantaggi: accoglie cambiamenti imprevedibili che avvengono durante il processo di progettazione ed estrae dati precisi per l‘analisi strutturale e dei costi. Da un punto di vista del design è possibile immaginare l‘avvento di metodi di progettazione basati su operazioni geometriche codificate che proliferano e interagiscono per raggiungere un livello superiore di ordine complesso: lo sviluppo di un vocabolario specifico del progetto sulla base di istanze parametriche codificate prefigura un design completamente integrato con un approccio in cui la complessità e la differenziazione emergono dal set-up di operazioni coerenti e controllate. In questo tipo di scenario il ruolo dell‘architetto, dell‘ingegnere, dell‘impiantista, del paesaggista ecc. è di tipo contiguo e si intrecciano reciprocamente in un processo di cooperazione e design generativo.
Patrik Schumacher, partner dello studio Zaha Hadid Architects ha coniato il termine Parametricismo, termine che implica che tutti gli elementi dell’architettura stanno diventando parametricamente malleabili e quindi adattabili tra loro e al contesto. Invece di aggregare un paio di solidi platonici (cubi, cilindri, ecc) in composizioni semplici – come tutti gli altri stili architettonici hanno fatto per 5000 anni – ora stiamo lavorando con variabili intrinseche, ossia forme di adattamento che si aggregano in campi continuamente differenziati o sistemi. I software di progettazione attuali sono affini ai paradigmi della scienza e la maggior parte delle scuole di architettura del mondo partecipano a questo sforzo di ricerca e di progettazione sperimentale.

 

Davide del Giudice è un architetto che si occupa di design computazionale ed è online dal 2005 con il suo blog MadeInCalifornia, archivio di sperimentazioni su sistemi parametrici. Ha collaborato con Studio Griffa, Studio Comoglio Architetti, Micha de Haas Architecture e Giugiaro Architettura. Partecipa a workshop con Sauerbruch & Hutton, SU11 e MCArchitects.
È assistente alla international summer school “Prototyping the city”, nell’ambito di Torino World Design Capital. Espone i suoi lavori alla Biennale di Venezia, all’Architectural Association e alla SCI_ARC. Nel 2009 è organizzatore di AAST///Advanced Architecture Settimo Tokyo e di un ciclo di workshop sull’architettura parametrica con Andrea Graziano e CASARTARC. Co-fondatore del gruppo Co-de-iT ( Computational Design Italy) e tutor di workshop di Rhinoceros 3D e Grasshopper. Dal 2009 lavora come architetto nello studio Zaha Hadid Architects e si occupa di interviste ad esperti del design computazionale per il magazine CityVision.

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