Зачем использовать Grasshopper. Часть 3: Подача проекта и реализация

Подача

В случае подачи или презентации проекта алгоритмические инструменты играют прикладную роль: они участвуют в решении конкретных специфических задач — например, используются для создания военной перспективы, позволяют создавать интерактивные интерфейсы для взаимодействия заказчика с моделью или помогают при создании макетов. Говоря о подаче павильонов, мы опустим слишком специфические сценарии использования Grasshopper и сфокусируемся на интерактивном взаимодействии с моделью, а также на макетировании.

Serpentine Pavilion, 2016

Авторы: BIG

В предыдущем тексте мы рассказывали, как с помощью параметрической модели команда BIG разработала павильон для галереи Serpentine, оптимизировав толщину и глубину блоков из стекловолокна.

Перед тем, как реализовать павильон, бюро BIG использовало параметрическую модель для презентации проекта заказчику: архитекторы сделали сайт, на котором заказчик мог взаимодействовать с моделью в реальном времени — изменять ее параметры и получать результат прямо в окне браузера.

Используя понятный интерфейс, BIG смогли объяснить, как устроен павильон и от чего зависит глубина блоков: управляя параметрами внешнего абриса через контрольные точки, архитекторы продемонстрировали, как меняется каждый блок.

Создать веб-интерфейс для взаимодействия с моделью можно с помощью специальных плагинов — например, с помощью Human UI.

Абстрактный павильон, 2016

Автор: Андрей Нежур (Andrei Nejur)

Andrei Nejur, автор плагина Ivy, предназначенного для создания развёрток в Grasshopper, в своём видеообзоре наглядно демонстрирует на примере абстрактного павильона, как Grasshopper может помочь в макетировании. Плагин автоматически создаёт выкройки, причём при необходимости дополняет их «ушами» для склейки деталей.

Создание выкроек с упрощённой модели — лишь один из способов создания макета: как правило, он используется вместе с лазерной резкой. Grasshopper можно использовать и для нарезки модели на слои для создания макета послойно, и для нестинга (Nesting)1— упаковки плоских элементов в лист материала перед той же резкой. А ещё с помощью Grasshopper можно оптимизировать модель для 3D-печати или перевести её в формат, подходящий для производства ЧПУ-фрезой. Все эти возможности цифрового производства доступны и без Grasshopper, но с ним жизнь становится немного легче.

Реализация: цифровое производство

Прежде чем говорить о том, как Grasshopper используется при реализации проекта, надо разобраться с тем, что такое цифровое производство и чем оно отличается от классических технологий строительства. Большая часть станков, которые используются для производства элементов здания, существовала задолго до появления компьютеров, однако с появлением возможностей передачи задания на станок напрямую с компьютерной модели мы стали говорить о цифровом производстве. 2D или 3D-модели, созданные на компьютере, адаптируются под ту или иную технологию производства при помощи специального софта и, таким образом, мы получаем бесшовных процесс, исключающий участие человека или необходимость в создании лекал, матриц и других шаблонов для производства.

У цифрового производства есть множество преимуществ. Во-первых, почти нивелируется экономия от использования типовых элементов: компьютеру всё равно, выдавать ли задания на производство одинаковых объектов или на производство разных. Во-вторых, компьютер и станок минимизируют погрешности, которые мог бы допустить человек, и гарантируют высокий уровень качества.

Технологии строительства неотделимы от архитектуры. Так, во времена, когда здания строились преимущественно из камня, арки стали неотъемлемым элементом построек2. Технология, которая сегодня влияет на проектирование — цифровое производство: оно открывает возможности для реализации проектов, осуществить которые раньше было невозможно — или нецелесообразно. Как именно цифровое производство повлияет на архитектуру, мы сейчас не можем сказать однозначно — через 10–15 лет это сделают историки архитектуры.

Существует множество технологий цифрового производства — самые популярные из них: лазерная резка, фрезеровка, 3D-печать. Первым делом архитекторы стали применять их на фасадах и в интерьерах, а новые неопробованные технологии производства — тестировать на павильонах. Чтобы подготовить и адаптировать модель к производству, часто используются именно алгоритмические инструменты, в том числе Grasshopper и специальные плагины на него (например, Ivy или KUKA|prc), однако многое можно реализовать и только средствами Rhino и его плагинов (например, Rhinonest для нестинга элементов под лазерную резку), или отдельных инструментов — например, Ultimaker Cura для 3D-печати.

IaaC, Fab Lab House, 2010

Авторы: Команда архитекторов и инженеров из института IaaС, MIT Center For Bits and Atoms, мастерских Fab Lab и др.

Мы уже рассказывали о проектировании Fab Lab House в первых двух статьях — здесь мы расскажем лишь о том, как он был произведён.

Fab Lab с самого начала проектировался под возможности цифрового производства: в случае этого проекта под возможности ЧПУ-фрезы. Поэтому конструктивный каркас дома, который назвали «скелетом», полностью собирался из плоскостных элементов. Задание на производство этих элементов автоматически создавалось с помощью возможностей нестинга прямо с модели в Rhinoceros и Grasshopper. Сами элементы производились по этому заданию с помощью ЧПУ-фрезы.

IaaC Fab Lab House. 3D-модель конструктивного каркаса
Раскладка деталей дома до листам клеёного бруса
Вывод деталей на производство с модели Rhino
Производство элементов ЧПУ-фрезой

Фактически весь дом, за исключением фанерной облицовки, был собран из 8-ми панелей из клееного бруса силами небольшой команды, состоящей из участников проекта. Сброка проходила в два этапа: в фаблабе IaaC в Барселоне собирались все независимые части дома (его разбили на несколько частей для удобства транспортировки), а в Мадриде, где проект экспонировался, все части соединялись воедино. Именно поэтому проект назвали Fab Lab House: использованный архитекторами подход позволял полностью изготовить дом в заводских условиях (prefabricated house), используя возможности обычного фаблаба — а не строить его прямо на месте.

ICD-ITKE Research Pavilion, 2015–2016

Авторы: команда архитекторов и инженеров институтов ICD-ITKE

Говоря об анализе и симуляции, мы рассказали, как исследовательская команда ICD-ITKE разработала павильон с ячеистой самонесущей оболочкой, конструкция которой была придумана после исследования принципов формирования панцирей морских ежей.

В качестве основного материала для элементов оболочки павильона была выбрана ламинированная фанера.

После того, как павильон был разбит на 151 ячейку — размеры каждой ячейки позволяли человеку переносить её вручную, — для каждой из них были сгенерированы объёмные корпусы. С помощью Grasshopper для элементов каждого корпуса было подобрано оптимальное направление волокон фанеры — одни элементы должны были быть более жёсткими, другие — более гибкими. Объёмные элементы корпусов с помощью Rhino и Grasshopper были развернуты на плоскость и размещены на стандартном листе фанеры так, чтобы направление волокон фанеры помогало корпусу противостоять нагрузкам.

Монтаж павильона ICD-ITKE Research Pavilion
Процесс производства павильона
Раскрой листов фанеры для ICD-ITKE Research Pavilion
Лист для одного из объёмных корпусов. Направление волокон фанеры
Производство одного модуля
Монтаж павильона ICD-ITKE Research Pavilion, 2016

Впоследствии пронумерованные в Grasshopper элементы склеивались друг с другом в единый корпус, который сгибался и к которому при помощи роботов KUKA и промышленного швейного станка под управлением Arduino пришивалась лента с отверстиями под шнуровку. Уже на стройплощадке корпусы ячеек вручную совмещались паз в паз и фиксировались с помощью шнуровки друг с другом.

Таким образом возможности цифрового производства в целом и Grasshopper в частности позволили впервые произвести павильон с помощью технологий промышленного шитья тонкой фанеры.

Grasshopper — это не инструмент в привычном смысле, а скорее среда для создания собственных инструментов, существующая на базе Rhinoceros. Чтобы ответить на вопрос, нужен ли архитектору в арсенале навык работы с этой средой, мы советуем прочитать нашу статью о том, как Grasshopper используется в российских бюро — и конечно же, попробовать поработать с ним. Если так много архитекторов по всёму миру за последние 5–10 лет затянуло в эксперименты с Grasshopper и алгоритмами, то, возможно, это затянет и вас.

Алгоритмические инструменты — это не игрушка для моделирования бессмысленных замысловатых форм, хотя это они тоже умеют. Это оптимизация на всех этапах проектирования и, возможно, даже нечто большее — например, методологический прорыв нашего времени.

Все материалы цикла:

Часть 1. Анализ и симуляция
Часть 2. Проектирование
Часть 3. Презентация проекта и производство

Зачем использовать Grasshopper

Часть 3. Подача проекта и реализация