POLITECNICO DI TORINOCorso di Laurea Magistrale in Architettura per il Progetto Sostenibile (LM-4)A.A. 2017/2018

Tesi di Laurea Magistrale | Breve estratto

Ibridazione tra Building Information Modeling e Visual Programming Language. Riprogettazione del caso studio "The Hide" e sviluppo parametrico di un software per il calcolo dell’Embodied Energy.

Relatori: Massimiliano Lo Turco Roberto Giordano Corelatore: Yoseph Bausola Pagliero

Candidati: Mario Napolitano Francesco Fiorentino

POLITECNICO DI TORINO

CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN ARCHITETTURA PER IL PROGETTO SOSTENIBILE

TESI DI LAUREA MAGISTRALE | BREVE ESTRATTO

Ibridazione tra Building Information Modeling e Visual Programming Language. Riprogettazione del caso studio “The Hide” e sviluppo parametrico

di un software per il calcolo dell’Embodied Energy.

candidati: Mario Napolitano, Francesco Fiorentino

relatori: Massimiliano Lo Turco, Roberto Giordano corelatore: Yoseph Bausola Pagliero

4 Conclusioni

Risultati ottenuti e futureimplementazioni Prima di evidenziare i risultati ottenuti a fronte degli obiettivi prefissati, si vuole prima di tutto esporre una nostra personale riflessione sui temi affrontati nell’arco degli ultimi dodici mesi. È di fondamentale importanza, infatti, dimostrare come questo studio condotto abbia, oltre che apportato un contributo teorico e pratico, influito direttamente sull’evoluzione della nostra esperienza di futuri architetti.

Ad oggi, possiamo affermare che relazionare la mente verso un nuovo tipo di progettazione, come quella algoritmica, è risultato essere il problema più arduo da affrontare durante lo sviluppo della tesi. Comprendere un problema di natura generale e scomporlo fino alle sue più piccole componenti necessita di uno sforzo mentale decisamente maggiore rispetto alla classica modellazione di un oggetto a cui la maggior parte degli utenti è abituata. La creazione, infatti, di un pensiero agente e di azioni che permeano l’intero processo logico fanno sì che la mente umana possa ampliarsi verso nuovi orizzonti. La progettazione algoritmica, che si voglia far riferimento ai software VPL o ai linguaggi di programmazione testuale, non deve essere intensa, quindi, come un semplice uso avanzato di programmi per la progettazione architettonica o come un nuovo modo di concepire l’architettura stessa. Il design algoritmico deve essere inteso, invece, come uno strumento attraverso il quale superare i limiti non solo dei modellatori tridimensionali ma, soprattutto, dell’approccio mentale al progetto; proiettando, a tal senso, le abilità umane verso più alti livelli di complessità e controllo dell’architettura.

5Conclusioni

D’altro canto anche il Building Information Modeling ha giocato un ruolo fondamentale nello svolgimento di questo studio. A differenza di un normale flusso di lavoro CAD, il BIM presenta delle differenze sostanziali. Sulla base della sua struttura ontologica, esso comporta tutta una serie di accorgimento da adottare per ottenere un modello intelligente e non semplicemente geometrico. Pensare e ragionare su come è fatto realmente un oggetto, o per meglio dire un building object behavior, permette di arrivare ad una concreta cognizione del manufatto edilizio e delle sue componenti. Adoperare le relazioni semantiche dei BOB consente di raggiungere, quindi, le più alte potenzialità offerte dal BIM stesso e che sono alla base non solo della progettazione ma anche della costruzione e della gestione dell’edificio, in un flusso continuo di lavoro e dati.

Comprendere le potenzialità e i limiti di entrambe le piattaforme BIM e VPL risulta, così, essere l’unico modo per utilizzare appieno tali sistemi. Prima di iniziare la progettazione di un qualsiasi manufatto edilizio, è necessario che l’utente capisca quali sono gli strumenti adatti e più utili alla risoluzione dei vari sotto-problemi e, di conseguenza, del problema stesso. Nella sua accezione, lo stesso Grasshopper non può e non deve essere considerato come il risolutore ultimo di ogni problema. Piuttosto, riferendoci a quanto detto nel secondo capitolo, il Visual Programming Language deve essere visto come uno strumento che migliora la gestione e l’utilizzo, in questo caso, del Building Information Modeling. Allo stesso modo il BIM permette di veicolare in maniera ottimale, dal punto di vista progettuale, il pensiero agente che si viene a creare all’interno dei VPL. Il BIM, così, fornisce una sorta di guida nella definizione di tale pensiero; la suddivisione in sotto-problemi evidenziata nel settimo capitolo segue, per l’appunto, la struttura ontologica presente nell’ambiente

6 Conclusioni

BIM stesso. Raggiunto il giusto compromesso fra le due piattaforme i possibili sviluppi futuri risultano essere senza limiti.

La riprogettazione del The Hide1 (Figura 1) ha messo in luce quanto detto nelle precedenti righe. Durante la definizione dell’algoritmo generativo è emerso un altro importante aspetto che caratterizza la progettazione parametrica. Dovendosi rapportare con un modello 3D definito nella sua totalità o con una costruzione esistente l’approccio da adottare nei confronti del VPL cambia drasticamente. In questo caso, infatti, è necessario confrontarsi con un numero di vincoli che determinano ed indirizzano in un serie limitata di azioni lo sviluppo del pensiero agente e quindi dell’algoritmo stesso. Nel caso in cui si debba ideare un edificio a partire dal progetto preliminare il VPL può mostrare tutte le sue potenzialità, soprattutto nell’ottimizzazione morfologica della costruzione. Al fine di un maggior controllo del design workflow è necessario, quindi, che, in entrambi i casi, l’algoritmo venga ottimizzato. L’ottimizzazione può avvenire, però, solo nel corso del tempo e acquisendo esperienza nel campo della progettazione algoritmica. Nel caso degli algoritmi analizzati (soprattutto nel caso dello sviluppo di IREEA) è logico pensare che questi possano essere implementati ed ottimizzati nell’ottica di futuri sviluppi. [...]

La Figura 2 vuole riassumere quanto detto nelle righe e pagine precedenti sull’interazione fra le due piattaforme. Nello specifico tale immagine evidenzia il flusso dati che dai vari gruppi (sotto-problemi) di Grasshopper confluisce in ArchiCAD andando a creare i vari elementi BIM. Prendendo come esempio il caso studio The Hide, su una totalità di 9896 elementi generati, circa l’86,9% di essi sono stati creati in ambiente VPL e, di conseguenza,

1. The Hide (una torre sviluppata nel precedente anno accademico nel corso dell’Atelier 3R) è il caso studio utilizzato per una riprogettazione parametrica di questo studio di tesi.

7Conclusioni

Sistema di ombreggiamento

Aggancio sistema di ombreggiamento

Pilastri ad albero

Struttura doppia pelle

Curtain Wall NO parte bassa

Curtain Wall NO parte alta

Controso�tti

Partizioni orizzontali

Superficie fotovoltaica

Curtain Wall

Pilastri e travi in relazione al sistema d’involucro

Partizioni verticali

Travi

Pilastri

Figura 1: Dall’alto in basso: mappa concettuale dell’algoritmo generativo suddiviso in gruppi (sotto-problemi) con relative connessioni logiche. In arancione sono indicati i gruppi presi in considerazione ed analizzati nei vari paragrafi della tesi. Visione globale dell’algoritmo generativo per la riprogettazione del The Hide tramite Grasshopper-ArchiCAD Live Connection. Sullo sfondo, in trasparenza, visualizzazione tridimensionale del modello finale ottenuto in ambiente BIM ArchiCAD.

8 Conclusioni

Travi e pilastri/involucroTravi

Superficie fotovoltaicaStruttura doppia pelleStruttura ad albero

Sistema ombreggiaento

Pilastri

Partizioni verticali

Partizioni orizzontali

Curtain Wall NO parte bassa

Curtain Wall NO parte alta

Curtain Wall

Controso�tti

Aggancio ombreggiamento

9,7% (962)M

uri

Porte

7,3% (723) Pi

last

ri 5,

9% (5

82)

Travi

40,5% (4013)

Solai 0,5% (46)

Curtain Wall

10,3% (1024)

Form

e 2

0,6%

(203

8)

Zone/Oggetti

GDL

5,6%

(554

)

Scale 0,2% (22)

ArchiCAD

100% (9896 elem

enti)

Grass

hopper

86,9%

(8

597 elementi)

Figura 2: Rappresentazione del flusso di dati e di elementi generati in Grasshopper ed importati in ArchiCAD. In grigio sono rappresentati i vari gruppi componenti l’algoritmo generativo in Grasshopper. Nelle tonalità di azzurro sono indicati i vari elementi BIM generati da ciascun gruppo. Di questi sono riportati la quantità e la percentuale rispetto al numero totale di elementi creati (9896). In arancione è indicata l’esigua percentuale di elementi creati in ArchiCAD, non controllabili parametricamente tramite VPL.

9Conclusioni

possono essere gestiti in tempi relativamente brevi a seconda delle eventuali modifiche da apportare. Viene spontaneo comprendere che, in una generale costruzione complessa come nel suddetto caso, avere il controllo di un così alto numero di elementi risulti essere fondamentale al fine di ottimizzare i tempi di lavoro e gestione nel corso del flusso di progettazione. Ad avvalorare tale risultato positivo ottenuto viene riportato il risultato delle tempistiche di uno studio condotto per una modellazione eseguita tramite BIM ed A-BIM1. La durata complessiva per la progettazione del primo modello (BIM) è stata stimata intorno alle 2 ore di lavoro, a differenza del secondo (A-BIM3) dove vi sono volute circa 14 ore. Il risultato di gran lunga notevole è stato riscontrato, però, nella tempistica di una generica modifica del modello. Dove, infatti, sono servite circa 1 ora e 40 minuti utilizzando il BIM, nel caso dell’A-BIM è stato sufficiente solo 1 minuto per apportare la modifica desiderata. Volendo stimare il tempo totale utilizzato fra progettazione ed un numero indicativo di cento modifiche la differenza, a favore dell’A-BIM, è di circa due ordini di grandezza.

Per quanto riguarda il raggiungimento del secondo obiettivo, il risultato è stato già ampiamente discusso nell’ottavo capitolo e nel paragrafo precedente dal punto di vista tecnico. La Figura [...] convalida la riuscita del corretto sviluppo parametrico di IREEA dal punto di vista del calcolo dei singoli valori ottenibili per componenti edilizi e per l’edificio nella sua interezza. [...] Prendendo in esame le informazioni numeriche e dimensionali estratte dai componenti BIM in Grasshopper il risultato si dimostrerà oggettivo, a meno di eventuali errori da parte dell’utente stesso. [...]

Come evidenziato precedentemente, il conseguimento

2. FEIST S., BARRETO G., FERREIRA B., LEITÃO A., Portable Generative Design For Building Information Modeling, Proceedings of the 21st International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research, Hong Kong, 2016, p. 293-294

3. Per A-BIM si intende Algorithm-Building Information Modeling.

10 Conclusioni

di un flusso continuo di dati fra BIM, VPL ed IREEA non è stato possibile a causa di evidenti lacune del tool stesso. [...] Infine, è stato realizzato un [...] template .gh di IREEA in modo tale da poter essere utilizzato dall’utente come BETA in maniera classica o come mezzo di interazione con la piattaforma BIM. È solo in quest’ultima circostanza, dunque, che IREEA raggiunge il suo maggiore sviluppo, divenendo ancora di più uno strumento da utilizzare per la progettazione architettonica e non per la sua verifica ultima. La sua elaborazione per questa tesi non rappresenta, quindi, il punto di arrivo bensì l’inizio (Figura 3) di una possibile futura collaborazione collettiva, fra studenti e professori, al fine di evolvere tale strumento e renderlo a tutti gli effetti un plug-in del tool Grasshopper-ArchiCAD Live Connection.

11Conclusioni

Figura 3: Logo ideato per la connessione fra Grasshopper-ArchiCAD-IREEA. Attualmente tale interconnessione fra i tre sistemi è ancora in una fase di sviluppo preliminare.

L’innovazione non è il prodotto di un pensiero logico, tuttavia il risultato è legato ad una struttura logica.

(Albert Einstein)