Параметрические фасады зданий Москвы: применение алгоритмического проектирования в современной архитектуре

Введение

Параметризация архитектурного формообразования связана с управлением системой взаимосвязанных геометрических и функциональных зависимостей. В цифровой архитектуре параметрический и алгоритмический методы рассматриваются как направления, позволяющие изменять архитектурную геометрию посредством заданных параметров и правил [1].

Для фасадов данный подход позволяет рассматривать поверхность как систему взаимосвязанных элементов, положение, размеры, ориентация и плотность которых могут изменяться по определённому алгоритму. Москва представляет интерес для исследования параметрических фасадов благодаря наличию реализованных объектов, в которых цифровые методы применялись при формировании сложных поверхностей и фасадных структур. Исследование И. А. Мамиевой и А. Д. Разина посвящено параметрической архитектуре Москвы и применению аналитических поверхностей в архитектуре зданий [2].

Цель исследования — выявить особенности применения параметризма и алгоритмического проектирования при формировании фасадов современных зданий Москвы.

Для достижения цели рассматриваются принципы параметрического формообразования, анализируются реализованные объекты и определяются основные приёмы применения цифровых методов при проектировании фасадов.

1. Параметрическая архитектура и алгоритмическое проектирование в формировании фасадов

1.1. Параметрический подход к формообразованию

Параметрическое проектирование основывается на установлении взаимосвязей между элементами архитектурной модели. В качестве параметров могут выступать размеры, координаты, углы, расстояния, глубина и другие характеристики. Изменение исходных значений приводит к автоматическому изменению связанных элементов.

М. С. Салех рассматривает параметрический и алгоритмический методы в составе современных цифровых методов архитектурного проектирования [1]. Для реализации алгоритмических процедур применяется, в частности, визуальное программирование Grasshopper в среде Rhinoceros [1].

Для фасада параметрическая система может включать:

• базовую геометрическую поверхность;
• фасадную сетку;
• повторяющийся модуль;
• изменяемые параметры;
• правила распределения элементов;
• итоговую композицию.

Параметризация позволяет исследовать серию вариантов одной системы, сохраняя заданные зависимости. При этом сложная геометрия сама по себе не свидетельствует о применении параметрического метода: необходима информация о системе параметров или алгоритме, посредством которого формировалась форма.

Мамиева и Разин рассматривают аналитические поверхности как один из инструментов формирования сложной архитектурной геометрии и анализируют их применение в московской архитектуре [2].

1.2. Алгоритмическое проектирование фасадов

Алгоритмическое проектирование предполагает формирование геометрии посредством последовательности операций и правил. Для фасадов алгоритм может определять расположение, размер, глубину или ориентацию элементов.

Типовая последовательность работы включает:

1. формирование исходной поверхности;
2. выбор фасадного модуля;
3. определение параметров;
4. установление зависимостей;
5. генерацию фасадной структуры;
6. сравнение вариантов;
7. проверку результата.

Современное исследование K. Li, G. Zhong и Z. Liu рассматривает использование Grasshopper непосредственно при проектировании фасадных систем и подчёркивает необходимость согласования данных между различными этапами цифрового проектирования [8].

Таким образом, алгоритмическое проектирование позволяет перейти от ручного изменения отдельных элементов к управлению их совокупностью. Например, изменение шага ламелей может формировать участки различной плотности, а изменение угла поворота — трансформировать светотеневой рисунок фасада.

2. Параметрические фасады в архитектуре Москвы

2.1. Основные приёмы

В московских объектах параметрический подход проявляется на различных уровнях:

• трансформация фасадной сетки;
• изменение геометрии повторяющегося модуля;
• алгоритмическое распределение элементов;
• изменение плотности фасадного рисунка;
• изменение глубины и ориентации элементов;
• формирование сложной пространственной поверхности.

Показательным примером является жилой комплекс Sydney City в Москве. Согласно опубликованным материалам Genpro, для формирования фасадной сетки использовался математический код в Grasshopper, учитывавший инсоляционные и технические характеристики зданий различной этажности [3]. Исходная ортогональная сетка трансформировалась, формируя волнообразный рисунок фасада [3; 4].

Другой пример — ТРЦ «Океания». О. П. Конышева указывает, что для размещения отверстий на фасаде был разработан алгоритм, позволивший получить заданную структуру поверхности [6].

В «Заповедном посольстве» параметрический подход применялся при формировании сложной пространственной структуры. Архитектор Михаил Кричевцов рассматривает объект в контексте параметрического проектирования и связывает такой подход с возможностью создания сложных форм [7].

Составлено автором на основании [3–7].

Примеры показывают, что параметризация может применяться как к отдельным элементам фасада, так и к его общей геометрии.

2.2. Связь параметрической геометрии с функциональными характеристиками

Параметрический фасад способен учитывать не только композиционные, но и функциональные параметры. К ним относятся ориентация поверхности, инсоляция, естественное освещение, положение светопрозрачных участков и характеристики солнцезащитных элементов.

В Sydney City в Grasshopper-код были включены инсоляционные и технические характеристики зданий [3]. РБК также отмечает применение параметрического моделирования при формировании фасадной структуры с учётом естественного освещения [5].

Такой подход позволяет связывать изменение геометрии фасада с конкретными проектными условиями. Например, плотность элементов может изменяться в зависимости от положения участка фасада, а глубина ламелей — с учётом необходимости затенения.

Однако количество параметров должно соответствовать поставленной задаче. Избыточно сложная модель затрудняет контроль результата и последующую реализацию.

3. Практические рекомендации по разработке параметрического фасада

Рациональная разработка параметрической фасадной системы включает несколько последовательных этапов:

1. Определить архитектурную задачу. Установить, формирует ли система ритм, пластику, плотность, солнцезащиту или сочетает несколько функций.
2. Выбрать исходную поверхность. Определить базовую геометрию фасада.
3. Задать базовый модуль. Начинать целесообразно с простой геометрии.
4. Определить параметры. Установить ширину, высоту, глубину, шаг, угол и положение элементов.
5. Сформировать зависимости. Каждый параметр должен иметь понятную связь с проектной задачей.
6. Проверить варианты. Изменить основные значения и сравнить полученные решения.
7. Проверить функциональные характеристики. При необходимости включить данные об инсоляции и естественном освещении.
8. Оценить реализуемость. Проверить размеры, количество уникальных элементов и возможность их изготовления.

Наиболее распространёнными ошибками являются чрезмерное количество параметров, отсутствие архитектурного обоснования, оценка фасада только в цифровой модели и игнорирование технологичности. Отдельного внимания требует связь цифровой модели с последующими стадиями проектирования: исследование Li, Zhong и Liu показывает проблему разрозненности данных между отдельными этапами разработки фасадных систем [8].

Параметрический инструмент также не должен подменять архитектурную задачу. Grasshopper и аналогичные средства обеспечивают реализацию заданной логики, тогда как качество результата определяется исходными данными, выбранными параметрами и характером установленных зависимостей.

Заключение

Параметрические фасады являются одним из направлений цифрового архитектурного формообразования, основанного на управлении взаимосвязанными параметрами и алгоритмами. Рассмотренные московские объекты демонстрируют различные уровни применения данного метода — от алгоритмического распределения отверстий и трансформации фасадной сетки до формирования сложной пространственной структуры.

Наиболее показательным является Sydney City, где параметрическое моделирование фасадной сетки осуществлялось с использованием Grasshopper и учитывало инсоляционные и технические характеристики зданий [3; 4]. Пример ТРЦ «Океания» демонстрирует применение алгоритма для распределения отдельных элементов фасада [6], а «Заповедное посольство» — использование параметрического подхода при создании сложной архитектурной формы [7].

Эффективность параметрического проектирования определяется возможностью связать архитектурную геометрию с системой проектных условий. Для фасадов Москвы данный подход позволяет одновременно исследовать композицию, ритм, пластическую выразительность и отдельные функциональные характеристики. Перспективным направлением является дальнейшая интеграция архитектурных, светотехнических, инсоляционных, конструктивных и производственных данных в единую цифровую модель.