Digitální architektura – krásné tvary nejen od přírody
V současnosti se v architektuře objevuje mnoho rozdílných tvořivých přístupů. Její současní tvůrci často vyslovují přívlastek ,,digitální“, přičemž mohou využívat spoustu různých teorií a technik. Digitální technologie dnes nabízejí hodně příkladů a postupů navrhování. Každý z nich vyžaduje nejen nové lidské schopnosti, ale zároveň má mimořádný vliv na autorovu tvorbu a vytváření nových strategií. Architekt nebo projektant, který pracuje s rozdílnými softwary Maya, Catia nebo Rhinoceros, navrhuje úplně jinak právě na základě toho, s jakým programem pracuje.
Příklad z Liberce
Liberec je jedno z hlavních center zimního sportu v České republice. Leží v údolí Jizerských hor, které zároveň určují urbanizmus města a jeho tvarování. Zadání soutěže na nové obchodní centrum požadovalo rozsáhlý obchodní, kulturní a sportovní komplex v areálu bývalé Textilany. Návrh je spíše součástí terénu okolní krajiny, tvořeného skalním masívem, než částí města. Leží u hranic s Německem a Polskem, a má tedy potenciál dosáhnout mezinárodního významu. Měl by však mít dvojí funkci – sloužit jako obchodní centrum a zároveň jako tematická atrakce pro návštěvníky. Jeho výsledná topografie vyplývá z funkčních i environmentálních aspektů a disponuje geometrickou komplexností, jakou většinou nacházíme v přírodní krajině. Budova je uspořádána tak, aby se všechny tři části obchodního centra – nákupní centrum, kluziště a zábavní centrum s multikinem – staly součástí jedné organizace.
Parametrický model
Úlohou projektanta bylo navrhnout komplexní řešení fasád a zasklených světlíků. Krátká doba určená na zpracování studie a širší kolektiv, kde každý pracoval na svém segmentu, vedly k rozhodnutí použít parametrický model. Ten umožňuje přizpůsobovat se i detailnějším informacím přicházejícím od jednotlivých členů týmu. Snahou projektanta bylo vytvořit topografickou událost, zážitek, vytvořit prostředí v propojení krajiny a technologie. Dlouhá krystalická fasáda, která prochází podél hlavní komunikace, bude zahrnovat veřejné prostory otevřené do vodní kaskády.
Fasáda podobná křišťálu, za níž je kluziště v hlavním centrálním prostoru, byla vytvarovaná metodou tvarové animace. Tato metoda poskytuje nejlepší předpoklady k zohlednění všech našich požadavků. Podobně jako Bernard Franken v projektu Dynaform – BMW pavilonu ve Frankfurtu nad Mohanem, se definovaly všechny důležité pohyby a limity v rámci území, které animací vytvarovaly konstrukci fasády do požadované formy. Bylo možné simulovat, jak bude fasáda přes den odrážet světlo podle jeho úhlu dopadu, a vytvářet tak hru lesku a odrazů světla od vodní hladiny či skalního masívu v noci, nebo naopak bude ve městě svítit jako křišťál. Fasáda byla původně navržena v Maxu prostřednictvím skriptu. Proto se rozvíjela i alternativa modifikování této konstrukce prostřednictvím generativního přístupu k tvarování metodou generativního designu.
Jde o přístupy, u nichž se počítač použije při generování samotného návrhu nebo jeho části, na základě čehož mohou vzniknout řešení a tvary, které by v žádném případě nebylo možné manuálně kreslit. Jedny z nejkrásnějších struktur a tvarů nepochybně generuje sama příroda. V tomto případě jde o vytvoření určitého agenta ve svém programu, kterému se zadají podmínky růstu křišťálu konstrukce. Agent se samozřejmě vyhýbá všem fyzickým překážkám. Na základě takto definovaných podmínek se fasádní plášť přizpůsobuje pohybu agenta. Umožňuje to vytvářet nekonečné množství variant mutací designu v závislosti na definovaných podmínkách a překážkách, z nichž si můžeme vybrat finální tvar.
Fasáda obchodního centra byla následně testována definováním geometrie v CATII technikou parametrického designu tak, aby s ní mohly pracovat související profese. Statik a dodavatel společně dále navrhli optimální řešení z hlediska ceny a kvality detailu. Celá skleněná stěna se v principu zakládá na jednom parametrickém detailu, který vychází z 3D geometrie modelu. Tato geometrie je základní geometrií, s níž následně pracuje statik a dodavatelé skleněné fasády. Prostřednictvím meshovacích, resp. rastrovacích programů se členění základní geometrie dělí tak, aby odpovídalo ideálním rozměrům skla a nosné ocelové konstrukce. Cenu skla v tomto případě určila optimalizace výroby, která vycházela příznivě při maximálních rozměrech 1,5 × 3 m.
Krystalická fasáda
Koncept fasády se zakládá na poměrně jednoduché sestavě křivek, které opisují vztah mezi délkou, výškou a hloubkou, danou hranicí pozemku a požadavky klienta. Takto logicky vyvinuté křivky vytvářejí 3D obal geometrického objemu. Geometrie, která vznikla, byla následně přetransformována tzv. parametrickým prostorovým konstrukčním rastrem. Potom se topograficky upravila do formy krystalu. Celou základní geometrii definovaly jen osy, přičemž vztahy mezi nimi určily prostorovou konstrukční mřížku a vychýlení ocelových profilů, které nesou skleněné tabule. Všechny osy a jejich vzájemné vztahy se uchovávají v databázi. Získání prostorové nosné konstrukce a vytvoření zasklení a obkladového materiálu zvukové bariéry vyžadují napsat program v různých jazycích (MAX-Script, AutoLisp). Další možností je využít existující programové vybavení některých programů určených pro statiky a konstruktéry, v tomto případě CATIU. Tento program se následně připojí k databázi, která byla vyvinuta pro zpracování dat a vzájemných vztahů.
V průběhu procesu vývoje návrhu byla po projektantovi mnohokrát požadována změna velikosti hypermarketu. Hypermarket zastával v návrhu velmi důležité místo především proto, že byl přímo spojen s celkovou hmotou budovy, a tím i s konstrukcí fasády. Krystalická fasáda byla vytvořena v 3D Max studiu a parametricky spojena prostřednictvím File Link Manager s neustále se měnícím půdorysem budovy. Tak se 3D konstrukce a všechny ocelové detaily automaticky přeprogramovaly na velikost délky fasády obchodního domu, resp. hypermarketu a upraveného půdorysu v Autocadu.
Od projektu k realizaci
Vývoj a výroba fasády proběhnou ve třech hlavních fázích:
- konverzí drátěného modelu a rozdělením všech parametrů v databázi,
- konverzí drátěného modelu na ocelovou konstrukci a generováním realizačních výkresů konstrukce pro stavbu,
- konverzí drátěného modelu na skleněné tabulky s přesným určením rozměrů, kódů, specifických hodnot a generováním výrobních výkresů pro dodavatelskou firmu.
Díky modelování fasády v CATII lze plně využít přístup výroby tzv. odebíráním. Strojírenská výroba konstrukce v tomto programu umožňuje řezat, vrtat a svářet přímo z datové tabulky a vyrábět jednotlivé části bez zásahu člověka. Všechny části jsou očíslovány a promptně sestaveny nejprve v továrně jako model ve skutečném měřítku a následně přímo na stavbě. Architektura a konstrukce jsou tak úzce propojeny od začátku návrhu až po výrobu a realizaci.
Celková vizualizace obchodního centra s krystalickou formou fasády
Pro povrch fasády byla zvolena strategie triangulace, která u velkých zakřivených ploch vychází jako nejekonomičtější. Optimalizace výroby směřovala k dělení téměř rovnostranných skleněných trojúhelníků na polovinu – na pravoúhlé trojúhelníky. Dva trojúhelníky tak tvoří obdélník 3 × 1,5 m, což představuje rozměr dodávané skleněné tabule před řezáním. Tímto způsobem se optimalizuje výroba, která přináší vyšší efektivitu práce a nižší spotřebu materiálu.
V současnosti je v přípravě projekt na stavební povolení. Většina obchodních jednotek včetně hypermarketu není ještě obsazena, což způsobuje permanentní úpravu konstrukcí a fasád, která by u takto komplexního tvaru nebyla možná bez parametrického modelu.
Peter Chládek
Ilustrace: archiv autora
Vizualizace: Chapman Taylor
Autor je doktorand na Fakultě architektury ČVUT v Praze a pracuje ve společnosti Chapman Taylor.
