بارگذاری طولانی؟ بستن
در حال بارگذاری...

نماهای سیال و غیر خطی

دکتر اصغر ساعد سمیعی۱، محبوبه شعبان۲،

 

۱ دانشیار دانشگاه هنرهای زیبا تهران و دانشگاه آزاد قزوین

۲ دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد قزوین

 

چکیده

امروزه تکنیک های طراحی پارامتریک، مزایای آشکاری برای فرآیندهای مهندسی، تولید و ساخت ارائه می دهد . طبیعتاً معماران نیز از این قاعده مستثنی نبوده و همواره سعی دارند این روش ها را در خلق راه حل های طراحی در فرآیند طراحی خود به کار گیرند.در توضیح چیستی طراحی پارامتریک باید اذعان نمود، فرآیندی بر مبنای اندیشه الگوریتمی است که رابطه بین هدف طراحی و پاسخ طراحی را تعریف می کند که با پیدایش این اندیشه طراحان، معماران و برنامه ریزان فرآیندهای طراحی بسیار متفاوت از فرآیند های طراحی گذشته را تجربه کردند. به تدریج و با ورود بیشتر این امکانات و فناوری ها به معماری، طراحی معماری نیز دستخوش تغییراتی شده و فرم ها به سمت احجامی کهقریباًت هیچ محدودیتی در ساخت آن ها وجود نداشت پیش رفتند. در فرم های سیال و پیچیده ،طراح با سطوحی مواجه است که دارای انحنا یا شکستگی در یک جهت و یا در دو جهت هستند. پوشش این سطوح با مصالحی چون چوب، فلز، بتن و از نظر اجرایی کمی پیچیده است. این پیچیدگی از دو جهت است. اول اینکه قطعات باید تا حدودی قابلی ت خم شدن را داشته باشند و میزان خم شدن قطعات مختلف به گونه ای کنترل ش ود که در مجموع فرم مورد نظر حاصل شود و دوم اینکه در مورد سطوح سیال و منحنی، قطعات پوشش دهنده ، دارای ابعاد و اندازه های یکسان نیستند. تعداد تیپ های قطعات بسیار زیاد است و این امر طراحی و کنترل و نحوه قرار گرفتن آن ها را در کنار هم دشوار می کند.به کمک فناوری های دیجیتال می توان حل این پیچیدگی ها را بر عهده کامپیوتر گذاشت.هدف این مقاله ، ارائه روش هایی برای پوشش سطوح سیال و پیچیده در نما بناها بر اساس رویکرد غیر خطی معماری پارامتریک می باشد . تحقیق پیش رو به روش توصیفی تحلیلی و از طریق مطالعات کتابخانه ای و هم چنین شبیه سازی به کمک گرس هاپر ،پلاگین مربوط به نرم افزار راینو سروس انجام شده است.

کلمات کلیدی: معماری پارامتریک، نمای سیال، سطوح پیچیده، طراحی الگوریتمی

 

مقدمه

به صورت کلی در معماری دو مقوله ی کلی باطن و ظاهر، سیرت و صورت و یا درون و برون مطرح می شود. باطن، شامل مفاهیم و مبانی و ظاهر ، مصداق و الگو را در بر می گیرد.طبق دیدگاه صاحب نظران الگو حوزه سیرت را به صورت متصل می سازد. تمامی عینیات بر اساس الگوهایی پدید آمده که می تواند به مقدار نامحدود صورت و شکل بیافرینند. بنابراین الگو از طرفی به مبانی و مفاهیم وابسته است و به خودی خود استقلال ندارد و از طرفی پایه و اساسمصادیق است که جهت پیدایش خود از آن استفاده می کند.

بنابراین هیچ عینیت و ظاهری فاقد الگو نیست. از طرفی با توجه به گسترش دانش و تکنولوژی در دنیای امروزی و مطرح گشتن هرچه بیشتر تفکرات سیستمی ، طراحی معماری به سمت تکنیک ها و دانش جدید بیش از پیش تمایل یافته است و این روند امروزه به کمک روش های مقداری و با بهره گیری از معماری الگوریتمی به عنوان تکنیک و دانشی جدید که مبتنی بر تفکر سیستماتیک است، نمودپیدا کرده است حال سوال اینجاست که سمت و سوی چنین تفکری بر پایه و اساس معماری الگوریتمیک به سمت پیدایش کدام الگوها حرکت می کند؟ با توجه به مطالب فوق ، همواره در طراحی نیازمندالگویی اتصال دهنده بین دو حوزه سیرت و صورت و یا کالبد و مفاهیم خواهد بود. الگویی که صرفاً نقش تقلیدی نداشته و در طراحی استفاده ای فراتر از برداشت عینی از آن شود و یا بطور کلی الگویی موثر در چهار چوب کلی طرح داشته باشد نه صرفاً به عنوان پوسته چسبانده شده به نما.

 

از طرف دیگر در دهه های اخیر، با روش های جدید طراحی روبرو هستیم و از رایانه به عنوان ابزاری موثر در طراحی بهره گرفته شده است. امروزه تفکری محاسباتی غالباً در پژوهش همه رشته ها موثر بوده و جابجایی پارادایمی نیز در علوم به سمت پیچیدگی سوق یافته است؛ از این رو در دو دهه گذشته طراحان بر ساز و کار محاسباتی برای اکتشاف سامانه های فرمی متمرکز شده اند.هم چنین رابطه ی میان معماری و ساخت نیز توسط روند های دیجیتال ، دستخوش تحولات چشمگیر شده است. عصر دیجیتال مانند عصر صنعتی پیشین، نه تنها چگونگی طراحی ساختمان، بلکه چگونگی ساخت آن را نیز به چالش می کشد.

 

معماری و کامپیوتر

 

امروزه مشکل می توان معماری را پیدا کرد که از کامپیوتر استفاده نکند؛ شاید دیگر معماری بدون کامپیوتر امری محال باشد.با پیشرفت و توسعه کامپیوتر و به خصوص برنامه های گرافیکی، حرفه طراحی عمیقا تحت تاثیر انقلاب دیجیتال قرار گرفت و به کارگیری ابزار کامپیوتری، جزء لاینفک روند کاری بیشتر دفاتر معماری شد. به همین دلیل بسیاری از معماران، کاربرد کامپیوتر در معماری را مجاز می دانند، اما مساله ای که در این حالت باقی می ماند این است که با ورود کامپیوتر به حیطه معماری، کدامیک از مراحل طراحی به وسیله کامپیوتر قابل انجام است و کدامیک نیست؟.[۱]

تاثیرات ورود کامپیوتر بر طراحی

از بدو خلقت کامپیوتر معماران،هنرمندان، طراحان رسانه و نظریه پردازان در مورد پیامدهای ناشی از گسترش روز افزون کاربرد کامپیوتر دست با تامل زده: اند.کامپیوتر و نرم  افزارهای کامپیوتری از آغاز بکارگیری در عرصه کار معماران به چند گونه در این عرصهه تاثیر گذاشت

 بازنمایی کانسپت ذهنی معمار با سرعتی که بدون بهره گیری از کامپیوتر انجام آن ناممکن بود، به ویژه در مورد کانسپ هایی که پیچیدگی در بطن آنها دیده می شود و لذا کامپیوتر ابزاری است در جهت تسریع بیان و ارائه. چنانچه این تاثیر به وضوح در ارئه های اخیر دانشجویان دیده می شود و گاهی ارائه های کامپیوتری با نرم افزار فتو شاپ و لایت ویو چنان چشم نواز است که جدای از طرح معماری قضاوت کننده را نیز تحت تاثیر قرار می دهد و متاسفانه گاه به اشتباه می اندازد.

کامپیوتر به عنوان یک عنصر واسطه در پروسه تبدیل ایده به فرم؛ در اینجا اسکیس معمار همچون دیتایی است که به کامپیوتر داده می شود و پس از پردازش به حجم نهایی تبدیل می گردد و این همان است که از آن تحت عنوان معماری تمام نشده یاد می کنند و چومی در مقاله معماری رویداد مطرح می سازد. استفاده گهری از نرم افزار خاص (کتیا) در طراحی موزه گوگنهایم یکی از مواردی است که می توان در این مورد به آن اشاره کرد. چراکه نرم افزار های کامپیوتری که در اختیار معماران آوانگاردی چون گهری،آیزنمن و دیگران قرار گرفت به عینیت در آوردن ذهنیات پیچیده انها را ممکن ساخت و حتی این نرم افزارها خود در پروسه طراحی نیز سهیم شدند و لذا تغییر و تحولی در زمینه تبدیل ایده به طرح ممکن شد و نرم افزارهای کامپیوتری و فیدبک های آن در این پروسه نقش اساسی ایفا نمودند.[۲]

 

معماری دیجیتال

 

هر معماری که به طور استراتژیکی رسانه های دیجیتالی کامپیوتری را در پروسه ی طراحی معماری اش  از ایده به طرح های اولیه ،توسعه ی طرح، طرح جزئیات و ساختار طرح تا ساختار واقعی به کار ببرد، معماری دیجیتال خوانده می شود.با این تعریف معماری آشنای سنتی کاملاً رها می شود. یک ساختمان دیگر یک مکعب نیست با خط های راست بلکه به کارهای هنری نزدیک تر است. این معماری جدید عملکرد، ساختار،نورگیری، سیستم های هشداردهنده ی حریق را با به وجود آوردن یک چشم انداز مدرن به وجود می اورد.[۲]

پژوهش وکاربرد سیستم های دیجیتالی و روش های طراحی بر مبنای اطلاعات و فرآیندهای تولید محصول به طور چشمگیری در طراحی های معماری اثر گذار بوده است.روش های طراحی خلاقانه نه تنها منجر به بروز فرمی نوین می گردد، بلکه به معمار این اجازه را می دهد که مستقیماً با امکانات تولید ارتباط برقرار کند، ک ه در نتیجه آن پتانسیل و توانایی انتخاب و طراحی اجزای ساختمانی پیچیده و تخصصی را خواهد داشت.[۳] دنیای تجزیه و تحلیل دیجیتال تقریباً از دهه ۱۹۶۰ به کمک طراحی معماری آمد. در واقع هرگونه استفاده از کامپیوتر در معماری به عنوان معماری دیجیتال شناخته می شود.ورود کامپیوتر به حوزه طراحی دو تغییر عمده را در پی داشت:

افزایش توانایی و سهولت طراحی،مدل سازی و ساخت فرم های پیچیده و در نتیجه افزایش تولید، تسریع در روند بررسی گزینه های مختلف در تعداد بیشتری از آنها

تحت کنترل درآوردن قدرت پردازش کامپیوتر در جهت تولید و ارزیابی گزینه های طراحی.[۴] معماران بهره گیری از فضای دیجیتال در معماری را به دو دوره تقسیم نموده اند. دوره اول به دهه ۱۹۷۰ بر می گردد که استفاده از کامپیوتر به عنوان یک وسیله ترسیمی و بیانی در تولید نقشه های معماری،تغییرات شگر فی را بر این جریان اعمال کرد.[۵]

 

در دوره دوم، ابزارهای دیجیتال در ادامه فراهم سازی روش های پایه طراحی و ترسیم در فرآیندهای طراحی به کمک طراحان و برنامه ریزان آمدند . محیط دیجیتال، ادبیات جدیدی را در خلق آثار معماری پدید آورد. این ادبیات از مراحل اولیه طراحی کانسپت شروع و به مرحله ساخت ختم می شود.[۵]این مرحله، در پی تمایل طراحان به خل ق فرم های پیچیده و تلاش برای ترکیب بیش از یک تابع اصلی در ساختمان یا ارائه ای پیچیده از طرح، که طراح را بامسائل پیچیده روبرو می کند، به وجود آمد.[۶]

تغییر پارامتر های موثر در طراحی به وسیله معماری دیجیتال

 

از تقلیل گرایی به پیچیدگی

 از سال ۱۹۵۰ شاهد تغییراتی ﭘﯿﺎﭘﯽ بوده ایم. تقلیل ﮔﺮاﯾﯽ به عنوان الگو واژه ی اصلی پژوهش جایگاه خود را از دست داد. در شناخت شناسی و علوم، تقلیل گرایی یا فروکاست گرایی؛ مفهومی است مربوط به تقلیل و فروکاهی طبیعت و رفتارهای پیچیده ی پدیده ها به مجموعه مولفه ها و اصول بنیادین آن ها.در تقلیل گرایی فهم ما از طبیعت به صورت تجزیه و تحلیل از بالا به پائین و کل به جزء صورت می پذیرفت ، حال آن که امروزه تجمیع و بر آیند جزء به کل ویژگی ها در سیستم ها مد نظر است. در ﺣﻘﯿﻘﺖ جابجایی پارادایمیـدر علوم از تقلیل گرایی به سمت پیچیدگی سوق یافته است.جای تعجب نیست که این سیستم جدید معماران را به خود علاقمند ساخت ، چرا که با این سیستم ها بهره گیری از روش های جدید سازماندهی و زایش فرم توسط رایانه و نرم افزار های مربوطه امکان پذیر می شد .[۷]

 

تسهیل انتقال مفاهیم

 امروزه با مجموعه ای متنوع از مهارت های دیجیتالی و نوع جدیدی از دانش معماری ـمواجه هستیم، ازطرفی با گشایش راه هایی برای مطالعه بر روی مکانیزم ها، انتقال مفاهیم از حوزه های مختلف علمی، به رشته ی معماری تسهیل شده است. ترزیدیس بیان می کند که علاقه ی فزاینده ی امروز به اکتشاف سامانه های هندسی و توپولوژیک، بر پایه ی نظریه های علمی جدید استوار است.[۸]

 

از جمله این علوم می توان به علوم زاینده اشاره کرد. این علوم به علومی میان رشته ای و چند زمینه ای گفته می شود که جهان طبیعی و رفتارهای پیچیده اش را از منظر روند های زاینده مورد تحلیل و بررسی قرار می دهند. هم چنین نشان می دهند، چگونه از برهم کنش قوانین و پارامترهای پدیده های طبیعی ،زایش های رفتارهای پیش بینی نشده و نامحدود صورت می پذیرد. این علوم در زمینه هایی چون: علوم شناختی ،زبان شناسی زاینده ،پردازش زبان، نظریه سیستم ها، الگوریتم های ژنتیک، سیستم های تفکر، جامعه شناسی محاسباتی،فلسفه علم، فیزیک دیجیتال ، فلسفه دیجیتال و بسیاری از زمینه های نو ظهور دیگر مطرح می باشند .[۸]از این رو در طول دهه های گذشته ،پندارها و مفاهیم سامان مند از علوم به مباحث معماری راه یافته و در حال حاضر در طراحی مورد اکتشاف قرار می گیرند.[۹]

 

 تفکر محاسباتی

 در رشته ی معماری نیز هم چون سایر رشته ها، شاهد اتفاق انقلابی هوشمند هستیم، تفکر محاسباتیغالباًـ در پژوهش همه رشته ها موثر بوده است و در نتیجه راه تفکر ما در حال تغییر  است.امروزه با جابجایی پارادایمی در علوم مواجه هستیم، نمونه ی برجسته در این زمینه ، جابجایی پارادایمی در علوم چون فیزیک و زیست شناسی بوده که خود زمینه ی کاربرد رایانه به عنوان ابزار اصلی شبیه سازی و مدل سازی ، از روند های طبیعی را فراهم آورده است. رایانه ها، در شکل گرفتن راه و مسیرهایی که طراحان را به پرسش های طراحی نزدیک می سازد، بسیار تاثیر گذار بوده اند. [۹]

 در رهیافت امروز طراحی، وسائل دیجیتال به عنوان ابزار جستجوی امر دیده نمی شوند، بلکه به عنوان درگاه ورود به ناشناخته ها فهمیده می شوند.ساز و کار محاسباتی تنها بری نمایش مفاهیم فرمی نیست، بلکه برای شکل دادن به مفاهیم جدید است. از این رو در حالی که جهان طراحی از مدل دستی به مدل  رایانه ای جابجا می شود، نیاز برای یکی کردن دو جهان به ظاهر مغایرـبه وجود می آید. [۱۰]

 از طرفی با اکتشافات سامانه های فرمی روبرو هستیم. این اکتشافات فرمی محاسباتی، تخیل انسان را از بین نمی برد ؛ بلکه محدوده های بلقوه ی آن را گسترش می دهند . محاسبات، جانشینی برای خلاقیت انسان نیست بنابراین نمی تواند رقابتی باشد، بلکه بیشتر وسیله ی اکتشاف ،آزمایش و تحقیق در حوزه های دیگری را فراهم می کند . شاید برای اولین بار ، فرم نه با خلاقیت اختیاریـو دل بخواهی و نه قطعی گرایی محاسباتی بلکه با ﻣﺤﺎﺳﺒﺎت خلاق و خلاقیت محاسباتی هم راستا شده است.[۱۱]

 

هندسه فرم و منطق محاسبات

 در طراحی دیجیتال، توجه ویژه ای معطوف به منطق در روابط محاسباتی است. رنه دکارت در قرن هفدهم،امکان چنین تغییری را با کشف هندسه تحلیلی، در علم ریاضیات ارائه داد، این امر نخستین بار در گفتارهایی در روش ، در سال ۱۶۳۷ مطرح شد[۱۲]وی. معتقد بود که می توان تمام گزاره های علم هندسه را با گزاره های جبری و صرفاً عددی باز بیان کرد. از این رو توصیف جبری از فرم های هندسی و عملکردشان فراهم می شد . این ایده اولیه که بازنمودی از اندیشه فلسفی دکارت بود، منجر به تلاش در این راستا شد. در نهایت علم هندسه تحلیلی به عنوان علمی که هندسه را جبری و تحلیلی می کند، به دست آمد.. [۱۱] تفاوت دارد، اما اغلب با ان اشتباه گرفته می شود. در واقع محاسبه کردن ، دانش واژه ای است که با رایانه ای کردن محاسبه رویه ی حساب کردن و مشخص کردن چیزی به وسیله ی روش های ریاضی یا منطقی است، در حالی که رایانه ای کردن عمل وارد کردن، پردازش ، یا ذخیره اطلاعات در رایانه یا سامانه یرایانه ای است. رایانه ای کردن در مورد خودکار سازی( اتوماسیون)،مکانیزه کردن، رقمی کردن و تبدیل اطلاعات است . رایانه ای کردن عموماً، رقمی کردن ماهیت یا روندهایی را در بر می گیرد که از پیش فهمیده و تعیین شده و به خوبی تعریف شده اند. در مقابل ، محاسبه درباره ی اکتشاف روندهای نامعین، مبهم و نامعلوم است که اغلب به خوبی تعریف نشده اند. این امر به دلیل طبیعت اکتشافی آن است که در واقع هدف محاسبه رقابت با هوش بشری یا گسترش آن است.. [۱۱]

 

کوستاس ترزیدیس اشاره می کند:”  نظریه های اخیر فرم بر معماری بر روش محاسباتی اکتشاف و بیان فرمی متمرکز شده است، در دو دهه ی گذشته ، طراحان بر ساز و کار محسباتی برای اکتشاف سامانه های فرمی متمرکز شدند. این مطالعات تلاشی برای بازیابی موضوعات فرمی از طریق تکنیک ها و روش های جدید بود. ابزار های محاسباتی در این اکتشاف نقش محوری دارند.[۱۰]

 

آیزمن نیز در سال ۱۹۹۳ مسئله فرم معماری را بر هم کنشی منطقی از مفاهیم فرمی دانسته است. از این رو در حوزه ی امروز طراحی دیجیتال ، تاثیر دو سویه ی روندهای فرمی با تفکر معماری مد نظر است . این امر صرفاً مختص به رایانه ای کردن نیست؛ بلکه بیشتر محاسبات است که مورد توجه قرار می گیرد. در نتیجه، شاهد یک تغیر شاخص در تفکر معماری به سمت روش های فرمی هستیم. در این راستا ارتباط با سایر رشته ها به وِزه ریاضیات، بسیار مورد توج است.. [۱۱]

 

معماری الگوریتمی، معماری پارامتریک

 

در نهایت بخش هایی از معماری و سایررشته ها که حاصل پیشرفت فرآیند دیجیتال بودند، منجر به پیدایش شیوه جدیدی از فرآیند طراحی با عنوان معماری پارامتریک شدند.[۱۳] پارامترها به طور فزاینده ای به مرکز توجه در ابزارهای طراحی به کمک کامپیوتر تبدیل شدند . معماری وارد عرصه جدیدی شد که با برنامه نویسی و کد نویس ی به تولید و ویرایش فرم می پردازد و اقدام به تولید پارامترهای متعدد کنترل کننده طرح، نمود: پارامترهای کنترل کننده فرم و شکل،پارامترهای اندازه ،پارامترهای جنس،نورپذیری و تا حد پارامترهای سازه ای،محاسبتی و نظایر آن.[۵] معماری به عنوان یک موضوع پیچیده و چند بعدی باید بتواند فرصت و امکان پردازش اطلاعات متنوع را داشته باشد ومعماری پارامتریک پایگاه مناسب سنجش و پردازش اطلاعات در حوزه طراحی را فراهم آورده است.[۵] در واقع طراح سیستمی را طراحی می کند که مهم ترین قست آن نحوه ارتباط بین پارامترها و محصول نهایی طراحی است. طراحی چگونگی این رابطه که در علوم مربوط به کامپیوتر الگوریتم نامیده می شود بسیار پیچیده تر و سخت تر از طراحی یک فرم و یا یک هندسه خاص است و طراحانی که این روش را برای طراحی اختیار می کنند باید تسلط کافی به حالت های خاص الگوریتم داشته باشند.[۴]ضمن این که به دلیل رابطه تنگاتنگی که بین طراحی و برنامه نویسی این گونه سیستم ها وجود دارد،نمی توان تفکیکی بین نقش طراح و برنامه نویس در آن ها قائل شد و طراح مجبور است که اصول و روش های برنامه نویسی را خود فراگیرد.[۴]

 

معماری الگوریتمی، معماری ریاضی و یا معماری داده مبنا، مفاهیمی است که در معماری معاصر جهان با شیوه ها و به شکل های مختلف مطرح می شود. اساس این مفاهیم بر مبنای درک کیفیت کاربرد روش های مقداری در فرآیند طراحی معماری معاصر استوار است. ارتقاء نقش ریاضیات و هندسه در معماری معاصر جهان ، موجب شده است تا شاهد نوع جدیدی از طراحی معماری و تکنیک های جدید در خلق اثر معماری باشیم..[۱۴]معماری پارامتریک محدوده نا آشنایی برای معماران نبوده و از گذشته معماران همواره با عوامل و پارامترهای گوناگونی از قبیل آب و هوا،فناوری، کاربرد، شخصیت،موقعیت قرار گیری و فرهنگ و .. به طراحی پرداخته اند.رایانه نه پارامتریک را اختراع کرده و نه برای باز تعریف معماری استفاده می شود.شکل شماره .[۱] این رویکرد تنها برای کنترل بیشتری بر شرایط کیفی و کمی فراهم کرده است.[ ۱۴]

 

432432

شکل شماره ۱، دیاگرام روند داده دهی الگوریتمیک.[ ۱۵]

فرآیند طراحی خطی، پارامتریک و غیر خطی

 تفکر حاکم بر ذهن طراحان در فرآیند های طراحی معماری در طول سال ها و بنا به اقتضای زمان طراحی ، همواره تغییر می کند . علم و دانش کلاسیک،معماری مدرن و فرآیندهای طراحی سنتی همواره دارای یک رویکرد خطی بوده اند[۱۶]فرآیند خطی فرآیندی است که با توا لی روی داد ها همراه است و باید با بهترین نتیجه به پایان برسد .به عبارت دیگر در این فرآیند مرحله A باید قبل از مرحله B به پایان برسد و مرحله B نیز قبل از مرحله .C و اگر مرحله ای خارج از این دنباله تکمیل شود،نتیجه ناکارامد و بی فایده خواهد بود. مراحل فرآیند طراحی خطی در یک پروژه یا تمرین معماری از نظر بسیاری از صاحب نظران شامل ویلیام پنا شامل سه فاز برنامه دهی، طراحی شماتیک و توسعه طراحی است.[۱۷]

 

رویکردهای خطی به لحاظ آنالیز و تحلیل بسیار ساده هستند اما نتوانستند با پدیده های پیچیده عصر حاضر که به صورت غیر خطی هستند و دنیای اطلاعات و دنیای دیجیتال زمان ما را تشکیل می دهند، برخورد کنند. شکل شماره .[۲]رویکردهای خطی به لحاظ آنالیز و تحلیل بسیار ساده هستند اما نتوانستند با پدیده های پیچیده عصر حاضر که به صورت غیر خطی هستند و دنیای اطلاعات و دنیای دیجیتال زمان ما را تشکیل می دهند.[۱۶] دانش غیر خطی طراحی همواره با عدم قطعیت و عدم اطمینان همراه است[۱۸] و در این رویکرد طبیعت هیچ گاه یک سیستم تاثیرگذار و یک دلیل روشن و واضح نیست بلکه یک سیستم پیچیده است.[۱۶]

 

34234324

 

شکل شماره۲ ،نمونه ای از طرح های غیر خطی دانشگاه پنسیلوانیا.[ ۱۹]

 

بسیاری از معماران آزمایش گرا با الهام از نظریه های علمی جدید مانند تئوری بی نظمی، در جست و جوی یک روش جدید طراحی برای مطالعه مسائل پیچیده هستند. برای معماری امروز یافتن فرم نوآورانه، هوشمند و پویا برای خدمت بهتر به الزامات طراحی پیچیده تر لازم است.[۱۶]

 

با ورود کامپیوتر و اندیشه آن به دنیای فرآیند طراحی معماری یک امکان مهم برای طراحان حاصل شد و آن امکان امتحان کردن گزینه های مختلف طراحی با امکان تنوع مستمر بین محدودیت های از پیش تعیین شده بود.[۱۶]ارزیابی، مقایسه گزینه های طراحی در فرآیند طراحی خطی به صورت دستی انجام می شد و هنوز هم این گونه است. اما در فرآیند طراحی غیر خطی جهات و گزینه های مختلف طراحی به صورت همزمان و در یک زمان واقعی تولید و ارائه می شوند و مورد بررسی قرار می گیرند.[۱۶]

 

معماری غیر خطی یا سیال

در دو دهه اخیر شا هد گرایش تعدادی از معماران به سبک خاصی از طراحی هستیم که از آن با عنوان معماری غیر خطی یا معماری سیال نام برده می شود فرمهای دارای معماری غیر خطی عموماً دارای سه مشخصه زیر می باشند:

 

دارای فرم توپولوژیک هستند به عبارت دیگر برای بررسی فرم آنها باید از اصول توپولوژی استفاده کرد توپولوژی شاخه ای از ریاضیات است که قوانین حاکم بر شکلها و حجم ها را مورد بررسی قرار می دهد اجسام مورد مطالعه در این علم تنها اشکال کلاسیک ومتعارف مانند صفحه کره رویه معمولی نیستند بلکه همه اشکال معمولی را می توان مورد مطالعه قرار دادشکلهایی مثل قوری ,کوزه,شکل حاصل از تقاطع چند خیابان و.……شکل شماره.[۳]در توپولوژی حالت های مختلفی را می توان برای یک شکل متصور شد و در هر لحظه می توان این حالت ها را تعریف کرد مثلا اگر فرض شود پروژه معروف موزه گوگنهایم اثر فرانک گهری شکل یک کاغذ مچاله شده را به معرض نمایش میگذارد توپولوژی بیان میکند که این سطح مچاله شده همان مربع مستطیل یک کاغذ صاف است و می توان ارتباط بین این دو حالت از کاغذ را با فرمول های ریاضی بیان کرد.[۲]

 

دراین پروژه ها از ادوات الکترونیکی و ارتباطی درمقیاس بسیار گسترده ای استفاده می شود به طوری که وقتی فرد به داخل یکی از ساختمان ها وارد می شود احساس میکند در یک دنیای مجازی وارد شده است مثلا با دست زدن به دیواره نازک یکنمایشگاه تصاویر مختلفی در ان ایجاد می شود یا بسته به وضعیت رفتاری افراد داخل ساختمان وتعداد انها (که توسط سنسور های الکتریکی کنترل می شوند) موزیک مناسبی انتخاب و پخش می شود.

 

در طراحی همه این پروژه ها از نرم افزارهای پیشرفته سه بعدی سازی و ایجاد انیمیشن در مقیاسی گسترده استفاده می شود به گونه ای که بدون این نرم افزار ها طراحی ساخت و اجرای این سا ختمان ها غیر ممکن است

 

قضاوت کردن در موردمعماری غیر خطی بسیار مشکل است واین پرسش معروف که آیا معماری نوعی هنر است یا بر طرف کننده نیاز های انسان و دارای مقیاس انسانی ؟ در مورد معماری غیر خطی نیز مطرح است .کاربرد فناوری های پیچیده درداخل این گونه ساختمانها و نیاز به ابداع روشهای جدید برای ساخت و تکمیل انها به گونه ای است که انها را بیشتر به صورت تجسم فناوری امروز ی و نماد پیشرفت بشر در ابداع س از و کار های پیچیده در اورده است تا نمایی از یک معماری انسانی. [۲]

 32

شکل شماره ۳ ،نمونه ای از نماهای سیال .[۲۰]

 

ویژگی های معماری سیال

 در سال های اخیر تکنیک های دیجیتال که آگاهانه در معماری به کار گفته شده اند، در عمل به بلند آوازه شدن جنبه ی زیبایی شناسی معماری کمک کرده اند و بار دیگر آن شور و احساسی را که در ساختمان های مدرنیستی و پست مدرنیستی تا اندازه ای نادیده گرفته می شد به آن بازگردانده اند.

برازندگی

 معماری سیال دارای ویژگی خاص برازندگی است چه از لحاظ فرمال و چه از لحاظ سایر خصوصیات . این مسئله بدین دلیل است که یک معماری نوین باید برزانده باشد تا بتواند نظر بیننده ،استفاده کننده و کارشناسان را به خود جلب و در این میان خود را به اثبات برساند .” برازندگی در کنار شور و احساس از جمله ویژگی های زیبایی شناختی مرموز پیچیده ای است که بر بسیاری دیگر از کیفیات زیباشناسی و زیبایی شناختی ارجحیت دارد. ویژگی های بارز و برجسته آن ممکن است با تغییر زمینه، خود دچار تغییر شوند و عاملی که در یک اثر معماری شاخصه ی برازندگی به شمار می آید، شاید در اثر دیگر هیچ ارتباطی با این مقوله نداشته باشد.. [۲]

 

 سبکی و سیالیت

 سبکی و سیالیت دو شرط شاید مرتبط برای گونه ای معین از برازندگی هستند که به لطف فناوری دیجیتال پا به میدان گذاشته و خود را از نظر زیبایی شناختی، از برازندگی سایر هنرها و معماری ها جدا کرده است. همانند آرت دکو که آن نیز ادعای مبناها دیگری برای برازندگی داشت . در اینجا سبکی در معنای ضد جاذبه ی زمین در نظر گرفته شده است، ولی در عین حال آن نوع سبکی مد نظر است که تاریکی را به عنوان متضاد خود می شناسد، چرا که نور بی وزن است، یا نزدیک به بی وزنی.

 

پیچیدگی

امروزه پدیده جالب توجهی در عرصه خلق فضا و کانسپت به وقوع پیوسته است . داخل ساختمان به عنوان جزئی از پیکره و حجم بنا دیده شده و حجم تنها پوسته ای سامان یافته بر مقتضیات عملکردی نیست بلکه از درهم تنیدن سطوح پدید می آید که گاهی نیز همچون نوار موبیوس از برون به درون و از مکانی به مکان دیگر منتقل می شوند. فضای داخلی ثابت نیست و حرکت جزء جدایی ناپذیر فضا و کالبد معمارانه است. اجزاء فضای داخلی با حجم بیرونی پیوستگی می یابد و سطوح خارجی گاه امتدادی از سطوح داخلی اند. در این حرکت نمای دو بعدی معنای خود را از دست می دهد و نمای از جلوی حجم بی هیچ مرزی به نمایی چپ پیوند دارد و این تبدیل چنان نرم انجام می پذیرد که احساس نمی شود.. [۲]

 

الگوهای نما های سیال و غیر خطی در معماری پارامتریک

 

اگر فرم کلی بنا از سطوح بدون انحنا تشکیل شده باشد، پوشش آن به ظاهر ساده است و برای اجرای آن می توان از مصالح و الگوی متنوعی بهره گرفت. به عنوان مثال یک دیوار مسطح را می توان با قطعاتی از هر شکل و اندازه و از هر مصالحی ایجاد کرد. اما در مورد فر م های سیال و غیر خطی ، طراح با سطوح مواجه است که دارای ان حنا در یک یک جهت(مانند یک استوانه) و یا در دو جهت (مانند سطح یک کره) هستند. پوشش این سطوح از مصالحی مانند فلز یا چوب و یا بتن و..که اغلب مصالح ورقه ای شکل هستند ، از نظر اجرایی کمی پیچیده است و این پیچیدگی از ۲ جهت است. اول اینکه قطعات باید تا حدی قابلیت خم شدن را داشته باشند و میزان خم شدن قطعات مختلف به گونه ای کنترل شود که در مجموع فرم مورد نظر حاصل شود و دوم اینکه در مورد سطوح منحنی و آزاد ، قطعات پوشش دهنده ، دارای ابعاد و اندازه ی یکسان نیستند. تعداد تیپ های قطعات بسیار زیاد است و این امر طراحی و کنترل و نحوه ی قرارگرفتن آنها در کنار هم را دشوار می کند.[۲۱]

 

به کمک فناوری دیجیتال می توان حل این پیچیدگی ها را به عهده ی کامپیوتر گذاشت. در این مقاله نمونه هایی از پوشش سطح در معماری که به کمک روش های دیجیتال توسعه یافته اند، بررسی خواهد شد. بطور کلی ترکیب بندی و نحوه ی پوشش سطوح در معماری از مصالح ورقه ای شکل و قابل انعطاف را می توان بر شاخه زیر تقسیم بندی کرد:

 

الگوی چهار گوش(مربع،مستطیل و..)

الگوی سه گوش

الگوی بی شکل

 الگوهای چهار گوش

 ساده ترین راه پوشش هر سطحی در معماری استفاده از الگوی چهار گوش مانند مربع و مستطیل است. دلیل این امر اول در کم بودن دور ریز مصالح مورد استفاده و دوم در ساده بودن طراحی و نصب است چراکه در الگوی چهار گوش اغلب دو دسته موازی وجود دارند که همین خطوط می توانند خطوط راهنمایی طراحی و نصب باشند. شکل شماره.[۴]

 برای ایجاد چنین الگوهایی در محیط نرم افزار و محیط برنامه نویسی الگوریتمی هاپر، ابتدا یک سطح آزاد را در راینو  ترسیم می کنیم. سپس این سطح را به عنوان یکی از پارامترهای طراحی وارد نرم افزار گرس هاپر می کنیم. دو ورودی دیگر الگوریتم تعداد قطعات تقسیم بندی در دو جهت X و Y هستند. شکل شماره.[۴]الگوریتم ابتدا دو بازه تعریف می کند و سپس از ترکیب این دو بازه یک بازه ی دو بعدی تعریف می شود. این بازه به مولفه ی تقسیم رویه داده می شود تا تقسیم بندی رویه انجام شود.[۴]

32432432

شکل شماره ۴، الگوی چهارگوش برای پوشش سطوح سیال[۲۳]

 

در فرم های آزاد و دارای انحناء، قطعات مستطیل شکل پوششی که در این روش بدست می آید، هم اندازه نیستند. بااستفاده از نرم افزار گرس هاپر می توان ابعاد و مشخصات قطعات پوشش را استخراج کرد تا در ساخت و اجرا استفاده شود.. [۴]

 

algor-grass

شکل شماره ۴ ، الگوریتم ایجاد سطوح چهار گوش در محیط نرم افزار گرس هاپر[۲۲]

در روش دیگر قطعات پوشاننده،همگی هم اندازه و هم شکل هستند و مساله اصلی نحوه قرار گرفتن آنها برای پوشاندن یک فرم آزاد است نه شکل و اندازه ی آنها. شکل شماره.[۵]این روش در مورد مصالحی که برش دادن آنها سخت است و هزینه بر، کاربرد بیشتری دارد. در عوض به دلیل همپوشانی قطعات باهم،ممکن است مقدار مصالح مصرفی بیش از مساحت مورد نظر باشد در واقع در این روش با همپوشانی قطعات هم شکل می توان فرم های آزاد را پوشش داد. به این صورت که به صورت که به جای تغییر کردن ابعاد قطعات،میزان همپوشانی قطعات در نقاط مختلف سطح تغییر می کند. شکل شماره.[۶]

bb

شکل شماره ۵، همپوشانی قطعات پوشاننده[۲۳]

aa

شکل شماره ۶، الگوریتم ایجاد سطوح چهارگوش با امکان همپوشانی[۲۴]

 

پوشش های لوزی شکل هم در زمره ی پوشش های چهار گوش قرار می گیرند.تنها تفاوت آنها در این است که قطعات نسبت به محورهای مختصات چرخشی دارند که سبب می شود فرم لوزی از آنها برداشت شود. شکل شماره.[۷]

 

utyutyuty

شکل شماره۷ ، سطوح چهارگوش شرکت بیمه اتکایی سوئیس[۲۳]

الگوهای سه گوش

ویژگی خاص الگوهای سه گوش و تفاوت آنها با الگوی چهار گوش در این اصل هندسه نهفته است که برای هر سه نقطه در فضا، صفحه تختی وجود دارد که از آن سه نقطه عبور می کند . شکل شماره.[۸]حال آنکه برای چهار طهنق این اصل لزوماً صادق نیست. همین نکته سبب می شود که وقتی سطحی با فرم منحنی با الگوی پوشش چهار گوش پوشانده می شود نیازمند این باشد که قطعات پوشاننده تا حدودی خم شوند و انحنا بیابند تا بتوان به فرم مورد نظر دست یافت؛ ولی در مورد پوشش های سه گوش ،می توان هر فرم آزادی رابا قطعات مثلث شکل که به طور کامل مسطح هستند،پوشش داد. البته به شرط آنکه این قطعات نسبت به فرم مورد نظر آن قدر کوچک باشند که فرم مورد نظر به صورت یک سطح شکسته جلوه نکند و فرمی منحنی کلی از بین نرود.به طور مثال موزه گوانجو زاها حدید.[۴]

 

cutitiutiu

شکل شماره ۸ ، الگوی سه گوش برای پوشش سطوح سیال[۲۳]

 

jvkhjkj

شکل شماره ۹، الگوی ایجاد سطوح سه گوش در محیط نرم افزار گرس هاپر[۲۴]

 

این مزیت ها گاهی سبب می شود که الگوهای چهار گوش را هم با نصف کردن قطعات از قطرشان تبدیل به الگوهای سه گوش کنند. با این کار تعداد قطعات تشکیل دهنده ی یک پوشش دو برابر می شوند، ولی در عوض نیازی به استفاده از مصالح دارای قابلیت انعطاف و خم شدن نیست، میزان مصالحی که در این روش بکار می رود تفاوت چندانی با مقدار مصالح پوشش با الگوی چهار گوش نیست[۲۳]. یکی دیگر از مزیت های الگوهای پوشش سه گوش نسبت به الگوهای پوشش چهار گوش در نحوه ذخیره، بازیابی و پیاده سازی اطلاعات آنها در مراحل طراحی و اجراست. برای ذخیره اطلاعات یک شکل چهار گوش در کامپیوتر علاوه بر طول اضلاع آن زاویا آن هم باید نگهداری شوند گرا که بدون داشتن زوایا تعیین شکل از روی اندازه های طول سه ضلع آن ذخیره شود . مقدار زوایای یک مثلث و دیگر مشخصات هندسی آن به کمک روابط هندسی از روی طول سه ضلع آن به صورت یکتا قابل محاسبه است.[۴] الگوریتمی که می توان برای به دست آوردن پوشش های مثلثی در نرم افزار گرس هاپر استفاده کرد به این شکل کار می کند که ابتدا یک شبکه ی مسطح با نظم مثلثی ایجاد می شود و سپس از امتداد دادن نقاط این شبکه در محور Z و به دست آوردن نقاط تقاطع این امتداد با رویه مورد نظر ،نقاطی بر روی رویه مشخص می شود که دارای نظمی مثلثی شکل هستند و از به هم وصل کردن آن نقاط دریک رویه داشته باشیم، نظم و اندازه ی مثلث ها در آنها به هم می ریزد. شکل شماره.[۹]

 

الگوهای بی شکل

 الگوهایی وجود دارند که فرم قطعات پوشاننده ی آنها، شکل غیر از مثلث و مستطیل است. شایان ذکر است که در این الگوها نیز نظم شبکه قطعات پوشاننده بر اساس نظم یکی از همان الگوهای سه گوش و چهار گوش است، ولی با ایجاد فضای خالی بین قطعات پوشاننده ، می توان تنوع بیشتری برای اشکال قطعات پوشاننده ایجاد کرد. شکل شماره.[۱۰]

 

برای مثال فرض می کنیم قطعات پوشاننده، سطح قسمتی از یک کره باشند. بدون تردید اگر روی سطح رویه یک شبکه ی شطرنجی منظم در نظر گرفته شود، می توان محل قطعات مورد نظر را با خطوط این شبکه تنظیم کرد. در این صورت در جاهایی که صفحه تغییر شکل و انحنای بیشتری دارد این قطعات به هم نزدیک تر می شوند و در جاهایی که سطوح مسطح تر هستند، قطعات از هم دور می شوند.به طور مثال: فروشگاه سلفریچ، یات کاپلیکی[۴] در الگوریتم این شکل،سطح نهایی، هم چنین اندازه ی قطعات به عنوان ورودی به الگوریتم داده می شود و خروجی الگوریتم نحوه قرار گرفتن و استقرار و ضخامت این خروجی هم می تواند به صورت یک مدل سه بعدی به منظور مدل سازی کل ساختمان باشد و هم می تواند به صورت عددی برای استخراج اطلاعات اجرایی باشد. شکل شماره.[۱۱]

 ممکن است اندازه ی قطعات پوشش دهنده ی برای سهولت اجرا همگی یک اندازه و یک شکل باشند که در این صورت فاصله بین آنها در نقاط مختلف حجم ممکن است کم و زیاد شود. روش دیگری هم برای این کار وجود دارد این است که ابعاد اجزای پوشش دهنده ی فرم تغییر کنند که در این حالت نیز امکان دارد اجزا در برخی نقاط همپوشانی داشته باشند که این امر نیز قابل کنترل است.[۲۳]

 

jhk7ifjk

شکل شماره۱۰ ، الگوی بی گوش برای پوشش سطوح سیال[۲۵]

 

klkjl8

شکل شماره۱۱ ، الگوی ایجاد سطوح با الگوی بی شکل در محیط نرم افزار گرس هاپر[۲۵]

 

از انواع دیگری که از پوشش های غیر منظم می توان مثال زد ؛پوشش ورونئی است. الگوریتم ورونئی ، الگوریتمی هندسی است. این الگوریتم یک مجموعه از نقاط( شامل X نقطه) را به عنوان ورودی الگوریتم دریافت می کند. که این نقاط می توانند تصادفی انتخاب شوند و یا از نقاط خاصی از صفحه باشند. شکل شماره.[۱۲]آنچه مهم است عملی است که الگوریتم ورونئی روی آنها انجام می دهد. خروجی الگوریتم وروئنی یک سری نواحی در صفحه است. امروزه اثبات شده است که بسیاری از ساختارهای طبیعت از این الگوریتم پیروی می کنند. به ویژه در ساختارهای ریز طبیعت، نقش واژه های وروئنی به وفور یافت می شود.[۲۳]

 

Fig-2-The-Voronoi-diagram-of-RRT-vertices-contains-interior-Voronoi-regions-which-are

شکل شماره ۱۲ ، الگوی ورونئی در دو بعد[۲۵]

 

اساس کار الگوریتم وروئنی به این ترتیب ات که برای محاسبه ناحیه ناحیه یک نقطه تمام پاره خط های بین آن نقطه و سایر نقاط در نظر گرفته می شود. سپس عمود منصف تمام این پاره خط ها ترسیم می شود. شکل شماره.[۱۳]این عمود منصف ها ناحیه ای دور تا دور این نقطه به وجود می آورند که همان ناحیه مورد نظر است.[۴]

 

jkjhkjhk

شکل شماره ۱۳، الگوی ورونئی در سه بعد[۲۵]

 

صورت های پیچیده تری از الگوریتم های ورونئی وجود دارد که مثلاً نواحی آن را بجای خطوط شکسته با منحنی نرم می سازند. همچنین تعابیر سه بعدی این الگوریتم نیز وجود دارد که نقاط اولیه را در فضا دریافت می کند و ناحیه بندی سطحی در آن تبدیل به تقسیم فضا می شود. برای پیاده سازی مراحل الگوریتم ورونئی سه بعدی، کافی است به جای عمود منصف پاره خط ها، صفحه های عمود منصف آنها در نظر گرفته شود.[۴]

 

الگوریتم جذب کننده : فرض کنید تعداد زیادی دایره در صفحه که مراکز آنها در شبکه ای منظم و شطرنجی قرار دارد ترسیم شده اند، وقتی شعاع دو دایره با هم برابر باشند یک صفحه ی یکنواخت و منظم دیده می شود ولی اگر شعاع این دوایر به صورت منظم و معنادار تغییر کنند، آن نظم اولیه برهم می خورد. شکل شماره.[۱۴] به عنوان مثال فر کنید سه (یا هر تعداد دیگر) نقطه (به عنوان جذب کننده) در صفحه مشخص شده باشند و شعاع هر دایره تابعی از فاصله ی مرکز آن دایره از این سه نقطه باشد.بنابراین با وجود برهم خوردن نظم کلی صفحه ، نظمی نسبی و منطقه ای بر شکل و فرم نهایی حاکم است.[۲۳] علاوه بر جذب کننده های نقطه ای می توان از جذب کننده های خطی و یا منحنی استفاده کرد.اما مهمترین انها نوعی است که در آن پارامترهای جذب کننده تابعی از پارامترهای محیطی مانند میزان دریافت نور خورشید،باد و .. است. با این روش می توان ساختمان هایی طراحی کرد که فرم آنها متاثر از شرایط محیطی تغییر می کند.[۴]

 

iooioiuo

شکل شماره ۱۴، الگوی جذب کننده[۲۳]

 

نتیجه گیری

 از آنچه بیان شده می توان اینگونه برداشت کرد که در گذشته امکانات محدود در طراحی و نمونه سازی سبب می شد تا طراح با تکیه بر اندوخته های تجربه و احساس خود ، از میان دریایی از جواب های ممکن ، تعدادبسیار محدودی از پاسخ های نزدیک به نتیجه مطلوب را از طریق رویکرد خطی صید کند. اما با رشد ابزار های پردازش و امکان تسلط طراح بر تمامی مقیاس های طراحی ، بازآفرینی روابط بین آن ها به وسیله روش های غیر خطی سوق می یابد . در چنین شرایطی نقش معمار به تعریف کننده فرایند ها و انتخابگر پاسخ ها تغییر می کند . به بیانی دیگر ، ابزار های پردازشگر طراح را از تولید کننده تک پاسخ ها به خالق سامانه ای متشکل از داده ها و روابط تبدیل می کند که دریایی از پاسخ های مطلوب را در اختیار وی می گذارد.

 

یکی از کاربرد های کامپیوتر در معماری در زمینه طراحی هندسه و نیز اجرای سطوح پیچیده در بخش ن ما و پوشش ظاهری بنا است. گاهی پیچیدگی ها در یک سطح منحنی آن قدر زیاد است که پیاده سازی هندسه آن در عمل بسیار مشکل است. بنابراین فقط با استفاده از نرم افزار های مدل سازی که قابلیت استخراج اطلاعات عددی مفید برای اجرا را داشته باشند، می توان مبادرت به اجرای آن کرد.

 

پوشش سطوح سیال و غیر خطی در نماها مانند منحنی ها به کمک الگو ها و روش های متفاوتی امکان پذیر است. نحوه مدل سازی و طراحی پوشش سطوح در ارتباط تنگاتنگی با مصالح انتخابی برای پوشش، نوع آن محدودیت و امکانات آن، مقادیر حدودی آن در اجرا و روش اجرایی آن قرار دارد. از این رو قبل از هر اقدامی برای مدل سازی پارامتریک یک سطح باید این ویژگی را مشخص کرد و سپس به کمک مدل سازی کامپیوتری سعی و بهینه کردن این خواص در اجرا داشت.

 

در سبک مشخص معماری پارامتریک, هندسه نقش مهمی را بازی می کند. هندسه ها توسط شبکه های چهار ضلعی منظم ,الگوهای بی شکل ورونئی، الگوهای سه گوش و برخی از هندسه های نمادین مشخص می شوند. و در طراحی های معمارانه ای که امروزه دیده می شود, به عنوان نماهای آوانگارد و شاخص، مشخص می شوند.

 

نظرات