///

[space]

Kategorie: Parametrische Oberflächen und generatives Design

Datum: 02. Juni 2020

Kurze Antwort: Ja!
Lange Antwort: Nicht unbedingt, aber!

Die Bauindustrie ist eine der am wenigsten digitalisierten Industrien der Welt. Vielleicht wird das Entwerfen und Bauen von Gebäuden nie die digitalste Branche, aber sie wird sich mit Sicherheit in den nächsten Jahren und Jahrzehnten transformieren. Ein Blick in die Vergangenheit belegt eine historische Technologierückständigkeit der Bauindustrie. Bereits in den 1950er Jahren wurden in Luftfahrt- und Automobilindustrie CAD-Programme eingesetzt. In der Architektur erst in den 1980er Jahren – und nur unter heftiger Ablehnung vieler Architekten*innen.

Computerisation vs. Computational Design

Computerisation beschreibt das Ausführen händischer oder analoger Tätigkeiten mit dem Computer, z.B. statt mit Stift und Lineal einen Grundriss zu zeichnen wird er am Computer in einem CAD Programm gezeichnet. Der Mauszeiger wird zur digital verlängerten Hand.

Computation beschreibt hingegen den Einsatz des Computers und dessen Rechenleistung als Ergänzung, Hilfestellung und Erweiterung des menschlichen Intellekts und unserer Fähigkeiten. Ein digitaler Unterstützer für die Erweiterung des Formenkanons der Architektur, die Optimierung und Reduktion des Energie- und Materialverbrauchs, erweiterte Konstruktions-, Planungs- und Dokumentationsmethoden, neue Realitäten und digitalisierte Herstellungsprozesse. Die nächsten Folgen von SpaceShifters werden sich daher mit Parametrische Oberflächen, Generative Optimierungen, BIM (Building Information Modelling), Virtual Reality, Augmented Reality, digitale Herstellungsprozesse und Robotik beschäftigen.

Digitale Transformation der Architektur

Der Einsatz dieser neuen digitalen Werkzeuge wird zu Automatisierungen und daher auch zu Stellenabbau im Bereich einfacher Tätigkeiten führen. Aber wie bekannt, entstehen gleichzeitig neue Berufsfelder und Experten*innen für neue Tätigkeiten werden gesucht. Nur werden diese neuen Tätigkeiten digital geprägt sein und Stellenausschreibungen werden wohl immer häufiger nach BIM-Manager, Material Craft Experts, VR Experience Designer und AR Developer suchen und entsprechend für das Spezialwissen bezahlen. Damit Architekten*innen nicht zu den Getrieben der Digitalisierung und zum Werkzeug verschiedener finanzkräftiger Industrien degradiert werden, müssen Architekten*innen die Möglichkeiten und Potenziale der digitalen Technologien verstehen lernen und gezielt einsetzen, um dadurch die Transformation souverän selbst zu gestalten. Nur wer sich aus einem reinen Anwender und Konsument von digitalen Werkzeugen hin zu einem Versteher, Adaptierter und Produzent digitaler Werkzeuge entwickelt wird die Hoheit über die eigene Profession behalten. Ein Basiswissen und grundlegende Fähigkeiten im Programmieren, im Schreiben von kleinen Skripten sowie ein Verständnis über informationstechnologische Zusammenhänge reichen bereits aus, um Architekten*innen völlig neue gestalterische und planerische Möglichkeiten sowie Freiheiten in Konstruktion, Material und im Bauprozess zu ermöglichen. Damit diese Transformation auch stattfinden kann braucht es neue Inhalte und Lehr- und Lernformate in der Lehre und Ausbildung sowie mehr Freiheiten für junge digitalaffine Architekten*innen und weniger Einschränkung durch: „Das haben wir schon immer so gemacht“. Doch dies ist ein eigenes Thema.

Parametrik – eine (neue) Entwurfssprache

„Die Grenzen meiner Sprache bedeuten die Grenzen meiner Welt“ (Wittgenstein, 1921) Programmieren ist eine Sprache, eine Fähigkeit, ein Werkzeug, aber auch eine andere Art zu denken und somit zu entwerfen. Der parametrische Entwurf beginnt nicht mit formalen Aspekten, sondern mit dem Erkennen von Phänomenen. Im ersten Entwurfsschritt steht daher der konkrete Entwurf eines Gebäudes oder eines Raums im Hintergrund. Das Erfassen einer Metaebene mit Abhängigkeiten, Informationen und Beziehungen, das Einbinden entwurfsrelevanter Informationen sowie das Hinterfragen von Gegebenheiten sind die ersten Schritte des parametrischen Modells. Dieses Abhängigkeitskonstrukt, bestehend aus entwurfsrelevanten Grundlagen, wird in Form von Parametern, Korrelationen und Daten in einen abstrakten Entwurf übertragen. Dieser abstrakte Entwurf ist aufgrund seiner gegenseitigen Abhängigkeiten anpassungsfähiger, berechenbarer, effizienter, datenbasierter und besser zu dokumentieren. Der parametrische Entwurf lässt sich leichter an neue Rahmenbedingungen (z.B. Standort) und veränderte Anforderungen (z.B. Raumprogramm) anpassen, einzelne Bauteile (z.B. Fenster) lassen sich in der Planungsphase leichter austauschen und evaluieren und weitere Eigenschaften, Konstruktionsvarianten und Gestaltungsmöglichkeiten lassen sich schneller testen und integrieren.

Parametrische Oberflächen für visuelle Komplexität

Mit parametrischer Architektur und generativem Design werden vor allem komplexen Fassaden, kleinteilige und organische Oberflächen oder geschwungene Möbel verbunden. Diese formalen Anwendungen waren die ersten Experimente mit der neuen Technologie und haben sich daher im allgemeinen Verständnis verfestigt. Das Parametrik und Generatives Design mehr ist und mehr kann, wird in den nächsten Veröffentlichungen verdeutlicht.

Parametrische Oberflächen eignen sich jedoch gut dazu, die Prinzipien von programmiertem Design zu erklären. Denn einerseits verdeutlicht die Generierung solcher Oberflächen gut das grundlegende Prinzip hinter parametrischem Design und erklärt die komplexen Möglichkeiten auf überschaubare Art und Weise. Gleichzeitig ist das Ergebnis visuell ansprechend und erleichtert dadurch vielleicht den Zugang zum Thema und erzeugt Motivation sich intensiver damit zu beschäftigen.

Visuelle Komplexität erzeugt bei den meisten Menschen den Versuch der Erklärung und des Verstehens. Wie geht das? Wie hält das? Wie wurde das hergestellt? Parametrisch generierte Oberflächen können genau solch eine Faszination erzeugen. Denn sie können eine derart komplexe Gestalt annehmen, dass sie händisch nicht modellierbar wären und damit – wie zu Beginn dieses Textes beschrieben – nur mit der Rechenleistung des Computers herstellbar, also als Computational Design zu beschreiben sind. Diese Oberflächen sind so komplex, dass Sie nur mit Hilfe oder ausschließlich durch computergesteuerte Maschinen wie 3D-Druck, CNC produzierbar sind oder mit heutigen Materialien und Methoden noch gar nicht herstellbar sind. Dies erinnert an die frühen Jahre von Frank Gehry und Zaha Hadid, deren Gebäude auch lange Zeit nur sehr schwer oder gar nicht baubar waren. Der Unterschied zu heute ist jedoch, dass in Zukunft möglicherweise Teile der Architektur gar nicht mehr physisch-real gebaut werden, sondern das Gebäude eine digitale Erweiterung erhalten, die uns über Smartphones, oder AR-Brillen eingeblendet werden. Ein Gebäude kann in kurzen Zyklen visuelle Updates erhalten und Architekten*innen entwerfen immer häufiger Fassaden, Inneneinrichtungen und Lichtkonzepte, die nie gebaut aber virtuell realisiert werden.

Der Aufbau eines parametrischen Modells.

Parametrische Algorithmen werden in der Architektur vor allem in visuellen Programmierumgebungen erstellt. Ein Programmieren über Texteingabe ist daher für viele Anwendungen nicht nötig. Die am stärksten genutzte visuelle Programmierumgebung ist Grasshopper, das innerhalb des CAD Programms Rhinoceros 3D läuft. Das Prinzip entspricht dem Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe Prozess (EVA, oder auf Englisch: IPO Input-Processing-Output). Einzelne Komponenten (oder Nodes), werden miteinander verbunden, wodurch der Verarbeitungsprozess definiert wird. Als Eingabekomponenten können z.B. Geometrien, Echtzeitdaten, numerische Werte oder Vektoren dienen. Diese werden dann mit Verarbeitungskomponenten verbunden. Die Eingabeparameter können in der Verarbeitung transformiert, evaluiert, berechnet oder sortiert werden. Durch den Zugriff auf jeden einzelnen objektspezifischen Wert und jede Geometrie innerhalb des Verarbeitungsprozesses, lassen sich leicht Veränderungen, zusätzliche Komponenten und neue Abhängigkeiten einfügen. Die mehrschichtigen Transformationsprozesse werden in einer oder mehreren Ausgabekomponenten erstellt. Die Ausgabe kann ebenfalls verschiedene Datentypen annehmen: z.B.  Geometrien, Bilder, Werte in Excel-Tabellen oder die Steuerung einer CNC-Maschine.

Ausblick

Die Architektur wird sich wie alle anderen Industrien digitalisieren. Das Berufsbild wird sich damit ebenfalls verändern. Es ist anzunehmen, dass es wie in anderen Branchen zu einer stärkeren Spezialisierung innerhalb der Profession kommen wird. Der Bedarf an digitalversierten Experten*innen für die vielfältigen Bereiche wird zunehmen. Auch in vermeintlich analogen Berufsnischen, z.B. Materialexperten*innen. Denn vor allem durch digitale Verarbeitungs- und Herstellungsprozesse sind Innovationen in Materialeigenschaften und Verbesserungen in Qualität, Zeit- und Arbeitsaufwand herbeizuführen.

Architekten*inne müssen im Kern gute Gestalter sein. Denn sie entwickeln Umgebungen, in denen wir uns einen Großteil unseres Lebens aufhalten. Sie müssen dafür Beziehungen zwischen Menschen untereinander und Mensch und gebauter Umwelt gestalten sowie komplexe Entscheidungen bezüglich Materialien, Konstruktion und Bauablauf planen. Warum also nicht den Computer und dessen Rechenleistung nutzen, um an der einen Stelle komplexe Aufgaben abzugeben und an anderer Stelle mehr Freiraum für Gestaltung und Planung zu generieren?