Generative Design ในสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างปูทางสู่การเพิ่มผลิตผล

ในยุคใหม่ของการออกแบบสถาปัตยกรรม วิศวกรรม และก่อสร้าง ที่ในยุคของ generative Design ผู้ออกแบบ ไม่ได้แค่ใช้คอมพิวเตอร์ในการออกแบบอาคารเท่านั้น ยังรวมไปถึงการทำงานร่วมกันด้วย

ลองนึกถึง ก่อนที่จะมี GPS ถ้าหากคุณขับรถและคุณหลงทาง คุณอาจจะต้องถามทางจากคนอื่น ซึ่งทำให้เสียเวลา แต่ตอนนี้คุณสามารถใช้เครื่องมือคอมพิวเตอร์ เพื่อหาเส้นทางแทนการถาม ทำให้คุณสามารถตั้งสมาธิ ขับรถได้อย่างแท้จริง

ในกรณีของสถาปนิก วิศวกรและผู้รับเหมา คอมพิวเตอร์จะช่วยนำทางในการออกแบบและก่อสร้าง ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถโฟกัสในหน้าที่การทำงาน เพื่อได้อาคารที่ดีที่สุด

ดิจิตอลกับการโปรแกรมมิ่ง

ดังนั้นการทำงานร่วมกันระหว่างมนุษย์และเครื่องจักรนี้จะนำไปสู่อะไร? เริ่มด้วยความแตกต่างระหว่างดิจิตอลและการโปรแกรมมิ่ง หลายๆ สิ่งในปัจจุบันมักเป็นแบบดิจิตอล หากเพียงแค่เปิดหรือปิดสวิตซ์ไฟในบ้าน นั่นก็คือดิจิตอล แต่การเขียนโปรแกรมให้มีแสงสว่างเมื่อสัมผัสได้ว่ามีคนอยู่ในบ้าน เพราะมีโทรศัพท์อยู่ในบ้าน หรือจะถูกปิดเมื่ออยู่ห่างออกไปหลายร้อยไมล์ นี่คือการโปรแกรมมิ่ง

Stan Allen สถาปนิกและอดีตคณบดีของ Princeton University School of Architecture ได้เคยเปรียบเทียบดิจิตอลและการคำนวณโดยการอธิบายว่า “ดิจิตอลคือสภาวะะของการเป็นอยู่ เป็นเงื่อนไข แต่เมื่อพูดสิ่งที่เกี่ยวกับการโปรแกรมมิ่ง จะหมายถึงการพูดเกี่ยวกับกระบวนการที่ใช้งานอยู่”

อุตสาหกรรมการออกแบบและการก่อสร้างในตอนนี้ได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วจากดิจิตอลไปยังการคำนวณ เนื่องจาก “การทำข้อมูล” (โดยเครื่องมือ เช่น CAD หรือรูปดิจิตอล) เป็นการยอมให้ “ใช้ข้อมูล” โดยการใช้คอมพิวเตอร์ในการสร้างขึ้น จัดการ และใช้ข้อมูลในการปรับปรุงผล

ผู้คนได้มีการใช้เอกสารแบบดิจิตอลมาหลายทศวรรษแล้ว ตั้งแต่ CAD drawings ไปยัง spreadsheets แต่เมื่อพวกเขาเริ่มใช้สคริปต์ไปยังซอฟต์แวร์ CAD และ macros ไปยัง spreadsheets ข้อมูลสถาปัตยกรรม วิศวกรรม และการก่่อสร้าง (AEC) อาจจะเข้าถึงและจัดการได้---และแม้แต่การสร้างในวิธีการใหม่ๆ ที่สมบูรณ์แบบ นี่คือกระบวนการที่ใช้งานอยู่ ในการคำนวณของ Allen

สคริปต์ช่วยสร้างรูปร่างใหม่

เกือบ 20 ปีที่แล้ว สถาปนิกเริ่มใช้เทคนิคที่เรียกว่าสคริปต์ หรือการเขียนโปรแกรม ในการใช้รูปทรงเรขาคณิตที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์และการจัดทำในวิธีการใหม่ๆ และการออกแบบอาคารและการก่อสร้างรุ่นใหม่ได้ถือกำเกิดขึ้น คอมพิวเตอร์จะล้างการควบคุมของมุมฉาก และรูปร่างและเส้นโค้งใหม่จะเป็นไปได้ไม่ใช่เพียงแค่การวาด แต่เพื่อการสร้าง

สคริปต์ต้นฉบับเหล่านั้นจะช่วยขับเคลื่อนโปรแกรมที่ใช้งานอยู่ในตอนนั้น โดยส่วนใหญ่ เครื่องมือเรขาคณิต เช่น Autodesk AutoCAD และ Rhino และการออกแบบที่ซับซ้อนและยากลำบาก เช่น Heydar Aliyev Center ของสถาปนิก Zaha Hadid กลายเป็นสิ่งที่เป็นไปได้ แต่สคริปต์ในทุกวันนี้เป็นอัลกอริทึ่มที่ซับซ้อนที่ควบคุมอาร์เรย์ของเครื่องมือดิจิตอลที่กว้างมากถูกนำไปใช้เพื่อการสร้าง ทำให้เกิดกลยุทธ์ใหม่ๆ : generative design and construction

แต่สำคัญมากกว่าเทคโนโลยีการเขียนสคริปต์ที่ช่วยเพิ่มความสามารถของสถาปนิกและผู้รับเหมาก่อสร้างในการสร้างก็คือการเชื่อมต่อที่สำคัญระหว่างกระบวนการออกแบบและการก่อสร้างที่เครื่องมือการสร้างทำให้เป็นไปได้

ตัวอย่าง LMN Architects ใน Seattle กำลังออกแบบเพดานฮอลคอนเสิร์ตใหม่ที่ Voxman School of Music at the University of Iowa ที่จำเป็นต้องดำเนินการอย่างแนบเนียนเนื่องจากเป็นตัวสะท้อนเสียง การใช้ชุดสคริปต์ออกแบบการสร้าง นักออกแบบเริ่มต้นด้วย prototyped และจึงสร้างคุณลักษณะของสถาปัตยกรรมที่มีเอกลักษณ์ที่ทำทั้งหมดให้เกิดขึ้นและใช้สคริปต์เดียวกันเหล่านี้ในการอธิบายต่อผู้รับเหมาก่อสร้างถึงรูปทรงที่ถูกต้องแม่นยำและลำดับการก่อสร้างที่จำเป็นในการผลิตและติดตั้งเพดาน

ผู้รับเหมาก่อสร้างสามารถใช้ข้อมูลดิจิตอลที่คำนวณโดยอัลกอริทึ่ม generative ของ LMN โดยตรงไปยังชั้นการผลิต ที่มั่นใจได้ว่าจะมีความถูกต้องอย่างแท้จริงในการออกแบบที่สถาปนิกสร้างขึ้น และผลิตระบบที่มีความแม่นยำที่ถูกควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์

เพดาน acoustic ซึ่งอาจจะไม่เคยมีการคิดขึ้นและการสร้างโดยวิธีการใหม่ๆ เป็นสิ่งที่น่าประทับใจ ในที่นี้ วิธีการสร้างจะช่วยสร้างการออกแบบและการก่อสร้างโครงสร้างทางกายภาพ

Generative Design สำหรับไซต์งาน

วิธีการ Generative ไม่เพียงแค่มีประโยชน์ใน design studio ในโครงการศึกษาวิจัยนำโดย Dieter Vermeulen ที่เรียกว่า Crane Position Optimization การใช้โครงการ Fractal ของ Autodesk (ในโครงการถูกเรียกว่า Refinery) ผู้รับเหมาก่อสร้างสามารถเลือกกลยุทธ์โมเดลที่ดีที่สุดสำหรับการประกอบอาคารตั้งแต่ precast panels ได้

การทดสอบอัลกอริทึ่มด้วยตำแหน่งที่แตกต่างของรถบรรทุกที่ส่งมอบ panels ไปยังไซต์และเครนที่จะวางลงในสถานที่ มองหากระบวนการที่มีประสิทธิภาพที่สุดที่กำหนดการออกแบบของอาคาร น้ำหนัก panel ความสามารถของอุปกรณ์ และตำแหน่งที่ตั้งของการเข้าถึงจุดสำคัญ เช่น ถนน เป็นการออกแบบที่ซับซ้อน แต่สามารถคำนวณได้ก่อนการเริ่มทำจริง

หลายสิ่งสำคัญเกิดขึ้นที่นี่ : ในขั้นแรก ผู้รับเหมาก่อสร้าง การสร้างสคริปต์ generative ของกระบวนการประกอบ เป็นการนึกถึงความเชี่ยวชาญเกี่ยวกับวิธีการที่ดีที่สุดในการประกอบอาคารคอนกรีต; ข้อมูลนี้ปัจจุบันจะอยู่ในรูปแบบที่สามารถนำมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งสามารถใช้ได้กับทุกคนในทีมโครงการ

ขั้นที่ 2 แทนที่จะขึ้นอยู่กับความชำนาญและการพิจารณาในการทำการตัดสินใจที่สำคัญเกี่ยวกับวิธีการใช้เครนในการวาง panels และรถบรรทุกในการจัดส่งให้พวกเขา ทีมก่อสร้างสามารถทำการทดสอบด้วยโครงการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการก่อสร้างและการทดสอบแต่ละครั้ง---ใช้การดำเนินการแทนดิจิตอลของอาคารและการคำนวณของกระบวนการ generative ---แทบจะไม่เสียค่าใช้จ่าย

ทีมสามารถทดลองได้หลายร้อยตัวเลือกในการหาวิธีการที่ดีที่สุด ในความจริง อัลกอริทึ่ม generative สามารถรัน simulation และวัดปริมาณได้ และด้วยวิธีนั้นจะช่วย “หา” วิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดให้ชุดพารามิเตอร์ ด้วยสคริปต์ generative ของตัวเอง การคำนวณ simulation ได้ออกจาก design studio และขณะนี้อยู่ในรถพ่วงก่อสร้าง

สูตรสำหรับการคำนวณการก่อสร้าง

อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกันสิ่งที่สำคัญคือความรู้ด้านการก่อสร้างที่สร้างเข้าไปในสคริปต์นี้อาจจะย้อนกลับไปยัง design studio ก่อนการออกแบบด้วยตัวเองจะเสร็จสมบูรณ์ โดยผู้รับเหมาก่อสร้างไปยังนักออกแบบตามที่พวกเขากำลังสร้างโครงการ ตัวเลือกในกรณีนี้ โครงสร้างคอนกรีตสำเร็จรูป มีความสำคัญสำหรับค่าใช้จ่าย หมายกำหนดการ และโลจิสติกส์ของการก่อสร้างของโครงการที่อาจจะมองไม่เห็นสถาปนิกในขณะที่พวกเขากำลังนึกถึงอาคาร จินตนาการถึงประสิทธิภาพ หากมีการสะท้อนการออกแบบแบบดั่งเดิมไม่เพียงแค่เป็นตัวเลือกของวัสดุสำเร็จรูป แต่เป็นวิธีการสร้างที่ดีที่สุด

ในอนาคต ผู้รับเหมาก่อสร้างจะให้พวกเขาออกแบบร่วมกับ libraries ของสคริปต์ก่อสร้าง ซึ่งสามารถนำมาใช้กับลำดับของปัญหาการก่อสร้างที่ท้าทาย ช่วยให้นักออกแบบเหล่านั้นทดสอบว่าบางสิ่งสามารถสร้างในขณะที่ยังคงอยู่ในฟอร์มดิจิตอล มากกว่าสเกลเต็มและค่าใช้จ่ายบนไซต์งานของตัวเอง

วัตถุดิจิตอล (เช่น precast panel) จะมาพร้อมกับคำแนะนำการคำนวณที่เป็นการอธิบายไม่ใช่เพียงแค่การบอกเกี่ยวกับ dimensions น้ำหนัก และจุดเชื่อมต่อของพวกเขา แต่ยังรวมถึงวิธีที่จะเกิดผลกลับกระบวนการติดตั้งของพวกเขาและวิธีการที่ดีที่สุดในการแนบ ป้องกัน และรวบรวมสิ่งต่างๆ เข้าไปในอาคาร ความรู้ด้านการก่อสร้างสามารถสร้าง เก็บ เข้าถึง และปรับปรุงได้ตลอดเวลา สร้างความลื่นไหล การผสมผสาน และการเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการ AEC ทั้งหมดได้มากขึ้น

การก่อสร้างเต็มไปด้วยความท้าทายทางด้านการผลิต ข้อโต้แย้งระหว่างนักออกแบบและผู้รับเหมาก่อสร้าง และลูกค้าที่ไม่พอใจที่อาจจะยื่นฟ้องร้อง เทคนิค Generative ได้ทำลายปัญหาเหล่านี้ที่พวกเขาประสบอยู่ ซึ่งจะช่วยทีมโครงการในการใช้การคำนวณเพื่อแชร์ทักษะความรู้ ค้นหาคำตอบที่ดีที่สุด และปรับปรุงผลลัพธ์ Stan Allen ยอมรับว่าในขณะที่โครงการส่วนใหญ่ในปัจจุบันเป็นดิจิตอล การคำนวณได้ให้โอกาสที่แท้จริงในการสร้างอาคารที่ดีที่สุด