28 MAGYAR ÉPÍTÉSTECHNIKA 2017/5.

ALGORITMIKUS TERVEZŐESZKÖZÖKSzámos olyan számítógépes alkalma-zás készült, mely az algoritmikus tervezői munkafolyamatokat hivatott segíteni, ilyen pl. a Dassault által fejlesztett Solidworks és Catia, a Bentley által fejlesztett Generative Components, az Autodesk által fejlesztett Dynamo, vagy a Vectorworks által fejlesztett Marionette. Az általános, vagy a mérnöki tervek során használható algoritmikus eszközök nem minden eset-ben nyújtanak hatékony megoldást építész-tervezők számára.Az építésztervezési és tervdokumentációs folyamatok, a szakági tervezőkkel folyta-tott együttműködés és tervmegosztás, a hatósági előírásoknak és kivitelezőknek szánt tervcsomagok kidolgozása és kar-bantartása professzionális BIM (épületin-formáció modellező) platformot igényel. Egyes szoftverfejlesztő cégek saját fejlesz-tési keretek között igyekeznek olyan kiegé-szítőket ajánlani, melyek az algoritmikus tervezési munkamódszereket hivatottak támogatni. Ezek a saját fejlesztésű algo-ritmikus programkiegészítők legtöbbször korlátozott funkcionalitással bírnak.

A poligonokkal történő modellezés nem teszi lehetővé a másod- és harmadfokú görbék, illetve ezekből képzett felületek pontos és gyors ábrázolását, szerkeszté-sét. Ilyen feladatokra sokkal jobban hasz-nálható az ún. NURBS (nem uniform, racionális B-spline) modellezés, melyet elsősorban gépészmérnöki és ipari forma-tervezést segítő alkalmazások használ-nak, itt ugyanis nagy pontossággal kell reprodukálni komplex görbéket és felü-leteket. Egy NURBS felületet pillanatok alatt poligonná alakítható, ugyanakkor egy poligonból gyakorlatilag reménytelen – illetve nagyon sok munkát igénylő feladat – NURBS generálása. Javasolt tehát olyan számítógépes alkalmazást használni algo-ritmikus tervezés céljára, mely támogatja a natív NURBS modellezést.A Robert McNeel & Associates által fe j le sz t e t t R h i noce ros ( R h i no) é s Grasshopper talán a legelterjedtebb sza-bad vonalvezetést használó NURBS modellező és az algoritmikus módszere-ket is támogató számítógépes alkalmazás. A Grasshopper grafikus felhasználói felü-letének köszönhetően matematikai, illetve

programozási ismeretek nélkül aknázhat-juk ki az algoritmikus tervezés nyújtotta lehetőségeket (1. ábra). „A tervezés során használt legkedvel-tebb alkalmazásunk a Rhino; annak elle-nére, hogy ez nem egy BIM (épületinfor-máció modellező) alkalmazás. Jelenleg a Graphisofttal közösen dolgozunk egy olyan tervezői munkakörnyezet megvaló-sításában, amely élő kapcsolatot biztosít a Rhino és az ARCHICAD között. Ez lehe-tővé teszi, hogy algoritmikus tervezői eljá-rásokat BIM munkakörnyezetben használ-hassunk bármely tervezési fázis során.”[1]„Az ARCHICAD a Graphisoft által fejlesz-tett professzionális BIM alkalmazás. A két-

Algoritmikus tervezés és alacsony energiájú épületek – II.Írásunk második részében folytatjuk rövid összefoglalásunkat a manapság sokat emlegetett algoritmikus tervezés témakörében. Az algoritmikus tervezőeszközök bemutatása után egy esettanulmány ismertetésével bepillantást nyújtunk a munkafolyamatok részleteibe is.

1. ábra. Battersea Power Station Malaysia Square, London, UK. © Bjarke Ingels Group (BIG)

2. ábra. Rhinoceros, Grasshopper, ARCHICAD kétirányú, élő kapcsolat: algoritmikus BIM.© Robert McNeel & Associates, GRAPHISOFT

29MAGYAR ÉPÍTÉSTECHNIKA 2017/5.

irányú Grasshopper-ARCHICAD kapcsolat (2. ábra) lehetővé teszi azt, hogy az építé-szek fejlett és sokoldalú algoritmikus eljá-rásokat használjanak, miközben rendelke-zésükre áll minden olyan tervfeldolgozást, csapatmunkát, interaktív tervbemutatást és dokumentálást biztosító eszköz, amit egy professzionális BIM platform nyújthat.”[2]

ESETTANULMÁNYEz az esettanulmány bemutatja, hogy miként lehet egy szabad vonalvezetéssel tervezett magas épület térhatároló szer-kezetén optimális módon elhelyezni a külső árnyékolókat. Az ismertetendő épü-letet és az alkalmazott munkafolyama-tokat Michele Calvano és Mario Sacco (ArchiRADAR) olasz építészek készí-tették.[3] Ez a projekt első díjat nyert a GRAPHISOFT által meghirdetett „Algo-ritmikus tervezés BIM környezetben” pályázaton.A koncepcionális, szabad vonalvezetéssel létrehozott geometria Rhinoceros alkal-mazással készült. A Rhino segítségével egyszerűen, grafikus felhasználói felüle-ten hozhatunk létre NURBS görbéket, és képezhetünk ezekből felületeket. A grafi-kus kontroll-fogópontok használatával 3D nézetben szerkeszthető, módosítható és igazítható a létrehozott felület (3. ábra). A Grasshopper a Rhino algoritmikus ter-vezési eszközöket biztosító kiegészítője. Lehetővé teszi azt, hogy az építészek gra-fikus kezelőfelületen – matematikai isme-retek nélkül – matematikai szabályokat és generatív eljárásokat rendeljenek hozzá a Rhino-ban készített modellhez.

A Grasshopper segítségével a tervezők egy térhálót fektettek a korábban létreho-zott NURBS felületmodellre (4. ábra). Ez lehetővé tette azt, hogy a komplex NURBS modellt egységesen kiosztott, csoportokba sorolható sík elemekkel képezzék le. Az azonos színű felületelemek méretei meg-egyeznek, melyek a gyártási folyamatokat és költséget is optimalizálják.A Grasshopper és a Rhino fontos előnyei közé sorolhatjuk azt is, hogy minden Rhino NURBS felületmodellen végzett változ-tatást azonnal és automatikusan lekövet a térhálókiosztás. Ez a modellkapcsolat tehát nem szűnik meg azután sem, miután a tér-hálót generáltuk, ráadásul a teljes projekt-fájl mérete nem több, mint 200KB!A következő lépésben a NURBS felületre generált, sík tárháló egységek segítségével parametrikus árnyékoló paneleket helye-zünk le. Ezek a panelegységek az aktuá-lis elhelyezés és tájolás, továbbá a napál-lás alapján változtatják helyzetüket, ami a benapozás ellen optimális védelmet bizto-sít. A földrajzi fekvés, valamint a nappá-lya-diagram bemenő adatait ARCHICAD-ben fogjuk meghatározni, és hozzárendelni a panelekhez a következőkben.A z é l ő , k é t i r á n y ú G r a s s h o p p e r -ARCHICAD kapcsolatnak köszönhetően parametrikus árnyékoló szerkezeteket oszthatunk ki a térháló pontjait felhasz-nálva. A kétirányú kapcsolat a tervezési fázis minden szakaszában elérhető és ren-delkezésre áll, tehát akár a kiviteli tervdo-kumentáció készítése során is „büntetle-nül” módosíthatjuk a NURBS felületet. A kétirányú kapcsolat, valamint a BIM mun-

kakörnyezet automatikusan lekövetik az összes érintett változást a térhálóban, a panelek kiosztásában, elhelyezésében és tájolásában is.M i n d e n o l y a n v á l t o z á s , a m e l y e t ARCHICAD BIM környezetben vég-zünk, hatással lesz a Rhino-Grasshopper modellre és viszont (5. ábra). A bemutatott projekt ARCHICAD fájl mérete mindössze 13 MB. Ez a kis fájlméret lehetővé teszi azt, hogy a modellszerkesztési és -frissítési műveletek elvégzéséhez egy átlagos számí-tógép-konfiguráció is tökéletesen megfelel.A terv kidolgozása során felhasználha-tunk parametrikusan konf igurálható ARCHICAD elemeket. A helyszín föld-rajzi jellemzőinek és tájolásának megadása után lehetőségünk van olyan parametrikus árnyékoló panelek betervezésére, amelyek az adott napállást követve változtatják az árnyékoló lamellák helyzetét (6. ábra).Az ARCHICAD professzionális BIM munkakörnyezete lehetővé teszi a NURBS alapokon nyugvó épületmodell tervdoku-mentációjának – metszet, homlokzatok, alaprajzok stb. – előállítását és tervlapokra helyezését, továbbá készíthetünk modell alapú anyag-, elem- és költségkimutatá-sokat is a tervezés bármely szakaszában. Látványtervek és mobil eszközökön meg-tekinthető, interaktív BIMx tervbejárás is bármikor előállítható.Az ARCHICAD BIM terv szabadon megosztható szakági társtervező mér-nökökkel is .IFC és .BCF fájlformátum használatával (OPEN BIM). Az épület térhálógeometria modellje megosztható szerkezettervező mérnökökkel. Az itt

3. ábra. Épületburok, térháló, panelkiosztás, 3D-rács tartószerkezet, árnyékoló szerkezet egyetlen BIM modellben. © Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR

30 MAGYAR ÉPÍTÉSTECHNIKA 2017/5.

bemutatott példában TEKLA Structures alkalmazás használatával készült el a tér-beli rácsostartó szerkezeti vázlata. A szer-kezettervezők által kidolgozott teherhordó váz geometriáját és javasolt csomópontjait az építésztervezőkkel is meg lehet osztani. Elvégezhető a gépészeti rendszerek és a szerkezeti elemek ütközésvizsgálata, mely további tervegyeztetés alapjául is szolgál-hat (7. ábra).A Grasshopper algoritmikus eszközeivel előállított Rhinoceros modell használható az épület energetikai jellemzőinek vizsgá-latára is. A Ladybug és a Honeybee Rhino kiegészítők lehetővé teszik a Rhino modell Energy Plus alkalmazásban történő elem-zésének elkészítését. Az ARCHICAD is lehetővé teszi építészek által is könnyen elvégezhető energetikai kimutatások elké-szítését, továbbá lehetőség van az energeti-kai modell egyéb alkalmazásokkal történő megosztására is (pl. PHPP, iSBEM, VIP-

Energy, gbXML, illetve az un. „zöld” IFC formátum használatával).„Az épületeket ma már elláthatjuk dina-mikusan változó jellemzőkkel, amelyek összességét akár ’viselkedés’-nek is elne-vezhetjük. Az épületburok valós időben képes követni a környezeti változásokat, mindezért a tervezőknek nemcsak megter-vezni kell az épületet, de fel kell készíteniük azt a megfelelő »viselkedésre« is, azaz a változások valós idejű követésére. A számí-tógépes programok fejlődésének köszönhe-tően az épületek dinamikus viselkedésének megtervezése jóval egyszerűbb algoritmi-kus és generatív tervezési eljárások hasz-nálatával. Matematikai összefüggések és paraméterek használatával adhatjuk meg az épületek viselkedésének szabályait. Ez lehetővé teszi, hogy bonyolult, de közvet-len kapcsolatot hozzunk létre a környezet dinamikusan változó jellemzői és a komp-lex építészterv között. Azt a személyt, aki

a kapcsolat létrehozásáért, továbbá a két oldalról érkező adathalmaz kezeléséért felelős, hívhatjuk »algoritmikus« tervező-nek. A feladata az épület formájának meg-határozásán túl a kivitelezési és gyártási munkafolyamatok ellenőrzése is.”[4] Az itt bemutatott munkafolyamat lehetővé teszi, hogy az építésztervezők napi mun-kájuk során olyan algoritmikus és genera-tív eszközöket használjanak, melyek impo-záns formák létrehozásán túl bonyolult tervezési szabályok, energetikai előírások betartásában is segítséget nyújtanak.

ÖSSZEGZÉSAz algoritmikus tervezési folyamatok a természetben megfigyelhető szabályrend-szert használnak. Matematikai össze-függések és paraméterek használatával impozáns épületformákat generálhatunk. A formai kialakításon túl használhatjuk ezeket az összefüggéseket arra is, hogy

4. ábra. A Grasshopper használatával parametrikus jellemzőkkel láthatjuk el a Rhino modelleket. © Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR

5. ábra. Grasshopper – Rhino – ARCHICAD kétirányú, élő kapcsolat, BIM alapú munkakörnyezet © Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR

31MAGYAR ÉPÍTÉSTECHNIKA 2017/5.

optimalizáljuk az épület energiafogyasztá-sát, építési és üzemeltetési költségeit. Az épület tervezésének kezdeti szakaszá-ban hozott építészi döntések akár 80 szá-zalékban meghatározhatják a megépült épület energetikai jellemzőit. Ez tulajdon-képpen azt jelenti, hogy ha – energetikai szempontokat tekintve – rossz döntéseket hozunk a tervezés kezdeti szakaszában, akkor azt a későbbi szakaszok során már nem lesz módunkban építészi eszközök-kel korrigálni (tájolás, tömegformálás stb.). A szakági mérnökök az építészterveket és koncepciót alapul véve tervezik meg az épület hűtési, fűtési és szellőzési rendsze-reit. Megfelelő tervkoncepció kialakításá-val optimalizálni lehet az épületgépészeti

rendszerek teljesítményigényét, ami az épület fenntartási és üzemeltetési költsé-geinek az optimalizálását is jelenti. A kon-cepcionális tervek tehát nemcsak az épület formai kialakítását, de energetikai jellem-zőit és fenntartási költségeit is alapvetően meghatározzák.Az algoritmikus tervezői eszközök segítsé-get nyújthatnak az aktív- és passzív szolár-rendszerek megtervezése, beépítése, illetve üzemeltetése kapcsán. Az épület geometri-ájának megformálása, a transzparens szer-kezetek, ablakok számának, méretének és elhelyezésének alakítása, a fix- vagy dina-mikus árnyékolási rendszerek meghatáro-zása, a benapozás mértékének befolyáso-lása hideg és meleg évszakok, napszakok

szerint: mindez lehetséges. Az algoritmi-kus tervezői eszközök végső soron segít-séget nyújthatnak optimális energetikai tulajdonságokkal rendelkező épületek ter-vezése, építése és üzemeltetése során.

Filetóth Leventeokl. építészmérnök

7. ábra. Teherhordó vázszerkezet létrehozása (TEKLA Structures) és a modell ellenőrzése (Solibri Model Checker) © Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR

6. ábra. Parametrikus ARCHICAD árnyékoló elemek generatív kiosztása és elhelyezése. © Michele Calvano és Mario Sacco, ArchiRADAR

Jegyzetek[1] Jakob Andreassen, BIM Manager,

Bjarke Ingels Group, www.big.dk[2] Baróthy Laura, Terméktervező,

Graphisoft, www.graphisoft.com[3] www.archiradar.it[4] Mario Sacco, Architect,

ArchiRADAR, www.archiradar.it