Parametarsko modelovanje i optimizacija urbanističkih rešenja

Zašto su urbanističkim rešenjima potrebni novi digitalni alati?

Razvoj idejnih urbanističkih rešenja predstavlja jedan kompleksan proces donošenja bitnih projektantskih odluka. Svaka promena u prostoru utiče na veliki broj faktora: indekse izgrađenosti i zauzetosti, osunčanost, zelene površine, zagađenost bukom, energetsku efikasnost, ekonomsku isplativost i mnoge druge.

Iskustvo, intuicija i osećaj za prostor i dalje su veoma važni, ali često nisu dovoljni kada je potrebno istovremeno sagledati mnogo povezanih uticaja. Dodatni problem predstavljaju kratki rokovi i pritisak da se do krajnjeg rešenja dođe brzo. Loša odluka u idejnoj fazi kasnije može zahtevati mnogo vremena, rada i novca kako bi se ispravila.

Pored toga, konvencionalni pristup projektovanju najčešće podrazumeva rad na malom broju varijanti, jer svaka izmena zahteva dodatno crtanje, modelovanje i proveru. Zbog toga je relativno teško brzo ispitati kako promene u visini objekata, gabaritima, rotaciji ili širini ulica utiču na uspešnost krajnjeg rešenja.

Međutim, razvoj digitalnih alata, među kojima je i parametarsko modelovanje, omogućavaju da se veći broj scenarija ispita brže i preciznije. Njihova uloga nije da zamene arhitektu, već da mu pomognu da jasnije razume posledice svojih odluka i da na osnovu toga razvija urbanističko rešenje sa većim stepenom sigurnosti.

Od ideje do parametarskog modela

Parametarski dizajn se često pogrešno povezuje samo sa kompleksnim, nepravilnim ili futurističkim formama. Njegova suština nije u izgledu, već u načinu na koji se forma definiše. Parametarski model, zapravo, predstavlja jedan sistem sačinjen od geometrijskih pravila, odnosa i operacija koje definiše arhitekta.

Algoritam zatim prati ta pravila, čita ulazne parametre i automatski generiše novu formu.

Dakle, arhitekta postavlja logiku, a algoritam konstruiše formu – pri čemu se ne gubi vreme na ručnom crtanju ili 3D modelovanju.

U urbanizmu geometrijska pravila mogu biti rastojanja između objekata, visine zgrada, širine i geometrija ulica, orijentacija volumena, procenat zelenih površina, indeks izgrađenosti ili udaljenost od saobraćajnica. Kada se promene ulazni parametri (spratna visina, širina ulica, dimenzije objekata, i slično), menja se i konačna forma, ali osnovna projektantska logika ostaje ista.

Sličan proces bi mogao da se radi i ručno, ali bi bio isuviše spor i nepraktičan za ispitivanje velikog broja mogućnosti. Parametarski pristup kao metod nudi mogućnost arhitektama da u roku od nekoliko sekundi provere sitne projektantske odluke (Šta se desi kada se sve dimenzije objekata prošire za 20 cm?), ali i neke veće izmene (Koje su prednosti terasastih i zasečenih objekata u odnosu na jednostavne vertikalne kubuse?).

Ipak, najvažniji deo procesa i dalje ne počinje u softveru, već u dobroj projektantskoj ideji. Skica na papiru, razumevanje lokacije i topografije terena su i dalje osnova kvalitetnog rešenja. Dobra ideja se potom prevodi u parametarski model, i pravi se jedan DNK sastavljen od geometrijskih operacija koji ima mogućnost da proizvodi brojna varijantna rešenja.

Projektovanje spektra mogućnosti, nasuprot jednog idejnog rešenja

U konvencionalnom procesu projektovanja obično se razvije nekoliko grubih postavki, a zatim se jedno ili dva rešenja biraju za dalju razradu. Takav pristup je razumljiv, jer svaka nova varijanta ili izmena zahteva dodatno vreme za proveru i prezentaciju. Ipak, zbog toga se projektantski proces često prerano sužava ka jednom pravcu. Dakle, kako onda možemo da budemo sigurni da smo ponudili najbolje moguće rešenje?

Takođe, parametarsko modelovanje uvodi drugačiji način razmišljanja. Umesto razvoja jednog rešenja, projektuje se čitav spektar mogućnosti.

Dobro postavljen parametarski model ima mogućnost da proizvede desetine hiljada različitih konfiguracija – koje uključuju manje izmene u formi, ali i znatno veće promene u dizajnu.

Takođe, važno je naglasiti da parametarski model može da zadrži prepoznatljiv projektantski karakter. Arhitektonski studio može da razvije sopstvenu logiku oblikovanja, tj. jedinstven arhitektonski izraz i ugradi ga u algoritam. Dakle, na različitim lokacijama rezultati neće biti identični, jer se menjaju ulazni podaci i ograničenja, ali krajnja rešenja mogu zadržati isti autorski pečat.

Cilj, međutim, nije proizvodnja velikog broja varijanti sama po sebi. Vrednost ovog pristupa je u tome što omogućava da se brže i jasnije ispita kako različite odluke u oblikovanju formi utiču na kvalitet konačnog urbanističkog rešenja. Brzo ispitivanje formi omogućava nam da donosimo projektantske odluke sa većim stepenom pouzdanosti.

Kako razlikovati dobro i loše urbanističko rešenje?

Kada imamo veliki broj generisanih varijanti, postavlja se ključno pitanje: Kako razlikujemo dobra od loših rešenja? Prosto nije dovoljno samo izabrati formu koja vizuelno deluje najzanimljivije. Stoga, potreban je sistem vrednovanja koji pokazuje prednosti i slabosti svake konfiguracije.

Parametarski model sam po sebi ne zna šta je kvalitetan prostor. On izvršava pravila koja su mu zadata, ali kriterijume dobrog urbanističkog rešenja moraju da definišu arhitekta i urbanista.

Ti kriterijumi se zatim proveravaju kroz različite analize. Na primer, analiza osunčanosti može pokazati koja rešenja imaju bolje uslove dnevnog osvetljenja. Druge analize mogu ispitivati odnos neto i bruto površina, kvalitet vizura, kvalitet provetrenosti, količinu zelenila ili izloženost buci.

Rezultati analiza su numeričke vrednosti koje mogu biti u opsegu od 0 do 1, gde su vrednosti bliže nuli lošijih performansi, a vrednosti bliže jedinici znatno boljih. Kada se takvi podaci povežu sa svakom generisanom varijantom, rešenja se ne posmatraju samo kao slike, već kroz svoje performanse.

Takođe, nisu numerički parametri svih analiza jednako bitni, ali arhitektama se otvara mogućnost da naprave razuman balans između različitih performansi. Brzo ispitivanje rezultata svakog varijantnog rešenja i kreiranje jedne baze podataka spada u noviji pristup projektovanju koji se naziva „performance-based design“.

Kako pronaći idejno rešenje sa najboljim performansama?

U urbanizmu retko postoji jedno rešenje koje savršeno odgovara svim zahtevima. Jedna varijanta može imati dobru osunčanost, ali manju gustinu objekata. Drugo rešenje može biti isplativije, ali slabije po pitanju javnog prostora. Treća može imati zanimljivu formu, ali lošiju ekonomsku isplativost. Zato cilj nije pronaći savršeno rešenje, već najbolji balans između različitih performansi.

Tu optimizacija postaje važan deo procesa. Ako parametarski model može da proizvede desetine hiljada varijanti, to ne znači da će da se troši vreme na generisanje svih mogućnosti.

Algoritmi za optimizaciju „pametno“ tragaju za optimalnim rešenjima tako što generišu manji skup mogućnosti i izdvoje rešenja sa uspešnim performansama. U narednoj generaciji (iteraciji) konstruišu se nove forme na osnovu prethodnih konfiguracija i posle nekoliko ponavljanja dolazi se do skupa koji najpribližnije zadovoljava postavljene ciljeve (npr. BRGP = 48.000 m2, H = 18.4 m, visoka osunčanost, visok stepen zelenila, itd.).

Proces optimizacije veoma brzo može da usmeri pretragu ka uspešnim rešenjima, te sa lakoćom rešava kompleksne probleme sa velikim brojem parametara, zahteva i ograničenja – što je ljudima praktično nemoguće da urade.

Stoga, optimizacija omogućava saradnju čoveka i mašine – arhitekta definiše ciljeve i postavlja logiku, a algoritam brzo ispituje veliki broj konfiguracija.

Konačni izbor i dalje ostaje bitna projektantska, estetska i strateška odluka. Algoritam može da suzi izbor i izdvoji varijante sa dobrim performansama, ali arhitekta, investitor i drugi akteri odlučuju koje rešenje ima najbolji odnos između kvaliteta prostora, performansi i isplativosti.

Koje su uloge arhitekti, investitora i drugih aktera u algoritamskom procesu projektovanja?

Iako parametarski model proizvodi mnogo raznovrsnih varijacija, on ne umanjuje ulogu arhitekte. Naprotiv, daje mu veću kontrolu nad procesom ispitivanja formi. Uloga arhitekte ne obuhvata više ručno oblikovanje forme, već definisanje geometrijskih pravila, promenljivih parametara i ograničenja, kao i da oblikuje karakter rešenja kroz projektantsku logiku. Takođe, arhitekta mora da ispoštuje urbanističke i mnoge druge kriterijume za zadatu lokaciju i ugradi ih u parametarski model.

Investitor u datom procesu dobija jasniji uvid u posledice i rezultate određenih zahteva. Na primer, on može direktno da vidi šta se dešava pri promeni gabarita ili orijentacije objekata.

Umesto da se o tim odlukama razgovara samo kroz pretpostavke, one se mogu proveriti kroz konkretne podatke i uporediva varijanta rešenja.

Bitno je naglasiti da je sva ograničenja u parametarskom modelu postavio arhitekta, te investitor ne može da modifikuje formu van grani- ca koje su ugrađene u algoritam.

Na primer, dimenzije i oblikovanje objekata zadržaće karakter koji je postavio arhitekta, ali će se isto tako zadovoljiti zahtevi investitora kroz pronalaženje konfiguracija sa većim stepenom isplativosti. Na taj način i investitor lakše razume odnos između isplativosti projekta i kvaliteta prostora.

Drugi akteri, poput saobraćajnih inženjera, gradskih institucija, komisija ili građana, takođe mogu lakše da učestvuju u procesu. Projekat se ne prikazuje samo kroz jednu finalnu sliku, već kroz niz mogućih scenarija koji pokazuju šta se dobija, a šta gubi određenim izborom.

Na taj način algoritam ne zamenjuje učesnike u procesu, već pomaže da njihove odluke budu jasnije, merljive i bolje usklađene.

Gde je budućnost projektovanja urbanističkih rešenja imajući u vidu razvoj veštačke inteligencije?

Razvoj veštačke inteligencije dodatno će promeniti način na koji razmišljamo o projektovanju. Ipak, kao i parametarsko modelovanje i optimizacija, AI je samo novi digitalni alat.

Njegova vrednost nije u tome da zameni arhitektu, već da mu pomogne da brže analizira podatke, prepozna određene obrasce i donosi sigurnije odluke.

Danas se AI najčešće povezuje sa generisanjem slika i brzih idejnih vizualizacija. To može biti korisno u ranim fazama, kada se ispituju atmosfera, karakter prostora ili vizuelni pravci. Međutim, veći potencijal nalazi se u radu sa bazama podataka.

Veštačka inteligencija, zapravo, predstavlja statistički pristup rešavanju problema. Ako postoji kvalitetna baza podataka, AI modeli mogu da prepoznaju ključne obrasce i prave izuzetno pouzdane predikcije. Na primer, baza koja povezuje urbanističke parametre i forme sa realnim troškovima i cenama, može pomoći u preciznoj proceni investicije za novo idejno urbanističko rešenje u posmatranom kontekstu.

Budućnost urbanističkog i arhitektonskog projektovanja neće biti u tome da algoritmi zamene arhitekte, već da ih arhitekte koriste kao produžetak sopstvene analitičke i kreativne sposobnosti. Najveći potencijal je u tome da se vremenski zahtevne operacije prepuste algoritmima, dok arhitekta zadržava ključnu ulogu u tumačenju rezultata i donošenju odluka.

Autor teksta: Ognjen Graovac, M.Arch. Algorithmic Architecture