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