Discrete Continuities: Generative Design Explorations of Spatial Structures in Architecture

Abstract

This paper contributes to the research in the field of generative computational design of discrete assemblies and their implementations in constructing spatial structures in architecture. Works and research on discrete architecture and architectural ontology suggest that the considerable promise for a complex, open-ended, adaptable architecture could be a digital form of assembly based on parts. In this study, the topic of compositions made of discrete elements is researched from the perspective of the creative process. Respectively, the paper explores the possibility of using generative systems based on graph grammar formalism in the creation of adaptable spatial configurations in an architectural context. We tested this approach through design research in which a computational generative system was used as an embedded system for formal explorations. Starting from the specification of discrete elements/modules and their inherent attributes, then the definition of the composition rules and constraints, we applied the graph grammar formation procedure which, by a random selection of the modules and rules on each iteration of the additive process, generated a variety of complex spatial structures. The emergent discrete continuities exhibit new and unanticipated detail, materiality, structure, functionality, and aesthetics inherent to the design process augmented by human-machine interaction. The structural performance of these structures was evaluated using software based on the Finite Element Method (FEM), while the constructability was tested through the construction of small-scale prototypes. This theme enabled us to study specific design methodology, as well as to investigate the potential of digitally intelligent architecture.

Изазови са којима се архитектонско пројектовање суочава у дигиталној ери подразумевају повећање комплексности пројеката и захтевима за примену за ефикасних пројектантских методама и алата. Овај рад доприноси истраживањима у области генеративног рачунског пројектовања дискретних склопова и њиховој примени у изградњи просторних структура у архитектури. Дискретна архитектура је приступ који се односи на рачунарско манипулисање дискретним елементима архитектонских објекта који су репрезентовани у форми вишезначних, адаптибилних и скалабилних дигиталних података. Дискретна архитектура користи предности дигиталне економије и аутоматизације како би допринела демократизацији производње и повећању доступности, препознајући потенцијалне економске, социјалне и културне импликације. Истраживања и пројекти орјентисани на тему дискретне архитектуре и архитектонске онтологије указују на потенцијале које нуде комплексне, прилагодљиве архитектоничне структуре који настају као резултат дигиталног склапања елемената. У оквиру овог рада, тема композиција од дискретних елемената истражује кроз креативни процес. С тим у вези, рад испитује могућност употребе генеративних система заснованих на формализму граматике графова у стварању прилагодљивих просторних конфигурација у архитектонском контексту. Приступ је тестиран коришћењем методе истраживања кроз пројекат у коме се рачунски генеративни систем користи као уграђени систем за истраживања форме просторних структура. Као генеративна процедура у истраживању се користи граматика графа. У овој процедури полазећи од спецификације дискретних елемената / модула и њихових атрибута, затим дефиниције правила и ограничења њихове композиције, стохастички алгоритам случајним одабиром модула и правила на свакој итерацији адитивног процеса генерише различите просторне структуре. Просторне структуре од дискретних елемената генерисане на овај начин поседују особину емергенције, континуитета, али и нови ниво материјалности, детаља, структуре, функционалности и естетике који су својствени процесу пројектовања који је заснован на интеракцији дизајнера и рачунара. Структурне перформансе композиција оцењене су помоћу софтвера заснованог на Методи коначних елемената (МКЕ), такође конструкција је у одређеној мери проверена и кроз израду прототипа у малој размери. Предметно истраживање је омогућило проверу специфичне пројектантске методологије, као и испитивање потенцијала дигитално интелигентне архитектуре.