Bioinspired mathematical model to establish complex patterns for parametric facades
Resumen
La fachada es la piel que filtra y promueve la interacción entre el interior y el exterior del edificio. Durante su proceso de concepción, se debe comprender los patrones ambientales, observar el clima incidente y proponer soluciones que consideren el uso del edificio y aprovechen las oportunidades del clima, filtrando ventajas y desventajas. Las fachadas están compuestas por elementos opacos y transparentes, cerrados y abiertos, y las aberturas son los elementos que promueven la mayor conexión entre los ambientes externos e internos. Las exploraciones de diseño recientes consideran el modelado paramétrico y la fabricación digital como estrategias para establecer y fabricar soluciones de fachada complejas. Sin embargo, estas soluciones a menudo ignoran su función de filtrado selectivo, por lo que las soluciones se establecen con frecuencia a través de requisitos estéticos. La complejidad de modelar la solución de revestimiento del edificio asociada con los requisitos de rendimiento dificulta un enfoque compatible con los requisitos bioclimatológicos, de eficiencia, y biomiméticos, ya que aumenta la complejidad del problema matemático para los procesos de optimización asociados con las características ambientales. Este artículo presenta un modelo matemático inspirado en la naturaleza y sus principios para simplificar los procesos de búsqueda de formas de soluciones complejas en fachadas receptivas. El resultado presenta un algoritmo flexible simplificado capaz de generar patrones para cualquier tipo de sombreado y/o solución de apertura, con el fin de facilitar los procesos de modelado y optimización de las soluciones de fachada. El algoritmo generado se aplica mediante el script Python, Grasshopper y Rhinoceros 3D.
Citas
Kolarevic, B. (2003). Digital morphogenesis. Architecture in the digital age: Design and manufacturing, 12-28.
Kolarevic, B. (2003). Computing the performative in architecture.
Monedero, J. (2000). Parametric design: a review and some experiences. Automation in Construction, 9(4), 369-377.
Oxman, R. (2008). Performance-based design: current practices and research issues. International journal of architectural computing, 6(1), 1-17.
Oxman, N. (2010). Material-based design computation (Doctoral dissertation, Massachusetts Institute of Technology).
Queiroz, N. (2015). Artefatos geradores de microclima: biomimética, parametrização e prototipagem rápida na busca por soluções bioclimáticas para clima quente e úmido (Master's thesis, Universidade Federal de Pernambuco).
Tokuç, A., Özkaban, F. F., & Çakır, Ö. A. (2018). Biomimetic Facade Applications for a More Sustainable Future. Interdisciplinary Expansions in Engineering and Design With the Power of Biomimicry, 77.
Al Horr, Y., Arif, M., Kaushik, A., Mazroei, A., Katafygiotou, M., & Elsarrag, E. (2016). Occupant productivity and office indoor environment quality: A review of the literature. Building and environment, 105, 369-389.
Koolhaas, R., Westcott, J., & Petermann, S. (2014). Elements of architecture. Venice: Marsilio.
Trubiano, F. (2013). Performance based envelopes: A theory of spatialized skins and the emergence of the integrated design professional. Buildings, 3(4), 689-712.
Reinhart, C. F., & LoVerso, V. R. M. (2010). A rules of thumb-based design sequence for diffuse daylight. Lighting Research & Technology, 42(1), 7-31.
Nguyen, A. T., Reiter, S., & Rigo, P. (2014). A review on simulation-based optimization methods applied to building performance analysis. Applied Energy, 113, 1043-1058.
Kheiri, F. (2018). A review on optimization methods applied in energy-efficient building geometry and envelope design. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 92, 897-920.
Snøhetta and Zeidler Partnership. (2020). Fritted glass facade [jpg]. Architizer. https://architizer.com/blog/inspiration/collections/fritted-glass-facade/#media-1
Parkin Architects limited (2020). Winnipeg Women and Newborn Hospital (Goldray Glass). Archello. https://archello.com/story/81348/attachments/photos-videos/3
Takashi Tamaguchi & Associates (2020). Parametric fragment. Archdaily. https://www.archdaily.com/202570/parametric-fragment-takashi-yamaguchi-associates/5004fa0b28ba0d4e8d0012da-parametric-fragment-takashi-yamaguchi-associates-image?next_project=no
Halbe, Holand (2020). Melinda & Bill Gates Hall [Jpg]. Archdaily. https://www.archdaily.com.br/br/763063/bill-and-melinda-gates-hall-morphosis-architects
ACME (2020). Eastland Town Center [jpg]. Parametric Architecture. https://parametric-architecture.com/eastland-town-center-by-acme/
Gahl, Christian (2020). Fabulous Group – Wulai Parking Structure [jpg]. Architizer. https://architizer.com/blog/inspiration/collections/parametrically-designed-metal-facades/
Giantini, G., Negris de Souza, L., Turczyn, D., & Celani, G. (2019). Environmental Ceramics-Merging the digital and the physical in the design of a performance-based facade system.
Caetano, I., & Leitão, A. (2021). Mathematically Developing Building Facades: An Algorithmic Framework. In Formal Methods in Architecture (pp. 3-17). Springer, Cham.
Qian, Z. C.: Design Patterns: Augmenting Design Practice in Parametric CAD Systems. PhD thesis. School of Interactive Arts and Technology: Simon Fraser University. Burnaby, Canada (2009).
Caetano, I., & Leitão, A. When the Geometry Informs the Algorithm. 18. Kirimtat, A., Krejcar, O., Ekici, B., & Tasgetiren, M. F. (2019). Multi-objective energy and daylight optimization of amorphous shading devices in buildings. Solar Energy, 185, 100-111.
Caetano, I., & Leitão, A. (2016). DrAFT: an algorithmic framework for facade design. In eCAADe 16: Complexity & Simplicity, Proceedings of the 34th eCAADe Conference. eCAADe16 (pp. 465-474).
Queiroz, N., & Pereira, F. (2021).A faster Multi-Criteria Optimization Model to parametric facades For Daylighting And Thermal performance. Encontro Nacional e Latino-Americano de Conforto no Ambiente Construído.
Aish, R. (2011). DesignScript: origins, explanation, illustration. In Computational design modelling (pp. 1-8). Springer, Berlin, Heidelberg.
Oxman, R. (2017). Thinking difference: Theories and models of parametric design thinking. Design studies, 52, 4-39.
Zhao, S., & De Angelis, E. (2018). Performance-based generative architecture design: A review on design problem formulation and software utilization. Journal of Integrated Design and Process Science, 22(3), 55-76.
Papalambros, P. Y., & Wilde, D. J. (2000). Principles of optimal design: modeling and computation. Cambridge university press.
Martineau, J. (2010). Quadrivium: The four classical liberal arts of number, geometry, music, & cosmology. Bloomsbury.
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