Algorithmic Architecture: Arbeiten zu parametrischen Entwurfsmethoden

„Parametrisches Entwerfen – Bauwerksmodelle – Digitale Produktion.

Drei Begriffe, deren Potentiale in dieser Publikation sinnvoll angewendet und anschaulich dokumentiert werden.

Dieses Buch regt zum Experimentieren an.“ Prof. Dr. Dirk Donath

Algorithmic Architecture | Arbeiten zu parametrischen Entwurfsmethoden an der Bauhaus-Universität Weimar

Das vorliegende Buch dokumentiert verschiedene studentische Arbeiten, die im Rahmen zweier Seminare mit dem Titel „Algorithmic Architecture“ von 2009 bis 2010 an der Professur Informatik in der Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar entstanden sind. Die Lehrveranstaltungen wurden konzipiert, um den aktuellen Entwicklungen im Bereich des parametrischen Entwerfens in der Architektur Rechnung zu tragen. Die dargestellten Projekte zeigen, wie sich mittels einfacher formaler Regeln auf spielerische Art und Weise komplizierte geometrische Strukturen erzeugen lassen, die sich durch eine besondere Ästhetik auszeichnen.

InfAR

Algorithmic Architecture Arbeiten zu parametrischen Entwurfsmethoden an der Bauhaus-Universität Weimar

Impressum Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über dnd.d-nb.de abrufbar.

Algorithmic Architecture – Arbeiten zu parametrischen Entwurfsmethoden an der Bauhaus-Universität Weimar

Herausgeber Reinhard König, reinhard.koenig@uni-weimar.de Florian Geddert, florian.geddert@uni-weimar.de Bauhaus-Universität Weimar Professur Informatik in der Architektur Belvederer Allee 1, 99421 Weimar Deutschland http://infar.architektur.uni-weimar.de www.uni-weimar.de

Lektorat: Eva König Einbandentwurf: Florian Geddert Grafische Gestaltung, Satz: Toni Herzog

© 2011 Bauhaus-Universität Weimar Herstellung und Verlag: Books on Demand GmbH, Norderstedt ISBN 9783842341487

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InfAR – Informatik in der Architektur

Algorithmic Architecture Arbeiten zu parametrischen Entwurfsmethoden an der Bauhaus-Universität Weimar

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Inhalt

Einleitung........................................................................................... 6

Zahn in Zahn.....................................................................................12 Lost in Parameter..............................................................................14 Blattwerk...........................................................................................16 Emotion Machine..............................................................................18 Parameter-Stoff................................................................................ 20 Lamellen 20/7.................................................................................. 22 Whirlpool.......................................................................................... 24 Data Stream..................................................................................... 26 Sun Breaker......................................................................................28 Quadrate im Verzug..........................................................................30

Traum im Schaum............................................................................ 32 Space of Touch............................................................................... 34 Parametric Net Structure................................................................. 36 Aktivgras......................................................................................... 38 Cloud Lounge.................................................................................. 40

L-System Siedlung........................................................................... 42 Digital Bauhaus Lab......................................................................... 44 Parametrischer Laborturm............................................................... 48 Persona........................................................................................... 52

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Einleitung von Vertr.-Prof. Dr. Reinhard König

Das vorliegende Heft dokumentiert die Ergebnisse der Seminare Algorithmic Architecture, welche im Wintersemester 2009/10 und im Sommersemester 2010 an der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) an der Bauhaus-Universität Weimar stattgefunden haben.

Sie wurden konzipiert, um den aktuellen Entwicklungen im Bereich des computerbasierten Entwerfens in der Architektur Rechnung zu tragen. Im folgenden einleitenden Text werden diese Entwicklungen skizziert und die Themen der beiden Seminare kurz beschrieben.

Im letzten Teil des Hefts finden sich drei Entwurfsarbeiten, bei welchen die im Seminar vermittelten Methoden im Rahmen einer umfassenderen Planungsaufgabe eingesetzt wurden.

Die Aufgabe, die der ersten Arbeit zugrunde lag, bestand in der Ausarbeitung eines auf expliziten Regeln basierenden Siedlungsentwurfs. Die letzten beiden Arbeiten setzten sich mit dem Entwurf eines Werkstattgebäudes mit digitalen Modellbaumaschinen (Digital Design Lab) auseinander.

Entwicklung des parametrischen und algorithmischen Entwerfens Da sich in der Literatur keine brauchbaren Definitionen zu parametrischem oder algorithmischem Entwerfen im Bereich der Architektur finden, werden wir uns hier zuerst mit der Frage beschäftigen, was mit diesen Begriffen überhaupt gemeint ist. Oftmals dienen sie lediglich der Charakterisierung avantgardistisch anmutender Entwürfe, die mit Computerunterstützung erstellt oder realisiert wurden. Da eine solche sehr allgemeine Begriffsverwendung für das hier behandelte Thema nicht fruchtbar ist, erscheint eine Auseinandersetzung mit den technischen Grundlagen erforderlich.

Bevor wir uns also mit verschiedenen computerbasierten Entwurfsmethoden befassen, müssen wir uns vergegenwärtigen, wie physikalische Objekte im Computer mittels eines geometrischen Modells abgebildet werden. Ein geometrisches Modell repräsentiert bestimmte Elemente wie Punkte, Kanten, Flächen, Volumen. Die datentechnische Repräsentation dieser Elemente erfolgt vor allem anhand ihrer Eigenschaften, z.B. ihrer Koordinaten zur Positionsbeschreibung. Aus technischer Sicht gibt es mindestens fünf verschiedene Repräsentationsverfahren für geometrische Modelle , die uns hier aber nicht näher interes|6

sieren. Wichtig ist, dass bei jeder Repräsentationsform Angaben zu bestimmten Elementeigenschaften notwendig sind, welche auf dieser Ebene als Parameterwerte betrachtet werden können. Aus dieser Perspektive ist jedes geometrische Modell auch ein parametrisches Modell.

Entscheidend ist hier, wie der Benutzer eines Computerprogramms geometrische Elemente erstellen (modellieren) und anschließend auf diese zugreifen (manipulieren) kann. Die Funktionsweisen klassischer CAD-Programme wurden vor allem als Nachbildung der Zeichentätigkeit auf einem Reißbrett konzipiert, wie sie bei Ingenieuren üblich war.

Bei heute gängiger Software bedeutet dies, dass der Zugriff auf die Elementparameter meist über eine grafische Interaktion eines Benutzers mit den auf dem Bildschirm dargestellten geometrischen Objekten mittels Mauseingabe (indirekt) oder über die numerische Angabe neuer Eigenschaftswerte für bestimmte Elemente (direkt) erfolgt.

Von einer Software zum parametrischen Modellieren können wir folglich sprechen, sobald diese es einem Benutzer ermöglicht geometrische Elemente direkt und indirekt zu erstellen und zu manipulieren. Erwähnenswert ist zudem, dass sich die beschriebene Nutzerinteraktion in der Regel auf geometrische Objekte bezieht, die aus verschiedenen geometrischen Elementen bestehen. Ein Quader besteht beispielsweise aus 8 Eckpunkten, 12 Seitenkanten und 6 Flächen. Die Manipulation der Höhe eines Quaders wirkt sich automatisch auf die Koordinatenwerte einiger dieser Unterelemente aus.

Erstellt man ein geometrisches Modell so, dass zwischen den geometrischen Elementen bzw. deren Parametern Abhängigkeiten (Assoziativitäten) bestehen, spricht man von einem assoziativen Modell. Dieses ist in der Regel hierarchisch aufgebaut, so dass die Abhängigkeiten bzw. Verbindungen zwischen den Elementen in einer Baumstruktur organisiert sind.

Eine solche Struktur hat zur Folge, dass alle Elemente auf einem ersten „Ur“-Element aufbauen und sich Änderungen beim ersten Element auf alle anderen auswirken.

Schwierigkeiten bereitet bei assoziativen Modellen eine netzartige Assoziativität, bei der sich Elemente in einer zirkulären Abhängigkeit zueinander befinden. Eine solche Vernetzung ist aufgrund der damit einhergehenden Komplexität schwer zu handhaben und erfordert bestimmte Kontrollmechanismen, welche die Bedingungen der Interaktion zwischen zwei Elementen genau definieren. Eine solche Definition ist mittels Algorithmen anzugeben, weshalb netzartig aufgebaute assoziative Modelle um spezielle Methoden ergänzt werden müssen. Aus der dargestellten Unterscheidung zwischen geometrischen und assoziativen Modellen ergeben sich verschiedene Möglichkeiten für deren Einsatz im architektonischen Entwurfsprozess. Wir unterscheiden zwischen Methoden des parametrischen und algorithmischen Entwerfens. |7

Beim parametrischen Entwerfen geht es vorrangig um die assoziative Verknüpfung der Parameter verschiedener geometrischer Objekte zur Abbildung komplizierter Abhängigkeiten, die in einer Baumstruktur organisiert sind. Beim algorithmischen Entwerfen werden netzartige Parameterverknüpfungen berücksichtigt, wodurch es zu Interaktionen und Rückkoppelungen zwischen geometrischen Objekten kommen kann. Da Rückkoppelungsprozesse bei komplexen Systemen eine wichtige Rolle spielen, können diese nur mittels algorithmischer Entwurfsmethoden abgebildet werden.

Das algorithmische Entwerfen erfordert fundierte Kenntnisse über Programmiertechniken, welche in der Ausbildung von Architekten nur schwer vermittelbar sind, da sie ein streng logisch-mathematisches Denken erfordern, dass auf den ersten Blick dem kreativen Arbeiten an architektonischen Entwürfen widerspricht. Vermutlich aus diesem Grund konnten sich Initiativen zum Computational Design nicht durchsetzen, die in den 90er Jahren im Rahmen verschiedener Ausbildungsprogramme an verschiedenen experimentell ausgerichteten Universitäten weltweit erprobt wurden und sich mit der Entwicklung eigener kleiner Computerprogramme für bestimmte Entwurfsaufgaben auseinandergesetzt haben. Die technische Basis für diese Arbeiten bildeten meist Skriptsprachen, z.B. AutoLisp oder VBA für AutoCAD. In den letzten Jahren ist allerdings ein Trend zu erkennen, der ausgehend vom MIT-MediaLab und von Protagonisten wie John Maeda Programmierung als grundlegende gestalterische Methode versteht. Dieser Trend hat dazu geführt, dass in die Ausbildung von Designern und Architekten zunehmend Programmierkurse integriert werden.

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Das Konzept des parametrischen Modellierens wurde zuerst bei Software für Maschinenbau, Industriedesign (Pro/Engineer) und Filmproduktion (Maya, 3D Studio Max) umgesetzt.

Im Bereich der CAAD Software entwickelte sich aus der Parametrisierung geometrischer Objekte das bauteilorientierte Modellieren, bei dem die Abmessungen von Bauteilen wie Türen, Fenster oder Wände über Parameter kontrolliert werden können. Die aktuelle Entwicklung im Architekturbereich treibt das Konzept der Parametrisierung unter dem Schlagwort Building Information Modeling (BIM) an seine Grenzen, indem Bauteilen alle denkbaren Eigenschaften zugewiesen werden (z.B. Kosten, Materialität, Dämmkennwerte) und versucht wird, die Struktur von Gebäuden in allgemeingültigen Schemata abzubilden (z.B. Geschossigkeit, Fassadenaufbau, Dachkonstruktion). Das Ziel des BIM-Ansatzes besteht darin, alle bauwerksrelevanten Informationen in einem digitalen Modell zusammenzufassen, wodurch die Effizienz bei der Bauplanung und -ausführung erhöht werden soll. Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass es das Wesen des kreativen Entwerfens ist, sich fortwährend vorgefertigten Schemata zu entziehen und unkonventionelle Wege zu suchen, deren Begehen die relativ starren BIM-Systeme oft erschweren oder sogar verhindern.

Als Alternative zu CAAD- bzw. BIM-Systemen (z.B. Revit, Allplan, ArchiCAD) wurden relativ flexible 3D-Modellierprogramme für architektonische Anwendungen entwickelt, welche auf das Potential des BIM-Ansatzes verzichten und sich weniger zum Zeichnen von Plänen oder Baudetails eignen, dafür aber große Freiheiten bei der formalen Gestaltung bieten. Eines dieser Programme ist Rhino3D, welches seit Ende der 90er Jahre erhältlich ist und sich heute als sehr kostengünstige Modelliersoftware (verglichen mit etablierten Programmen in diesem Bereich wie Cinema 4D, 3ds Max oder Maya) durchgesetzt hat.

Für Rino3D existieren zahlreiche architekturspezifische Plugins. Im Rahmen der hier vorgestellten Seminare konzentrierte sich die Auseinandersetzung, wie bereits erwähnt, auf das Plugin Grasshopper, welches seit 2007 maßgeblich von David Rutten entwickelt wurde. Mit Grasshopper können komplizierte Modelle erstellt werden, die sich hervorragend zum parametrischen Entwerfen eignen. Grasshopper bietet zur parametrischen Modellierung einen grafischen Editor, der es einerseits ermöglicht, Parameter-Abhängigkeiten zwischen Elementgruppen zu definieren und diese Abhängigkeiten mit vordefinierten oder selbst erstellten Algorithmen zu verknüpfen.

Aufgrund der expliziten Einbindung von Algorithmen und der Möglichkeit, diese auf vielfältige Weise mit geometrischen Objekten zu verknüpfen, wurden die hier beschriebenen Seminare mit Algorithmic Architecture betitelt.

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Mit einigem Aufwand ist es mittels Grasshopper zudem möglich, zirkuläre Abhängigkeit zwischen geometrischen Elementen festzulegen. Daher eignet sich das Plugin auch bedingt zum algorithmischen Entwerfen. Auf alle Fälle gehört es zu den ersten und vor allem bedienungsfreundlichsten Systemen, welche es erlauben, mit sehr geringen Programmierkenntnissen und primär grafischen Mitteln abstrakte Schaltungen für assoziative Modelle zu erzeugen. Nicht zuletzt wegen der intuitiven grafischen Benutzeroberfläche und den vielfältigen Möglichkeiten zum Experimentieren erfreut sich Grasshopper großer Beliebtheit bei Architekturstudenten. Die Anbindung an Rhino3D gestattet die weitere Manipulation der erstellten Geometrie mit herkömmlichen CAD-Funktionen.

Die mit Grasshopper generierte Geometrie ist aufgrund der inhärenten Logik des parametrischen Modellierens meist sehr kompliziert und nur unter Zuhilfenahme von Methoden der digitalen Produktion realisierbar . Aus diesem Grund treiben sich neue generative Softwaresysteme und neue Techniken zur digitalen Produktion in den letzten Jahren gegenseitig voran. Um dieser Entwicklung Rechnung zu tragen, haben wir großen Wert darauf gelegt, dass die Studenten die im Seminar erarbeiteten Entwürfe auch als physische Modelle unter Zuhilfenahme aller verfügbaren digitalen Modellbautechniken umsetzen.

Beschreibung der Seminare Die Aufgabenstellung des Seminars Algorithmic Architecture im WS 2009/10 bestand in der Auseinandersetzung mit dem Ornament, welches in der zu diesem Zeitpunkt aktuellen Architekturpraxis eine Renaissance erlebte, die auf die technischen Entwicklungen im Herstellungsprozess (Computer Aided Manufacturing) und der Weiterentwicklung digitaler Entwurfswerkzeuge zurückzuführen waren. Das Seminar behandelte den Entwurf komplizierter geometrischer Strukturen mit ornamentalem Charakter aus theoretischer sowie aus praktischer Perspektive.

Zur Vermittlung des Arbeitsablaufs vom digitalen Entwurf bis zur Produktion fand zu Beginn des Semesters ein zweitägiger Workshop statt, bei dem die Studenten mit den grundlegenden Funktionen von Rhino3D und Grasshopper sowie den Möglichkeiten der Herstellung komplizierter Bauteile mittels 3D-Printing und Lasercutting-Verfahren vertraut gemacht wurden. In der ersten Seminarphase wurden anschließend Beispiele aus Kunst, Design und Architektur vorgestellt, deren | 10

Gestaltungsprinzipien erarbeitet und ihre parametrische Modellierung mittels Grasshopper vermittelt. Die zweite Seminarphase bestand in der Bearbeitung der konkreten Entwurfsaufgabe, einen Sonnenschutz für einen Computer-Pool der Professur InfAR zu entwickeln.

Der Entwurf musste sowohl konstruktiv umsetzbar als auch im weitesten Sinne ornamental gestaltet sein. Während des betreuten Entwurfsprozesses wurde Wert auf eine spielerischexperimentelle Arbeitsweise der Studierenden gelegt.

Das zweite Seminar Algorithmic Architecture im SS 2010 wurde organisatorisch genauso durchgeführt wie das vorangegangene, wobei die Entwurfsaufgabe in der Gestaltung eines Snoezelen-Raums bestand. Dieser sollte durch die Umgestaltung eines bestehenden Raums an der St. Benedikt Schule in Düsseldorf entstehen. Mit Snoezelen ist gemeint, dass man sich in einem gemütlichen, angenehm warmen Raum aufhält, „in dem man, bequem liegend oder sitzend, umgeben von leisen Klängen und Melodien, Lichteffekte betrachten kann“ . Der Raum dient zur Entspannung der Schüler zwischen den Unterrichtsstunden.

Da wir der Meinung sind, dass die entstandenen Arbeiten von hoher Originalität und Qualität sind, haben wir uns entschlossen, das vorliegende Heft zu gestalten und herauszugeben. Geleitet wurden die Seminare von Herrn Dipl.-Ing. Florian Geddert und mir.

Weimar 2011 Vertr.-Prof. Dr. Reinhard König

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Zahn in Zahn Maria Seidel | Robert Bergmann

Das Konstruktionsprinzip unseres Regalsystems ist angelehnt an alte Holzverbindungen, welche normalerweise für die Verbindung von Pfetten und Balkenlagen verwendet werden.

Diese Holzverbindungen wurden so eingesetzt, dass zwischen den regelmäßig angeordneten Elementen Räume entstehen, die als Ausstellungsflächen oder Sichtfenster genutzt werden können. Die Zwischenräume sind verborgen, wenn das Regalsystem ineinandergeschoben wird und treten erst in Erscheinung, wenn man die Regalelemente zueinander verschiebt.

Je nach Parameterwahl können unterschiedliche räumliche Szenarien hergestellt werden.

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Die Schnittflächen, an denen zwei zusammengehörende symmetrische Regalkörper aneinanderstoßen, lassen sich durch vier, sechs oder acht Punkte definieren.

Genau so flexibel wie der Aufbau der Regalwand ist auch seine Funktion. Wenn das Regalsystem geschlossen ist, kann es als Projektionsfläche, Sichtschutz oder Präsentationsfläche genutzt werden und wenn es geöffnet ist kann es wie ein Schrank genutzt werden. Da das ganze Regal ineinander gesteckt ist, kann man die Einzelteile mühelos zueinander verdrehen oder sie einzeln als Raummöbel für Ausstellungen oder als Sitzgelegenheit nutzen.

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Lost in Parameter Alexander Hollberg | Burham Cicek | Cordula Fischer

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verschattung sichtschutz

parameter computergeneriert

verlauf beamer-arbeitspl채tze kontrastreich

transparent transluzent plexiglas, saugn채pfe

verspieltheit

beweglich drehbar interaktion

leicht flexibel verspielt

individuell interaktiv variabel funktionell

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Blattwerk Stephan Wieland | Marcel Ebert

Idee & Konstruktion Als Verschattungsinstallation für den blauen Pool sieht der Entwurf aufgrund des begrenzten Raumangebots eine leichte Membrankonstruktion vor. Diese soll als Hängesystem vorgespannt in einer eingestellten Rahmenkonstruktion befestigt werden. Durch Leichtbau wird eine material- und kostenersparende sowie filigrane Konstruktion mit hoher Präsenz im Raum erreicht. „Bespielung“ der Konstruktionen Durch den Einsatz vom Medium Membran erfolgt die Gestaltung durch folgende Parameter.

- Schnittmuster - Bedruckung - Materialeigenschaft Als Schnittmuster wurde wegen seiner direkten Übertragung der Kräfte im System ein Dreieck gewählt.

Analogie Blatt/Blattwerk Ein Vergleich zum natürlichen System Blatt/Blattwerk ergibt sich nicht aus seiner ornamentalen Qualität, sondern durch die Eigenschaft eines uniformen Einzelelements, das über seine Materialität verschiedene Lichtstimmungen schaffen kann.

Durch Vervielfältigung entsteht ein räumliches System.

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Eigenschaften des Blattwerks - Filigranes System, Leichtigkeit - Schichtungen der immer gleichen Elemente - Lichtstimmungen Eigenschaften des Systems - Schnittmuster regelmäßiger Dreiecke - Verlauf in der Größe der Zuschnitte - Unterschiede in der Transparenz der zwei Ebenen Zusätzliche Eigenschaften durch die zweite räumliche Schicht: - Perforation der zwei Schichten => Neigung einzelner Dreiecke zur gegenüberliegenden Schicht

- Art der Perforation und damit auch die Lichtdurchlässigkeit nimmt ab => Durchblicke, Verdichtungen und Überlagerungen ähneln einem Blätterdach => Spannung zwischen realem und „fiktivem/virtuellem“ System

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Emotion Machine Isha Herilantaru | Tillmann Glöde | Andreas Döhla

Die Idee des floralen Musters für unser Verschattungssystem entspringt der Leichtigkeit und einfachen Machart einer Origami-Blume. Dass man aus einem zweidimensionalen Schnittmuster ein komplexes räumliches Element entstehen lassen kann, unterstützt das Konzept der Klarheit und Logik des Systems. Die Parameter der Öffnungen leiten sich aus Sonnenstudien und den Nutzungsbedingungen des Raumes ab. Nicht nur als direkter Sonnenschutz, sondern auch als atmosphärisches Fassadenelement verleiht das Blumenmotiv dem Innenraum einen Mehrwert.

Die Außenseite der aus Blech gefertigten Elemente bleibt unbehandelt. Das Innere der Elemente ist dagegen weiß lackiert und lässt je nach Lichteinfall verschiedene Lichtstimmungen zu, wodurch es als Lichtbox fungieren kann. Das Sonnenlicht kommt aufgrund der Form und Tiefe der Elemente stets als differenziert einfallendes Licht im Computer-Pool an.

Als Sichtschutz zum benachbarten Computer-Pool hin werden die Elemente weiter vereinfacht und dienen einer alternativen Nutzung als Wandregal.

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Parameter-Stoff Katharina Esters | I Fan Corrine | FermĂ­n Tribaldos

Wir haben ein Fassadenmodul fĂźr den Computer-Pool entwickelt, das sich durch parametrische Definitionen an der Innenseite der Fassade wiederholt und als Verschattungselement sowie als Sichtschutz dient.

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Lamellen 20/7 Laura Kell | Manuel Aust

Um der Aufgabe gerecht zu werden, den Computer-Pool in Abhängigkeit von seiner Nutzung sinnvoll zu verschatten, lag unser Interesse vorrangig darin, eine simple Konstruktion zu entwickeln, die vor Ort nach Wunsch veränderbar ist und es möglich macht, den Grad des Lichteinfalls zu variieren.

Im vorderen Bereich, in welchem ein MultimediaTisch platziert werden soll, muss ein ausreichender Schutz vor Helligkeit gewährleistet sein, außerdem müssen Beamer-Präsentationen gezeigt werden können. Im rückwärtigen Bereich des Raums, dort wo sich die Arbeitstische befinden, ist eine gute Beleuchtung die Grundvoraussetzung für ein angenehmes Arbeiten. Aus diesem Grund lag es nahe, einen parametrischen Entwurf zu entwickeln, der im Nachhinein manuell veränderbar ist.

Unter der Prämisse, einfach herstellbare Module zu verwenden, ist eine Lamelle entstanden, die durch Aneinanderreihung den Sonnenschutz ergibt. Die einzelnen Lamellen sind auf ein Stahlseil gefädelt, welches mit Hilfe von Stahlprofilen an den vorhandenen Fassadenpfosten befestigt wird. Ein Federstahl-Stab, welcher durch die Öffnung an

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der vorderen Seite der Lamelle geführt wird, formt beim Betätigen des Mechanismus die markante Wellenbewegung und lässt auf diese Weise diffuses Licht in den Raum.

Durch einfache mechanische Bedienung können die Öffnungen, die die Lamellen bieten, vergrößert und verkleinert bzw. ganz geschlossen oder geöffnet werden. Dadurch ist eine optimale Belichtung des Computer-Pool gesichert.

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Whirlpool 17

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Ulrike Taucher | Lisa Naumann

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1 2 3 4 5 Fl채che 1

Fl채che 2

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Modul 1

Modul 5

Modul 3

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Modul 8

Modul 6

Modul 4

Modul 2

Modul 7

Modul 5

Modul 3

Modul 1

Modul 8

Modul 6

Modul 4

Modul 2

Modul 7

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Fl채che 3

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Fl채che 4

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Data Stream Sarah Brockmann | Martin Dembski | Robert Pohle

Der Ausgangspunkt für unseren Entwurf einer Raumskulptur mit Sicht- und Lichtschutzfunktion für den Computer-Pool war eine einfache, sehr leistungsfähige Konstruktion aus viereckigen Platten, die an je drei Ecken durch Gewindestangen verbunden werden. Die Position der vierten Ecke wird durch die im jeweiligen Abschnitt des Raumes gewünschte Lichtsituation bestimmt, wodurch sich die viereckige Grundform der Elemente graduell über eine Dreiecks- zu einer L-Form verändert. Die resultierende Skulptur, die sich von den Wänden des Computer-Pools bis unter dessen Decke zieht, wurde anschließend abgewickelt, um eine automatisierte Fertigung der unterschiedlichen Teile mittels CNC-Lasercutter zu realisieren.

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Sun Breaker Karolin Hertlein | Sebastian Gernhardt | Julia Putscher

Für den Computer-Pool haben wir ein Sonnenschutzsystem entwickelt, welches zusätzlich als Regal und Ausstellungsfläche genutzt werden kann.

Wir haben ein modulares Stecksystem entworfen, das flexibel auf die bestehende Raumstruktur reagieren kann. Einfach, leicht, klar und auf überflüssige Konstruktionen verzichtend - so präsentiert sich das Wandsystem Sun Breaker. 20 X 20 cm große Moosgummiplatten, mit einem Zentimeter Stärke, dienen als Grundelement für den Sonnenschutz. Auf der Basis parametrischer Ornamentik verändert sich die Form der einzelnen Moosgummiplatten, sodass sie sowohl offene als auch geschlossene Bereiche bilden können.

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Quadrate im Verzug Wang Shu | Liu Peng

Für den Entwurf unseres Sonnenschutzsystems haben wir zunächst die Richtung des einfallenden Sonnenlichtes analysiert. Der Sonnenschutz soll das Licht vom Präsentationsbereich bis zum Eingang des Computer-Pools verteilen. Das Grundkonzept des Systems besteht aus einer Struktur sich kontinuierlich verändernder Öffnungen. Das Grundelement besteht aus Drei- oder Vierecken und wird entlang der Mittellinie geknickt. Damit lässt sich eine dreidimensional gewölbte Struktur innerhalb eines Quadrats konstruieren. Gemäß der Grasshopper-Definition wird der Scheitelpunkt auf eine außenliegende Kante des Quadrats verschoben.

Auf diese Weise können Elemente mit unterschiedlichen Öffnungsgrößen und Tiefen erstellt werden. Das Sonnenschutzsystem wird aus verschiedenen Elementen zusammengesetzt.

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Traum im Schaum Marjorie Hernandez | Cristina Lelli | Thorsten Haase

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Space of Touch Jonas Kirivaitis | Rodrigo Rojos

A room for recreation and free time activities has to offer a cozy and comfortable space, which at the same time has an element of interactivity. Our initial idea involved an amorphous surface. Its shape was determined by the varying size of spheres placed below it.

In addition, the balls were filled with different materials, i.e. air, water, sand, sponge, etc., which would have included the sense of touch, as the physical qualities of the surface would constantly change while moving over it. However, such surface lacks the element of interactivity.

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After rethinking the design we came up with a different idea. Keeping the spheres filled with different material from our initial design we changed the surface. Instead of one amorphous surface we decided to opt for a modular surface, which would be extended onto the walls as well as the floor. The surface would be divided into easily interchangeable modules that can be arranged in any way or pattern. There would be two types of panels. Flat ones would give the opportunity to create flat floor and wall areas which could be used to put furniture, exhibit artwork, create a path, etc. The second type of panels would have different sized spheres placed on them and covered with material. Firstly, these spheres would stimulate the sense of touch and secondly they could be used to form patterns, interesting forms, compositions, even furniture in the space.

The spheres are filled with four types of materials - air, sand, water and sponge.

The size of the spheres and as well as which sphere is filled with which material is determined by the algorithm.

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Parametric Net Structure Maria Seidel | Marcel Ebert | Martin Fink

Idee - der perfekte Ort um abzuschalten - die Seele baumeln lassen (im wahrsten Sinne des Wortes) - ein Gefühl des Aufgefangenwerdens - ein Ort um eine entspannende Atmosphäre zu genießen Die Assoziation einer Hängematte schafft den Rahmen für unsere Entwurfsidee und bringt gleichzeitig die wichtigsten Parameter für die Umsetzung mit sich.

Atmosphäre Für eine entspannte Atmosphäre bedient sich der Entwurf Bildern aus der Unterwasserwelt.

Ein tiefes Blau versetzt den Betracher in eine sphärische Welt die lediglich durch strahlende Lichtsäulen erhellt werden. In unserem Entwurf werden diese zwei Elemente durch ein Beleuchtungskonzept auf die Seilkonstruktion projiziert.

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       

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

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

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Umsetzung Die Konstruktion besteht aus Rundhölzern die über verschweißte Eckknoten miteinander verbunden sind. Sie ergeben eine in sich ausgesteifte Skulptur ähnlich der einer Fahrzeugkarosserie. Dadurch kann auf aufwendige Verankerungen im Bestand verzichtet werden.

Die Rahmenkonstruktion wird dann mit den Seilen bespannt, die sowohl Liegefläche als auch Raumteiler oder Deckenabschluss bilden. Durch die filigrane Präsenz wird der Raum komplett bespielt ohne überfüllt zu werden. Die ganze Konstruktion wirkt durch ihre immer wieder abknickenden Bewegungen nicht greifbar und unterstützt so das Gefühl des Schwebens.

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AKTIVGRAS Manuel Aust

Um den Benutzern des Snoezelraums eine erholsame und freie Umgebung zu bieten, versucht der Entwurf eine neue Zonierung innerhalb der Schule zu schaffen. Diese erzeugt neben den öffentlichen Flächen des Gebäudes zusätzliche halböffentliche und private Bereiche.

Der neue Snoezelraum bietet eine fremde und eigene Welt, einen losgelösten Mikrokosmos innerhalb der Schule, welcher den Schülern ermöglicht, ihren Gedanken freien Lauf zu lassen. Innerhalb des Raums spannt sich eine amorphe Oberfläche, deren zwei Seiten unterschiedliche Eigenschaften zugewiesen werden. Die Oberseite bildet den halböffentlichen und die Unterseite den privaten Bereich.

Die Oberseite des Raumes ist vollflächig weich gepolstert. Auf etwa der Hälfte der so entstandenen Liegewiese befindet sich eine grasähnliche Struktur. Diese wird aus Glasfasern gebildet, welche zu zehn Prozent an den Enden leuchten. Die Lichtfarbe ist variabel und bestimmt somit die visuelle Raumtemperatur, die je nach geforderter Raumwirkung oder Jahreszeit gewählt werden kann. Die Unterseite bildet eine Höhle aus; diese ist vollflächig mit dem oben beschriebenen synthetischen Gras belegt und generiert durch differenzierte Maßstäblichkeit und Lichtwirkung eine eigene Atmosphäre.

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Die Fertigung ist mittels Waffelsystem vorgesehen. Dabei wird der Grundkörper in Scheiben aufgelöst und anschließend beplankt. Die Fertigung findet in sieben Teilstücken statt, welche nacheinander montiert und eingepasst werden.

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Cloud Lounge Alexander Frank | Burhan Cicek | Daniel Macedo | Martin Dembski

Instead of creating a space in the space, with this project it is decided to organize the existing space with the chosen materials and function but also to design details related to these materials. Because the aim is not to emphasize a second space and furthermore trying to eliminate the existing space but to support and enforce the primary space with the new functions particularly “types of using” of the materials.

Another aspect we consider is that the pupils do not get the feeling of losing themselves as a certain object in the room. We want to present the whole room as an enjoying and fantastic part of the school. Maybe one of the best methods of relaxing ourselves is “to lie” and especially lying on a material which can take the shape of the human body. This material should have the properties of foam. We use foam because of its special color, texture and its ability that allows any kind of illumination.

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Before creating some play of light in a specific space, it is important to control the natural light coming from the windows. As solution of this problem we create light tubes which operate as a lightening object. The light tubes are a second component of the light concept of this project.

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L-System Siedlung Manuel Aust

Entwurfskonzept Die Produktionsregeln der Struktur basieren auf L-Systemen, die je nach Nutzung eingesetzt werden. Sie reagieren beispielsweise auf unterschiedliche bauliche Dichten innerhalb der Gesamtsiedlungsstruktur. Für die stadträumlichen Kerne der Siedlung, welche die Großzahl der öffentlichen Funktionen aufnehmen, ist eine höhere Dichte vorgesehen. In den Außenbereichen hingegen erzeugt die Struktur zunehmende Privatheit indem zum einen Sackgassen gebildet werden. Zum anderen nimmt die Anzahl der angeschlossenen Module stetig ab. Somit wächst das Gebilde nach Außen und kann gegebenenfalls nachverdichtet werden. Für alle Wohnmodule ist weiterhin ein bestimmter Umfang an direkter Sonneneinstrahlung zu gewährleisten. Durch diese Regel entsteht eine transparente und poröse Gesamtstruktur, die fortwährend ergänzt werden kann.

Das Große Ganze Als autarke Megastruktur über den Dächern der Stadt, Europas und der Welt bietet dieser Siedlungsentwurf seinen Bewohnern die Möglichkeit, ihren Wohnort stetig zu verändern.

Frei von allen Konventionen bietet das so utopisch und technikgläubig wirkende System eine konservative und zugleich tolerante Lebensweise. Alle Bewohner leben in einer dörf-

Digitaler Regelbasierter Siedlungsbau Aufgabenstellung

Dem Siedlungsbau liegen seit jeher Regeln zu Grunde, nach denen Bebauung generiert wird. Oft werden diese Regeln jedoch unbewusst festgelegt und missverständlicherweise als reine Gestaltungsvorgaben wahrgenommen.

Die Konsequenz der Annahme, dass die Regeln jeder Form von Siedlungsbau in einem Algorithmus abgebildet werden können, führt zu der Notwendigkeit der näheren Betrachtung dieses Regelwerks. Parametrische Entwurfswerkzeuge erleichtern es, komplexe räumliche Abhängigkeiten zur Grundlage eines städtebaulichen Entwurfs zu machen und die Bebauung eines Gebiets als einen dynamischen Anpassungsprozess zu verstehen.

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lichen Grundstruktur, welche nach außen hin steigende Privatheit garantiert. Ein Astwerk des Objekts bildet sich jeweils um eines der inneren Zentren, welche als Marktplatz und öffentlicher Raum frei zugänglich sind.

Das Herz Tief im Inneren des großen Ganzen befindet sich die Produktionshalle der einzelnen Bauteile. Aufbauend auf einem Raster werden alle neuen Bauteile in Eigenarbeit hergestellt und angebunden. Die kleinsten räumlichen Elemente der Struktur basieren auf Voxeln, welche addiert eine größere abgeschlossene Einheit ergeben. Grundrisse und Schnitte können innerhalb des Rasters frei generiert und somit an spezielle Anforderungen angepasst werden. Alle Bauteile werden in Metall-Leichtbauweise von den Nutzern der Siedlung eigenständig montiert, was eine hohe Identifikation mit Wohnort und Lebensraum schafft. | 43

Digital Bauhaus Lab Robert Pohle

Zwei grundlegende Ideen, die des freien parametrischen Grundrisses, der in jedem Geschoss unabhängig generiert werden kann und die des Subtraktionskörpers im Körper, bilden die Grundlage des Entwurfes. So entsteht über die vertikale Verknüpfung der Freiraumbereiche in den Grundrissen ein polygonales Atrium, das alle Bereiche des Digital Design Lab miteinander in Beziehung setzt und in ihm selbst Aufenthaltsqualität schafft.

Die körperhafte Wandstruktur zwischen Nutzungsbereichen und Atrium nimmt alle Nebenstrukturen auf und reduziert so den Raum auf die wesentlichen Strukturen um eine digitale Arbeits- und Lernwelt zu schaffen. Diese spiegelt sich in der Formensprache des Gebäudes wider.

Digital Design Lab Aufgabenstellung

Neuartige digitale Entwurfs- und Produktionsmethoden eröffnen den Architekten ungeahnte Gestaltungsmöglichkeiten, deren Erkundung gerade erst begonnen hat. Digitale Architektur, parametrisches Entwerfen und digitale Fabrikation sind dabei die Schlagworte, die in den letzten Jahren den Architekturdiskurs bestimmen und die Praxis entwerfender Architekten (von Peter Eisenmann, Greg Lynn, Toyo Ito, bis hin zu Alvaro Siza) zunehmend beeinflussen. Durch die innovative Anwendung digitaler Methoden und durch eine neue Interpretation der Industrie als bestimmende Kraft der Zeit wird Gropius‘ Forderung nach einer Einheit zwischen Kunst und Technik für die Architektur erneut lebendig.

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EG

1. OG

Erstellt mit einer Studentenversion von Allplan

ntenversion von Allplan

Erstellt mit einer Studentenversion von Allplan

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n von Allplan

3. OG

2. OG

Erstellt mit einer Studentenversion von Allplan

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Parametrischer Laborturm Martin Dembski

Die Aufgabe des Entwurfs war es, ein Digital Design Lab zu planen, in dem computergestützte Fertigungsmaschinen wie Lasercutter, CNC-Fräse, 3D-Drucker und ähnliches untergebracht werden können und damit der Förderung computergestützten Entwerfens dienen.

In Entsprechung zu den digitalen Fertigungsmethoden, die in dem Gebäude untergebracht werden sollen, wurde der Entwurf komplett mit dem System Grasshopper für Rhino3D entwickelt. Die städtebauliche Grundfigur wurde mittels Dreiecksbeziehungen, Kreisberechnungen und tangentialen Bezügen erzeugt und in die dritte Dimension übersetzt. Das dadurch entstandene, von oben belichtete Atrium und die an der Innenfassade spiralförmig gewundene Treppe verbinden die vier Ebenen vertikal und ermöglichen dadurch vielfältige Blickbeziehungen. Innenräumlich entstehen durch die sparsame und bewusste Ausrichtung der Lichtöffnungen stimmungsvoll-diffuse Atmosphären.

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UG

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3. OG

Schnitt N-S

2. OG

Schnitt O-W

1. OG

Westansicht | 51

Vertr.-Prof. Dr. Reinhard König Reinhard König hat Architektur und Städtebau an der Hochschule München sowie der Technischen Universität Kaiserslautern studiert und jeweils mit einem Diplom abgeschlossen. Seine Promotion zum Thema „Simulation und Visualisierung der Dynamik räumlicher Prozesse: Eine computergestützte Untersuchung zu den Wechselwirkungen sozialräumlicher Organisation und den baulichen Strukturen städtischer Gesellschaften“ hat er 2009 an der Universität Karlsruhe am Institut für Orts-, Regional- und Landesplanung mit Auszeichnung beendet. Seit 2009 ist er Vertretungsprofessor der Professur für Informatik in der Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar und leitet dort Forschungsprojekte zu computerbasierten Methoden für eine sozial nachhaltige Stadt- und Raumplanung und zur Entwicklung einer kreativen evolutionären Entwurfsmethode für Layout-Probleme in Architektur und Städtebau. Forschungsschwerpunkte von Herrn König sind die Komplexität urbaner Systeme sowie die Anwendung agentenbasierter Modelle, generativer Systeme und evolutionärer Algorithmen in Planungs- und Entwurfsprozessen.

Dipl.-Ing. Florian Geddert Florian Geddert hat Architektur an der BTU Cottbus sowie der Universität der Künste Berlin studiert und mit Diplom abgeschlossen. Im Jahr 2005 gründete Florian Geddert in Berlin das Büro plus 4930 Architektur mit den Partnern Rene Krüger und Johannes Sierig, in dem er bis heute aktiv ist. Seit 2009 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Informatik in der Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar und ist dort vornehmlich in der Lehre beschäftigt. Schwerpunkte der Lehre bilden das parametrische Entwerfen sowie die Umsetzung von Projekten mittels digitaler Fertigungsmethoden.

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„Parametrisches Entwerfen – Bauwerksmodelle – Digitale Produktion.

Drei Begriffe, deren Potentiale in dieser Publikation sinnvoll angewendet und anschaulich dokumentiert werden.

Dieses Buch regt zum Experimentieren an.“ Prof. Dr. Dirk Donath

Algorithmic Architecture | Arbeiten zu parametrischen Entwurfsmethoden an der Bauhaus-Universität Weimar

Das vorliegende Buch dokumentiert verschiedene studentische Arbeiten, die im Rahmen zweier Seminare mit dem Titel „Algorithmic Architecture“ von 2009 bis 2010 an der Professur Informatik in der Architektur an der Bauhaus-Universität Weimar entstanden sind. Die Lehrveranstaltungen wurden konzipiert, um den aktuellen Entwicklungen im Bereich des parametrischen Entwerfens in der Architektur Rechnung zu tragen. Die dargestellten Projekte zeigen, wie sich mittels einfacher formaler Regeln auf spielerische Art und Weise komplizierte geometrische Strukturen erzeugen lassen, die sich durch eine besondere Ästhetik auszeichnen.

InfAR

Algorithmic Architecture Arbeiten zu parametrischen Entwurfsmethoden an der Bauhaus-Universität Weimar