BAMBOO-BAM
۱۴۰۰ آبان
NOVEMBER 2021
BioDesign Research Group Digital Craft House
ایــن ورکشــاپ بــا حضــور ۴۲دانشــجو در ۶گــروه برگــذار شــدThis workshop was held with the participation of . ۱۳مربــی در طــی چهــار مــاه بــه آنهــا در فرآینــد تحقیــق و توســعه 42 students in 6 groups. 13 instructors helped them کمــک کردنــد. through the research and development process within four months. در تــاش بــود تــا تحقیقاتــی را در پنــج زمینــه در رونــد خــود During its process, the workshop tried to cover five پوشــش دهــد .ایــن پنــج زمینــه شــامل؛ مطالعــه مــواد ،پایــداریmajor research areas: material studies, sustainability, ، طراحــی کامپیوتــری ،فــرم یابــی ،طراحــی ســازه و ســاخت دیجیتــال computational design, form-finding, structural design, مــی باشــد. and digital fabrication.
ایــن پنــج زمینــه ی مجــزا ،نیازمنــد دانــش ،تخصــص و تجربیــات متفاوتــی اســت .بــرای اطمینــان از پوشــش یافتــن آن هــا تــا حــد مــورد نیــاز کارگاه ،از مربیــان و همکارانــی از موسســات مختلــف و بــا پیشــینه‌های مختلــف دعــوت شــد تــا مهارت‌هــا و تجربیــات خــود را بــا شــرکت کننــدگان بــه اشــتراک بگذارنــد.
These disparate fields demand a diversified set of skills, abilities, and experiences. We had instructors and partners from various institutions and backgrounds who willingly offered to share their talents and expertise to ensure that we could cover the topics to the extent required for a workshop.
ABSTRACT
مقدمه 1
CHAPTER 1: STUDY
01 MATERIAL مصالح
Bamboo Sports Hall by Chiangmai Life Architects and Construction
Vinata Bamboo Pavilion / VTN Architects
Vo Trong Nghia Vietnam bamboo resort
Materiality
A team was tasked with researching bamboo as a natural, non-standard material, its qualities, applications, and construction possibilities.
گروهــی از شــرکت کننــدگان مســئول بررســی مشــخصات و و نحــوه اســتفاده از آن در ســاخت و ســاز بــه،کاربردهــای بامبــو .عنــوان یکــی از مصالــح غیــر اســتاندارد بودنــد Material Hunting
Following that, we conducted a market survey to determine the sorts of bamboo available. We identified four varieties and conducted a preliminary investigation, evaluating their quality, geometric and mechanical features, and workability, among other characteristics.
گروهــی مســئول،پــس از بررســی مشــخصات و کاربردهــای بامبــو نتیجــه ی ایــن.جســتجوی محــل مناســبی بــرای تهیــه بامبــو شــد پیــدا شــدن چهــار نــوع بامبــو بــود کــه بــر روی آنهــا،جســتجو مطالعــات ابتدایــی انجــام شــد تــا کیفیــت و مشــخصات فیزیکــی و .هندســی آنهــا تعییــن شــود
We also attempted to follow the BS ISO recommendations for bamboo grading. Finally, a native bamboo species known as ‘Kheizaran’ was chosen above the others. بــرای رده بنــدی بامبوهــا از اســتاندارد BS ISOاســتفاده شــد .در
نهایــت نوعــی از بامبــوی ایرانــی بــه نــام (خیــزران) بــرای ســازه ی نهایــی انتخــاب شــد. بــرای تعییــن کیفیــت بامبوهــا در مرحلــه ی اول ضخامت دیــواره ی بامبــو نســبت بــه قطــر آن ،و در مراحــل بعــدی میــزان تغییــر قطــر بامبــو در طــول آن بررســی شــد .پــس از آن تســت ســی ان ســی و لیــزر نیــز بــر روی بامبوهــا اعمــال شــد.
)Flamed Iranian Bamboo (Kheizaran
)Raw Iranian Bamboo (Kheizaran
Flamed Thai Bamboo
Raw Thai Bamboo
سیستم
02 SYSTEM
At the time, research into various systems for freeform grid shells was also proceeding. Despite their inherent differences, each of these systems was considered a viable direction for our workshop. This section of the study was designed to provide sufficient information for the upcoming phase of system design.
Reciprocal Systems
NodeBased Systems
هــم زمــان بــا مطالعــه بامبــو ،مطالعــه سیســتم هــای مختلــف پوســته مشــبک بــا فــرم آزاد نیــز در حــال انجــام بــود .بــر خــاف تفــاوت ذاتــی ایــن سیســتم هــا ،تمامــی آنهــا بــه عنــوان گزینــه ای بــرای کارگاه در نظــر گرفتــه شــدند .ایــن مطالعــه بــه منظــور رســیدن بــه اطالعــات مــورد نیــاز بــرای طراحــی ســازه در بخــش بعــدی انجــام شــد.
Bamboo Lashing Techniques
03 FORM-FINDING
فرم یابی
Two groups were tasked with researching various form-finding methods. They presented a brief explanation of the fundamentals of each method, as well as a number of example projects constructed employing these methods. They also looked into the available tools and plugins for each. One Grasshopper code for each method was prepared to be shared and readily tested by other students.
Force Density Method
Dynamic Relaxation
مطالعــه متدهــای فــرم یابــی مختلــف بــه دو گــروه واگــذار شــد .ایــن دو گــروه خالصــه ای از اســاس و پایــه ی هــر متــد ،بــه همــراه تعــدادی پــروژه کاربــری کــه بــا ایــن متدهــا ســاخته شــده بــود ارائــه دادنــد .در ادامــه ابزارهــا و افزونــه هایــی بــرای هــر روش بررســی شــد و یــک کــد از هــر افزونــه در اختیــار شــرکت کننــدگان قــرار گرفــت تــا بــا اســتفاده از آن بــه فــرم یابــی بپردازنــد.
Layout Optimization
Graphic Statics
CHAPTER 2: DESIGN
01 SYSTEM DEVELOPMENT توسعه سیستم In a series of brainstorming sessions, various systems were proposed until a handful of them were shortlisted.
چندیــن سیســتم معرفــی شــد و از،طــی جلســات ایــده پــردازی .میــان آنهــا تعــدادی بــه عنــوان ایــده هــای نهایــی انتخــاب شــد Evaluation Criteria - Visual elegance - workability - Structural Performance - Durability - Cost
:ارزیابی سیستم ها زیبایی ظاهری ساخت پذیریعملکرد سازه ای دوام هزینه-
1. Polyhedron
2. Nexorade
3. Star
The shortlisted systems were then prototyped, with the fabrication method for each being investigated. We undertook an evaluation procedure based on several criteria to determine the benefits and drawbacks of each system. We chose the final of these four options and proceeded with it.
نمونــه هایــی از گزینــه هــای منتخــب ســاخته شــد تــا رونــد ســاخت هرکــدام بررســی شــود و پــس از آن مزایــا و معایــب هــر یــک از ۴ در میــان.ایــن سیســتم هــا در زمینــه هــای مختلــف ارزیابــی شــد . آخریــن گزینــه ادامــه داده شــد،گزینــه ی مطــرح شــده 4. Radial
02 FORM DESIGN Form-Finding tool development On the other hand, everyone was encouraged to participate in form design, either by using the previously taught form-finding tools or by creating freehand designs if they were interested. There was no predefined path, which meant that the workshop was guided by the participants’ interests. Following extensive editing and discussion, thirteen entries were shortlisted. The final form was then determined by popular voting.
در ادامــه همــه ی شــرکت کننــدگان تشــویق شــدند تــا در فراینــد بــه ایــن منظــور بعضــی از آنهــا از.طراحــی فــرم شــرکت کننــد ابزارهــای فــرم یابــی معرفــی شــده و بعضــی از طراحــی دســت آزاد در ایــن فراینــد هیــچ مســیر از پیــش تعییــن شــده.اســتفاده کردنــد ۱۳ ٬ بعــد از جلســات کرکســیون و گفتگــو.ای تعریــف نشــده بــود گزینــه انتخــاب شــدند کــه گزینــه ی نهایــی از میــان آنهــا انتخــاب .شــد
طراحی فرم
CHAPTER 3: FABRICATION PREPARATION
01 BIM MODELING مدل سازی بیم
اهــداف. شــروع شــدBIM مــدل ســازی٬پــس از مرحلــه ی طراحــی تشــخیص محــل٬ایــن مرحلــه نمایــش گزینــه هــا بــا جزییــات بــاال اســتخراج مشــخصات ســاخت٬هــای برخــورد اعضا پیش از ســاخت .و آمــاده ســازی مــدل جهــت یابــی بــود After the form design phase, the BIM modeling starts. Goals of this part was: Visualizing the design Alternatives (with details: LOD 400) Clash detection prior to fabrication Extracting Fabrication Data (shop data & Estimations) Preparing Coordination Model for Assembly process
Too Large
Too Small
Optimum Node Size
Too Low Elevation
Too High Elevation
Optimum Node Elevation
پیــدا کــردن انــدازه و جهــت گیــری گــره هــا در فضــای ســه بعــدی و همچنیــن٬ از جملــه مهــم تریــن چالــش هــای ایــن پــروژه.مدلســازی یــک ســازه بــا فــرم آزاد همیشــه بــا پیچیدگــی هایــی همــراه اســت . ایــن پیچیدگــی هــا نیازمنــد یــک رونــد مــدل ســازی ویــژه اســت.خــاص بــودن هرکــدام از قطعــات اســت The modeling of a freeform structure is usually complicated. Some of the most difficult issues in this project were determining the optimal node size and proper node orientation in 3D space. Another challenge with freeform structures is the distinct shape of each element. These complexity required a unique modelUique Elements
ing procedure.
we developed a “digital design workflow” in a parametric modeling platform known as “grasshopper”. This digital workflow fully automates the modeling process and delivers the required outputs in a timely manner.
یــک جریــان کار طراحــی دیجیتــال در فضــای٬بــرای اتوماتیــک کــردن رونــد مــدل ســازی و دریافــت آنــی خروجــی هــای مــورد نیــاز .گــرس هاپــر ایجــاد شــد 4. Trimming Mesh Wires (Based on Node’s Size)
1. Initial Mesh
5. Adjusting Node’s Plane Elevation
2. Node’s Normal (Average of Neighbor Face Normals)
6. Generating 3D Node (on the Plane)
3. WireMesh
7. Generating Bamboo Axes (by Adjusting Mesh Wires)
8. Generating 2D Handles’ Ends (Node and Bamoo Part)
12. Adding Handles’ Tags (Based On Node and Pockets’ Tags)
9. Blending Both Handle’s Ends
13. Adding Schematic Bamboo Pipes
The workflow starts with getting two general inputs from the user: first, the wire mesh generated during 10. Generating 3D Handles and Subtracting Screw Holes
14. Adding Screw, Nuts and Washers (Bamboos and Handles)
the form design phase, and second, some numerical inputs about bamboo, CNC machine, Bolts and nuts, and node design preferences.
11. Adding Node’s Tag and Pockets’ Tags (Counter Clockwise Order)
15. Adding Bamboo Tags (Based on Handles’ Tags)
ایــن رونــد کار بــا گرفتــن دو ورودی از طــرف کاربــر شــروع اســت کــه نتیجــهwire mesh اولیــن ورودی یــک. مــی شــود گروهــی از٬ی مرحلــه ی طراحــی فــرم اســت و دومیــن ورودی پیــچ هــا و٬ دســتگاه ســی ان ســی٬مشــخصات عــددی از بامبــو .توقعــات مــا از گــره هــا اســت
پــس از دریافــت ایــن اطالعــات و پــردازش آنهــا ٬یــک مــدل ســه بعــدی بــا جزییــات کامــل بــه همــراه شــماره هــر قطعــه آمــاده مــی ates a completely comprehensive 3D model with la- شــود .ایــن خروجــی مــی توانــد در مرحلــه ی اجــرا بــه عنــوان مــدل bels for each element. As a result, it can be utilized جهــت یابــی اســتفاده شــود. as a coordination model during the assembly process. After collecting and interpreting these data, it gener-
88
59
The second output is the shop drawing of the nodes and handles. These parts will be milled from plywood sheets with a 3 Axis CNC machine. Also, the shop data of bamboos is delivered. This data is used to saw and drill bamboo with a rotary CNC machine. The final output is the numerical statistics about the BIM model, such as element count and length.
خروجــی دیگــر ایــن مرحلــه ٬نقشــه ی گــره هــا و دســتک هــا خواهــد بــود .ایــن قطعــات توســط دســتگاه ســی ان ســی ســه محــوره و از تختــه چنــدال بریــده مــی شــوند .مشــخصات بامبوهــای مــورد نیــاز نیــز در ایــن مرحلــه مشــخص مــی شــود .ایــن مشــخصات بعدتــر بــرای بــرش دادن بامبــو هــا و ســوراخ کــردن آنهــا توســط روتــوری اســتفاده مــی شــود .آخریــن خروجــی ایــن مرحلــه٬ مشــخصات عــددی مــدل BIMمثــل تعــداد اعضــا و طــول آنهــا مــی باشــد.
Numerical Estimation and Statistics
Bamboo Lengths’ Frequency
ابزارهای ساخت دیجیتال
02 CUSTOM DIGITAL FABRICATION TOOLS For the bamboo poles, we understood they would need four bolts at each end and not alighned to one another to connect to their respective joints.
همانطــور کــه مــی دانیــم ،هــر بامبــو بایــد بــا چهــار پیــچ بــه گــره مربــوط بــه خــود وصــل شــود ،کــه یــک جفــت از آنهــا در یــک ســر قــرار داشــته و جفــت بعــدی در ســر دیگــر بامبــو قــرار دارد و ایــن در حالیســت کــه جفــت دوم بــا جفــت اول در یــک راســتا نیســت. Vertical limitations
Horizontal limitations
بــا اســتفاده از دســتگاه بــرش ســی ان ســی موجــود در کارگاه، امــکان ایجــاد حفــره هــای عمــودی در راســتای عمــود بــر بامبــو وجــود دارد .از آنجــا کــه بــرش فقــط در یــک جهــت انجــام مــی شــود ،مــا نیازمنــد یــک محــور دیگــر بودیــم کــه بامبــو حــول آن بچرخــد .بنابرایــن بایــد یــک روتــوری (محــور چرخنــده) خریــداری مــی شــد ،کــه بیشــتر از بودجــه کارگاه بــود و همچنیــن ممکــن بــود بــا انــدازه دســتگاه ســی ان ســی کارگاه هماهنــگ نباشــد .بنابرایــن تصمیــم بــر آن شــد کــه یــک دســتگاه ســاخته شــود. محدودیــت هــای موجــود ر محــور افقــی ســطح دســتگاه ســی ان ســی محــل نگرانــی نبــود ،امــا محدودیــت عمــودی بایــد در نظــر گرفتــه مــی شــد.
Three-axis CNC milling machines already existed that could drill vertically through the bamboo poles. Our poles couldn’t be rolled due to the fact that the drilling was only going one way. A rotary axis that was not affordable and might not fit our CNC bed had to be purchased or we had to design a custom one. We decided to go for the latter solution. The bed’s horizontal constraints were not a problem, but the bed’s limited height had to be taken into account.
بــرای بخــش گیــره ،تصمیــم بــر آن شــد کــه یــک گیــره ســه دندانــه مرکزگــرا بــرای یــک ســمت خریــداری شــود. بــرای ســمت دیگــر یــک قطعــه مخروطــی شــکل پرینــت ( )3d printشــد ،کــه مــی توانســت بــه یــک واگــن ســاخته شــده از تختــه چنــدال متصــل شــود .ایــن واگــن بــه گونــه ای طراحــی شــد کــه مــی توانســت در راســتای محــور Yروی یــک ریــل حرکــت کنــد تــا بــا تغییــر طــول بامبــو ٬طــول روتــوری نیــز تغییــر کنــد.
دستگاه روتوری از سه قسمت اصلی تشکیل می شود: یــک گیــره کــه ســاقه بامبــو را در حیــن ســوراخ شــدن در محــل خــود نگــه داشــته و مرکــز آن را بــا محــور روتــوری در یــک راســتا نگــه دارد. یــک ریــل و یــک واگــن تنظیــم شــونده بــرای طــول هــای مختلــف ســاقه بامبو. و یک سیستم چرخنده ،که بامبو را در جهت مناسب بچرخاند.
We decided to buy a low-cost 3-jaw concentric grip-
The rotary consisted of three main parts. A gripper to
grab the pole firmly in place while drilling and mean- per for one end and 3D print a cone-shaped piece for the other end that would attach to a plywood wagon.
while align its center to the rotary axis. A rail and an
adjustable wagon for different pole lengths. And a ro- It was built to go easily along the Y-axis on a rail, making it flexible to the length of the bamboo pole.
tator to orient the pole at the right angle.
For the rotator, we built a harmonic drive, also known as a strain wave gear, using 3d printed and laser cut parts, ball bearings and a stepper motor along with An Arduino board.
With the rotary axis in place, We only needed the preبــرای بخــش چرخنــده ،یــک هارمونیــک درایــو ،بــا اســتفاده از cise toolpath to drill the poles with our CNC millingقطعــات تــری دی پرینــت و لیــزرکات شــده ،بلبرینــگ و اســتپر machine and the correct angle to rotate the poles afموتــور بــه همــراه یــک بــورد آردوینــو ســاخته شــد.ter drilling the first two holes after the rotary axis was in place. The rotation angles of each pole are collected from the grasshopper BIM model and used to construct the Arduino program for each rotation.
بــا قــرار داشــتن محــور روتــوری در محــل خــود ،تنهــا بــه یــک مســیر بــرای ســوراخ کــردن بامبــو بــا دســتگاه ســی ان ســی و زاویــه ی درســتی بــرای چرخــش آنهــا نیازمندیمکــه ایــن زاویــه از روی مــدل BIMتهیــه شــده در گــرس هاپــر بــه دســت آمــده. ســپس برنامــه ورودی آردوینــو توســط ایــن زوایــا تهیــه مــی شــود.
03 FINAL PROTOTYPING ساخت نمونه اولیه
CHAPTER 4: CONSTRUCTION
آماده سازی مصالح
01 MATERIAL PREPARATION
02 DIGITAL FABRICATION مرحله ساخت دیجیتال
03 ASSEMBLY برپایی
FINAL PRODUCT
:اساتید کارگاه علیرضا مستغنی:مدیریت آزمایشگاه محمدرضا متینی:ناظر علمی :)اساتید (به ترتیب حروف الفبا امیررضا اردکانی یاسمن اشجع‌زاده جواد اهلل‌قلی هانیه امید محمدحسن باقرشاهی سید علیرضا به نژاد سارا ثقفی مقدم رامتین حق‌نظر علی درازگیسو دانیال کرامت مهران مسعودی جونس هاپتمن
Workshop Instructors: Alireza Mostaghni Mohammadreza Matini Tutors (Alphabetically): Amirreza Ardakani Yasaman Ashjazadeh Javad Allahgholi Hanie Omid Mohammadhasan Baghershahi S Alireza Behnejad Sara Saghafi Moghaddam Ramtin Haghnazar Seyed Ali Derazgisou Danial Keramat Mehran Masoudi Jonas hauptmann
:شرکت کنندگان کارگاه نیما آزرنگ فاطمه ابراهیمی امین احدی محیا اخوان راضیه امید سپهر بیهقی عارفه پایدار رضا تقوی‌فرد علیرضا تقی‌زاده ماکویی فاطمه توکل آیسان جعفرزاده هستی جعفرنژاد میالد حسن‌آبادی پرنیان حسن‌پور مسعود حیدرپور علی خدابخش مرجان خسرویان نهال دوستی ثنا رستگار آیدا رفیع‌زاده ندا رفیع‌زاده زهرا رهبری نژاد درسا سادات سیدی حسن شفق مریم شهرضایی کیانا صابریان سیده گالره صانعی سپیده صدقی‌مهر آتوسا صرافی سرور طریقی امیرمحمد عزیزی مبینا علی بابایی سید حسن فاطمی محمودرضا فندرسکی الناز قره‌ضیاءالدین فاطمه قطبی رهاسادات کامروا سامان کیهانیان مهسا متین نیوشا مقیمی امیر نجیمی علی نخعی
Workshop Participants: Nima Azarang Fateme Ebrahimi Amin Ahadi Mahya Akhavan Razieh Omid Sepehr Beyhaghi Arefe Paydar Reza Taghavifard Alireza Taghizadeh Makoei Fateme Tavakol Aysan Jafarzadeh Hasti Jafar Nejad Milad HasanAbadi Parnian Hasanpour Masood Heidarpoor Ali Khodabakhsh Hesar Marjan Khosravian Nahal Doosti Sana Rastegar Aida Rafizadeh Neda Rafizadeh Zahra Rahbarinezhad Dorsa Sadat Seyedi Hessan Shafagh Maryam Shahrezaie Kiana Saberian Seyedeh Gelareh Sanei Sepideh Sedghimehr Atousa Sarrafi Sorour Tarighi Amir Mohammad Azizi Mobina Ali Babaei Seyed Hasan Fatemi Mahmoudreza Sheikhfenderski Elnaz Ghara Ziaeddin Fateme Ghotbi Raha Sadat Kamravafar Saman Keihanian Mahsa Matin Niusha Moghimi Amir Najimi Ali Nakhaee
۱۴۰۰ آبان
NOVEMBER 2021
BioDesign Research Group Digital Craft House