ПРАКТИКА И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ГЕНЕРАТИВНОГО ДИЗАЙНА В АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ

PRACTICE AND PROSPECTS OF THE GENERATIVE DESIGN TECHNOLOGY APPLICATION IN ARCHITECTURE AND CONSTRUCTION

Andrey Lebedev

student, Department of Architecture, State University of Land Use Planning,

Russia, Moscow

Andrey Koshkin

senior lecturer, Department of Construction, State University of Land Use Planning,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Генеративный дизайн является революционной технологией, способной трансформировать подходы к проектированию и строительству. Эта методология сочетает в себе мощь алгоритмического моделирования и вычислительных технологий, позволяя архитекторам и инженерам создавать оптимизированные решения для различных строительных задач. Генеративное проектирование рассматривается как информационная технология, работающая со сквозными цифровыми технологиями, включая аддитивные технологии и искусственный интеллект. Существует несколько способов применения технологии генеративного проектирования для оптимизации формы, структуры и топологии объектов. В данной статье рассматриваются основные принципы генеративного дизайна, его преимущества и вызовы, а также перспективы применения в архитектурной и строительной отраслях. [1]

ABSTRACT

Generative design is a revolutionary development that can transform approaches to design and construction. This method combines powerful algorithmic modeling and computational technologies, allowing architects and engineers to create effective solutions for various construction problems. Generative design as an information technology that works with end-to-end digital technologies, including additive technologies and artificial intelligence. There are several ways to apply generative design technology to optimize the shape, structure and topology of objects. This article discusses the basic principles of generative design, its advantages and challenges, as well as prospects for application in the industrial and construction industries. [1]

Ключевые слова: генеративный дизайн, строительная отрасль, алгоритмическое моделирование, оптимизация ресурсов, архитектурное проектирование.

Keywords: generative design, construction industry, algorithmic modeling, resource optimization, architectural design.

Введение

В рамках образовательной программы, группа архитекторов Государственного университета по землеустройству разрабатывает архитектурные проекты в соответствии с современными тенденциями. Современные тенденции в архитектуре и строительстве требуют инновационных подходов к проектированию. Генеративный дизайн предлагает решение, основанное на использовании алгоритмов для создания многообразия вариантов проектирования, соответствующих заданным критериям и ограничениям. Это позволяет значительно ускорить процесс проектирования и улучшить эффективность использования ресурсов.

Принципы генеративного дизайна

Генеративный дизайн основывается на двух ключевых компонентах: задаваемых целях и ограничениях, а также алгоритмах, способных генерировать множество вариантов проектирования. Архитекторы могут вводить параметры, такие как материал, вес, прочность и экономические условия, а алгоритмы будут создавать оптимизированные формы и структуры. Этот процесс позволяет исследовать широкий круг дизайнерских решений, которые могут быть недоступны при традиционном проектировании. [2-5]

Подход основанный на применении технологий генеративного дизайна включает в себя ряд направлений, использующих различные инструменты и программы, как для концептуального, так и для конструктивного моделирования.

Для моделирования конструктивных элементов используются следующее програмное обеспечение:

●Autodesk Fusion 360. Популярная программа, которая сочетает системы инженерной графики (CAD), производства под управлением компьютера (CAM) и автоматизированного проектирования (CAE). Мощные инструменты для генеративного дизайна этого ПО помогают ускорить и упростить создание моделей и оптимизированных структур, а облачные технологии обеспечивают удобство совместной работы команды.

● Siemens NX. Одна из ведущих CAD/CAM/CAE-программ, которую используют дизайнеры и инженеры. Встроенные алгоритмы для генеративного дизайна помогают создавать оптимизированные формы и структуры, учитывая различные ограничения и цели проектирования, такие как прочность, вес и эксплуатационные характеристики.

Также программа верифицирует полученные результаты, проверяя линии нагрузки, распределение напряжений и другие ключевые параметры. Дизайнер может быть уверен, что он получит работающие в реальных условиях решения, а не просто красивый концепт.

В архитектуре рассматриваемая технология обусловила возникновение нового стилистического направления - параметризма. В основе параметрической архитектуры лежит использование специализированного софта, к нему относятся:

● Rhino + Grasshopper. Универсальная программа для 3D-моделирования и дополняющий её специальный плагин. Вместе эта связка позволяет создавать параметрический дизайн и выполнять моделирование с помощью кривых. А поддержка большого количества форматов файлов позволяет легко интегрировать Rhino с другими программами. Плюс у Rhino есть развитое сообщество, которое может помочь в освоении не самого простого интерфейса программы.

● Dynamo. Средства визуального программирования обеспечивают мощные дополнительные возможности для информационного моделирования зданий (BIM). Dynamo включает отдельный набор узлов, разработанных специально для Revit.

Следует отметить, что параметрический дизайн чаще всего фокусируется на управлении параметрами проекта, в то время как генеративный дизайн использует алгоритмы для автоматической генерации и оптимизации вариантов дизайна.

Рисунок 1 Схема распределения нагрузок по несущему элементу, спроектированному посредством использования технологии генеративного дизайна в Fusion 360

Концептуальное моделирование с использование генеративного дизайна нашло широкое применение в самых разных сферах общественной жизни. Возможность в кратчайшие сроки производить концептуальные изображения, воплощающие в себе яркие и выразительные формы архитектурных решений, позволила архитекторам и дизайнерам повысить производительность своего труда и открыть для себя новые смелые решения.

●DALL-E, MidJourney, Stable Diffusion и др. 

Рисунок 2 Алгоритм применения генеративного дизайна

Преимущества генеративного дизайна

Среди основных преимуществ генеративного дизайна можно выделить:

- Оптимизация ресурсов: Технология позволяет минимизировать затраты материалов и энергии, находя решения, наиболее эффективно использующие пространство и ресурсы.

- Ускорение процесса проектирования: Генеративный дизайн значительно сокращает время, необходимое для разработки, благодаря автоматизации генерации вариантов.

- Инновационные формы и структуры: Использование алгоритмов позволяет создавать необычные и органичные формы, что может стать основой для новых архитектурных решений.

- Улучшение сотрудничества: Интеграция различных команд (архитекторов, инженеров, строителей) позволяет улучшить совместимость и понимание между участниками проекта.

- Снижение веса объекта, что критически важно для отдельных областей, например, авиастроения.

Вызовы применения:

Несмотря на многочисленные преимущества, технология генеративного дизайна сталкивается с определенными вызовами:

- Образование и подготовка кадров: Применение генеративного дизайна требует знаний в области программирования и алгоритмического мышления, что может потребовать дополнительных усилий в подготовке специалистов.

- Необходимость в САПР и программном обеспечении: Для применения технологии необходимы специализированные инструменты и программы, что может увеличить стоимость проектов.

- Проблемы с нормативной документацией: Стандартные нормы и регуляции строительно-архитектурной сферы могут не учитывать инновационные подходы генеративного дизайна, что требует пересмотра действующих норм. [8]

Перспективы внедрения в строительную отрасль

Будущее генеративного дизайна в строительной отрасли выглядит многообещающе. Возможности, которые предоставляют технологии, как, например, искусственный интеллект и машинное обучение, могут быть интегрированы в генеративный дизайн для создания более сложных и адаптивных решений. С увеличением цифровизации и внедрением технологий «умного города» использование генеративного дизайна может стать стандартом в строительстве, способствуя созданию более устойчивых и эффективных урбанистических решений. [6]

Сложность внедрения решений созданных с использование инструментов генеративного дизайна состоит в дороговизне применения сложных криволинейных форм в строительстве. Эффективным решением этой проблемы выступает применение аддитивных технологий. Строительные 3d принтеры получили широкое распространение за последние годы. Технология строительной 3d печати стремительно развивается, что в перспективе позволит полностью раскрыть потенциал генеративного дизайна, воплощая более комплексные, интересные и выразительные архитектурные решения. [7, 8]

Заключение

Генеративный дизайн представляет собой мощный инструмент, способный изменить традиционные подходы к проектированию и строительству. Его применение в строительной отрасли может привести к улучшению качества объектов, снижению затрат и времени на проектирование, а также к созданию более ярких и выразительных архитектурных решений. Однако для реализации его потенциала необходимо преодолеть образовательные, технические и регуляторные вызовы.

Список литературы:

1. Лукманов О. Генеративный дизайн: на пороге новой эпохи проектирования // CADMASTER. - 2018.
2. П. Янссен, К. В. Че н, А. Моханти, Автоматизированная генерация BIMМодели , Труды 34-й конференции eCAADe, Ньюкасл, Великобритания, 583- 590.
3. X. Марсо, Экогенеративный дизайн для ранних стадий архитектуры
4. Autodesk Redshift, Генерация ve Дизайн в архитектуре и строительстве проложит путь
5. Путь к производительности. https://redshift.autodesk.com/generative- дизайн -архитектура.
6. Engineering.com [Электронный ресурс]: The New Age of Highly Efficient Products Made with Generative Design. Режим доступа: https://www.engineering.com/DesignSoftware/DesignSoftwareArticles/ArticleID/15136/The-New-Age-of-Highly-Efficient-Products-Made-with-Generative-Design.aspx
7. Патрик Шумахер. Манифест параметризма [Электронный ресурс] Рatrikschumacher. URL: http://www.patrikschumacher.com/Texts/ Parametricism_Russian%20text.html
8. Шалаева Е.А., Докторова Е.И., Лохтачева П.А. [и др.] ДИАГОНАЛЬНЫЕ ОБОЛОЧКОВЫЕ СИСТЕМЫ. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И АРХИТЕКТУРЕ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. CXXX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 10(128). URL: https://sibac.info/archive/technic/10(128).pd
9. Синянский И. А., Кошкин А. К., Леоненко И. А., Говорова Ж. М., Канивец У. С. Обоснование оптимизации архитектурно-планировочных, конструктивных, технологических и материаловедческих решений объектов капитального строительства // Строительство и архитектура. 2023. №. 1. С. 8-8. DOI: https://doi.org/10.29039/2308-0191-2022-11-1-11-11.