Facebook

Technologia i środowisko

Z:A 82

KATEGORIA: Temat wydania

Zaawansowane techniki informatyczne zmieniają pracę projektanta, umożliwiają poszerzone analizy, pozwalają zbadać w krótszym czasie więcej wariantów inwestycji czy wreszcie – odrywają nas od ograniczeń prostej geometrii. Jak rozwój technologii i zastosowanie sztucznej inteligencji zmieni nasz zawód?

Cedric Price, architekt i równocześnie pionier badań w dziedzinie interakcji na linii człowiek–komputer, w 1979 roku w czasie swojego wykładu1 zadał pytanie „Technology Is the Answer, but What Was the Question?” (technologia jest odpowiedzią, ale na jakie pytanie?). I to był prawdopodobnie moment, kiedy w środowisku pionierów technologii cyfrowych zawrzało. Pierwszy AutoCad pojawił się trzy lata później i był niczym więcej niż prostą maszyną do rysowania, początkowo bardzo powolnego. Przez lata Autodesk, Nemechek i inne firmy rozwijały coraz to bardziej dokładne i złożone oprogramowanie dla architektów i inżynierów.Początkowo było to cyfrowe rysowanie 2D, potem proste modele, a dziś do procesu projektowego włącza się uczenie maszynowe, robotykę i rozszerzoną rzeczywistość. Jednak wydaje mi się, że dopiero ostatnio zaczynamy odpowiadać na pytanie Price’a: „Po co nam ta technologia?”.

2226 – biurowiec w Lustenau, proj. Baumschlager Eberle. W budynku bez wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania utrzymuje się stała temperatura na poziomie 22–26 °C, fot. Eduard Hueber.

PROJEKTOWANIE ZINTEGROWANE

Dwa lata temu pracowałem z Tatianą Bilbao, meksykańską architektką i profesorką na Yale School of Architecture, nad projektem mieszkaniówki w centrum dużego miasta.
W czasie naszego pierwszego spotkania opowiadałem o możliwościach technologicznych, szczególnie o symulacjach światła dziennego, oszczędności energetycznej, wentylacji i innych obliczeniach przy użyciu narzędzi parametrycznych. W pewnym momencie Tatiana gwałtownie podniosła się z krzesła i powiedziała stanowczo: „Wreszcie! Wreszcie rozumiem, po co nam te wszystkie narzędzia”.

     Dziś w kontekście kryzysu klimatycznego wreszcie zrozumieliśmy, do czego mogą służyć narzędzia, które rozwijaliśmy przez ostatnie kilkadziesiąt lat. W końcu możemy mierzyć wpływ architektury na planetę i człowieka. Jak pokazuje program europejskiego ozdrowienia pandemicznego Next Generation EU dekarbonizacja i regeneracja idzie w parze z cyfryzacją gospodarki. Również w dziedzinie architektury i budownictwa. Tutaj czeka na nas Nowy Europejski Bauhaus, ale również Fala Renowacji i odświeżona dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD), która mierzy cały cykl życia budynku.

     Pierwszym ważnym tematem w kontekście cyfryzacji są dane i ich przekazywanie. I tutaj pojawia się zagadnienie projektowania zintegrowanego, w którym wszyscy partnerzy procesu inwestycyjnego działają wspólnie. Dlaczego warto pracować w tym duchu wyjaśnił Patrick MacLeamy, architekt i prezes firmy HOK. Krzywa, nazwana później „krzywą Leamy’ego”, wskazuje, że wraz z upływem czasu zmiany w projekcie są trudniejsze do osiągnięcia, wymagają większego nakładu pracy i poniesienia znacznych kosztów. Leamy wskazuje zatem, że projekt powinien być zintegrowany i wszyscy aktorzy procesu inwestycyjnego powinni zacząć od omówienia przy jednym stole założeń i możliwości. I tutaj pojawia się kwestia rozwiązania technologicznego i przekazywania informacji. BIM to skrót od Building Information Modelling, który dotyczy modelowania informacji. Jego kolejne poziomy (1–6) odpowiadają stopniowi rozwoju projektu – od koncepcji do użytkowania, i równocześnie o użytkownikach i wytwórcach danych – od projektanta do mieszkańca. Dzięki takiej zintegrowanej platformie zarządca budynku może używać danych dostarczonych przez architekta i tak sterować pracą budynku, żeby zminimalizować jego koszty energetyczne, może również np. wymienić okna na zgodne z modelem cyfrowym i danymi od producenta albo zaplanować harmonogram wymiany filtrów wentylacji na podstawie projektu instalacji.

     Krzywa MacLeamy’ego wpisuje się też świetnie w uzupełnienie do EPBD, która ustanawia „metodologię porównawczą do celów obliczania optymalnego pod względem kosztów poziomu wymagań minimalnych dotyczących charakterystyki energetycznej budynków”, zwaną z angielskiego cost-optimal. Chodzi przede wszystkim o to, aby renowacje energetyczne budynków nie były przeinwestowane, aby nie szukać rozwiązań i technologii z nadwyżką, celem jest więc gospodarne zarządzanie projektem, szczególnie w kontekście projektów publicznych. I tutaj ponownie pojawiają się narzędzia cyfrowe, które pomogą nie tylko oszacować zużycie energii w czasie użytkowania budynku, ale również tej potrzebnej do jego wybudowania, pozyskania materiałów, a także niezbędnej do wyburzenia budynku lub recyklingu materiałów.

Krzywa MacLeamy'ego – wykres kosztów decyzji projektowych odwzorowanych wzdłuż osi czasu, il. Adrian Krężlik

CYKL ŻYCIA BUDYNKU

To kolejny aspekt, który zaczynamy mierzyć w kontekście wpływu architektury na środowisko. Aby to zrobić, znów potrzebne są dane i oprogramowanie. Oczywiście zasada lokalności materiałów i rozwiązań jest nadrzędna, ale szczegóły warto sprawdzić przy użyciu odpowiednich narzędzi2. Kiedy badamy cykl życia budynku pod uwagę bierzemy cztery fazy: (A) pozyskiwanie materiałów, produkcję i budowę; (B) użytkowanie budynku; (C) rozbiórkę; (D) recykling. Każda z faz zawiera m.in.informacje o: szarej energii budynku, śladzie węglowym, wpływie na zakwaszanie gleby czy zużyciu wody przy pozyskiwaniu rudy na stal potrzebną do wyprodukowania belek, transporcie paneli elewacyjnych z Chin do Europy i ilości energii zużytej zimą na oświetlenie. Aby wyważyć wpływ budynku na środowisko, trzeba zmierzyć cały jego cykl życia. Gdy minimalizujemy zużycie energii na ogrzewanie, może się okazać, że systemy i materiały, które w tym celu użyjemy, będą miały negatywny wpływ na środowisko. Jak wskazują niektóre badania3, takie systemy mogą mieć wysoki ślad węglowy i poziom zużycia szarej energii.

     Do badania cyklu życia budynków, czyli Life Cycle Assessment, powstaje coraz więcej narzędzi (One Click LCA, SimPro, Umberto), które korzystają ze standardowych baz danych o materiałach dla danego regionu. Jak przypominają m.in. twórcy piramidy materiałów4, dane pomiędzy różnymi regionami mogą się znacząco różnić, należy więc szukać informacji o materiałach używanych w danym kraju i przez konkretnego producenta. Służą do tego między innymi informacje zawarte w systemie Environmental Product Declaration (EPD), zgromadzone w ciągle dość ubogiej, ale rosnącej bazie danych5. Wskazują one nie tylko ślad węglowy materiału, ale również szarą energię, eutrofizację gleby czy zakwaszanie wód, odsłaniając w ten sposób bezpośrednie połączenie pomiędzy materiałami a systemami planetarnymi. Część narzędzi łączy się z oprogramowaniem BIM i taka konfiguracja pozwala nam na jeszcze dokładniejsze badanie budynku.

Wykres psychrometryczny określony jest przez dwie główne osie: poziomą – temperatury, i pionową – wilgotności bezwzględnej (humidity ratio). Pokazuje on, ile godzin w ciągu roku ma tę samą temperaturę i wilgotność. Wytłuszczony wielobok pokazuje godziny, w których zachowany jest komfort cieplny, il. Adrian Krężlik

SZTUCZNA INTELIGENCJA

Kolejnym ważnym elementem, który pojawił się dzięki powstaniu nowego zawodu – projektanta komputacyjnego – jest włączenie pewnych umiejętności inżynierskich do projektu architektonicznego, w szczególności analiz światła dziennego i zużycia energii. Na początku, w pierwszej dekadzie XXI wieku, narzędzia parametryczne pozwoliły na oderwanie się od prostych brył i dały swobodę linii, płynność czy rozbuchaną ekstrawagancję formy. Przełożenie na nowe procesy fabrykacji cyfrowej, m.in. drukowania 3D, dało właściwie nieograniczoną swobodę. Nowe materiały, takie jak na przykład GRC (beton zbrojony włóknem szklanym), pozwoliły wykonywać niewyobrażalne do tej pory projekty. Jednak dla części projektantów takie rozwiązania stanowiły jedynie krok do dalszej eksploracji narzędzi. Złożyło się to w czasie ze wzrostem świadomości środowiskowej i stworzeniem kilku programów i pluginów, które pozwoliły nam (bo ja się do tej grupy zaliczam) na symulowanie działania budynku, światła dziennego, optymalizacji zużycia energii, dostępności pieszej i wielu innych aspektów projektowania architektury oraz miasta. Digitalizacja i cyfryzacja danych, a także możliwość dostępu do łatwego w obsłudze oprogramowania pozwala na badanie wielu właściwości budynku przez zespół projektowy na samym początku procesu inwestycyjnego i podejmowanie świadomych decyzji. Kohorta młodych architektów sprawnie porusza się w świecie takich narzędzi i jest w stanie wyprodukować wysokiej jakości analizy, które pozwolą lepiej zrozumieć działanie budynku i komfort użytkownika już na etapie projektu koncepcyjnego.

     Takie analizy to przejściowy, ale niezbędny krok do dalszej cyfryzacji i automatyzacji procesów projektowych, analizowania danych w kontekście środowiska. Ostatnie kilka lat to renesans m.in. uczenia maszynowego. Konferencje naukowe architektów i badaczy zajmujących się sztuczną inteligencją obfitują w kolejne rozwiązania: automatycznego projektowania łazienek lub parkingów (kto o tym nie marzy?).
Kolejne start-upy w parze z biznesem nieruchomości automatyzują część zadań architekta. Świetnym przykładem jest tutaj WeWork, amerykańska firma zajmująca się coworkingiem. Ich algorytmy aranżacji wnętrz6 optymalizują rozkład przestrzeni na piętrze tak, aby zmieściło się jak najwięcej biurek. Do czego im będzie potrzebny architekt? Do pieczątki?

Symulacja światła dziennego w budynku. Daylight Factor (DF) określa ilość światła słonecznego w procentach, która wpada do wnętrza. Przedostatnie piętro ma drobniejszą siatkę, żeby lepiej pokazać rozkład dostępności światła. Miara DF używana jest w Europejskim Standardzie dotyczącym światła dziennego (EN 17037), il. Adrian Krężlik

WYZWANIA I POLA DO DZIAŁANIA

Architektura i projektowanie przesiąknięte są technologią i prawdopodobnie nie ma już od tego odwrotu. Nie zgodzi się z tym z pewnością prof. Artur Zaguła, dziekan Wydziału Architektury Politechniki Łódzkiej, który przypomina o pluralizmie projektowym, czy Kenneth Frampton, mówiący o niezależności architekta w kontekście działalności Sizy i Souto de Moury. Z pewnością jest miejsce na indywidualność, kreację i Architekturę pisaną wielką literą, zawsze wtedy, kiedy zapewniamy komfort użytkownika i dbamy o planetę. Co chciałbym podkreślić, pisząc z biblioteki projektu Sizy, w której zimą trzeba mieć dwa swetry, a i tak ręce marzną.

     Pojedyncze przykłady architektury mistrzów i mistrzyń stanowią punkty odniesienia, a także kształtują kolejne pokolenia architektów. Na pytanie Price’a należy odpowiedzieć, analizując nasze działania projektowe, stosowność technologii, rozwiązań materiałowych, systemów. Mówi o tym też Hubert Trammer, architekt z Politechniki Lubelskiej, który tworzy słowo „instaracje”, mające być przeciwwagą do innowacji i szukać rozwiązań w przeszłości. Bez wątpienia przed nami ciekawe czasy związane z ogromnymi inwestycjami w renowację architektury w Europie, tak aby zminimalizować jej negatywny wpływ na środowisko. Do tego przydatne będą odpowiednie narzędzia i technologie. •

Adrian Krężlik
Adrian Krężlik

architekt, zajmuje się zastosowaniem technologii w projektowaniu w kontekście rozwoju regenerującego, doktorant na Wydziale Architektury Uniwersytetu w Porto, współzałożyciel Dosta Tec, firmy zajmującej się rozwiązaniami w zakresie energii i rozwoju zrównoważonego dla budynków. Założyciel platformy edukacyjnej Architektura Parametryczna

reklama

Warto przeczytać