nová registrace 
BIM DAY 2012

projekty

Palác umění: automaticky generovaná 3D Voronoi struktura

[10.7.2008] Projekt Paláce umění byl řešen jako diplomní projekt v ateliéru Miloše Floriána na Fakultě architektury ČVUT v Praze. Tématem mého projektu je automaticky generovaná 3D Voronoi struktura (viz obr. 1 a 2). Myšlenku Paláce umění jako výstavního prostoru nejen pro práce surrealisty Salvadora Dalího přinesla Galerie Miro v čele s ředitelem Miro Smolákem. Toto zadání na pozemku u Štefánikova mostu v Praze již zpracovával ve studii architekt Daniel Libeskind.

Podle Galerie Miro měl být Palác umění v Praze jedním ze tří Paláců umění v Evropě. Hledala jsem proto řešení, jak v omezeném čase navrhnout všechny tyto tři Paláce tak, aby se každý vyjímal svojí individualitou a zároveň aby byly vnitřně pevně provázanou strukturou.

Právě to mě inspirovalo k myšlence udělat počítačový program, který podle konkrétního zadání vygeneruje na konkrétním pozemku stavbu. Tento program pracuje na principu parametrického modelu stavby.

Řešením je program, který funguje na principu struktury Voronoi/Delaunay diagramu.

Voronoi/Delaunay diagram je způsob uspořádání řady struktur v přírodě, je příkladem samoorganizujících se systémů v přírodě, Voronoi/Delaunay je tedy příkladem tzv. disipativní struktury.

V přírodě ho zaujímají pěnové bubliny. Praská jím země, zanechává své stopy na pískových dunách nebo na arktických sněžných polích. S tímto diagramem na svých křídlech létají motýli, běhají hořící žirafy a pečou se rozteklé hodiny času (viz obr. 3).

Geometricky je Voronoi/Delaunay diagram jednoduchým vztahem dvou bodů v prostoru, tedy úsečkou určenou dvěma body a následnou kolmicí k této úsečce.

Při zkoumání tohoto geometrického vztahu mi posloužilo několik fyzických modelů. Snažila jsem se jimi hledat přirozený způsob růstu této Voronoi struktury v přírodě. Vycházela jsem z principu pevně daných bodů v prostoru a spojnicemi mezi nimi (obr. 4a, 4b, 4c).

Na konkrétním pozemku funguje počítačový program takto: Z okolní zástavby pozemku se pořídí ortogonální fotografi e. Z těchto fotografi í se udělá v 3D virtuálním modelu výšková mapa. To znamená, že plocha bitmap se zprohýbá ve směru a velikosti vektoru normály s číselnou hodnotou barevného kontrastu fotografi e. Z těchto zprohýbaných ploch se poté vyjme drátový model (obr. 5a). Z jednotlivých křivek drátového modelu jsou podle jejich aktuální křivosti vyjmuty body (obr. 5b).

Tyto body v sobě tedy nesou svou polohou návaznost na výšku a charakter okolní zástavby. Zároveň je možné v této fázi modelu pracovat s budoucím funkčním uspořádáním, popřípadě s mapou širších vztahů. Zhuštěním určitých míst je možné ovlivnit výslednou strukturu.

Body v prostoru jsou vstupními body do výpočtu 3D Voronoi, který generuje výslednou hmotu. Skript pracuje na základech 2D Voronoi, kolmice na úsečky mezi body určují roviny. Plošky nejblíže daným bodům zůstávají a zbylé části rovin jsou vymazávány. V 3D Voronoi je toto očišťování ploch děláno jakousi postupnou parabolickou spirálou (obr. 6).

Výsledkem výpočtu jsou buňky obdobné buňkám pěnových struktur. Jsou tedy pro dané rozmístění zadávacích bodů nejoptimálnějším řešením – jak po stránce prostorové, tak i po stránce statické.

V této fázi jsem pak vznikající hmotu analyzovala v prostoru 3D Cave na Institutu mediální tvorby. Je to místnost, kde se pomocí brýlí a joystiku pohybujete vlastně ve virtuálním modelu z horizontu člověka jako v počítačové hře. Tato analýza mi umožnila vybrat nejvhodnější řešení z pohledu uživatele stavby (obr. 7).

Nyní bylo třeba do zatím plnostěnných buněk vyříznout otvory. Podle analýzy oslunění, osvětlení a slunečních zisků je pro konkrétní prostory s konkrétní funkcí určen koefi cient. Tento koefi cient určí následný počet vstupních bodů do sekundárního Voronoi výpočtu. Tento výpočet již probíhá na jednotlivých 2D plochách fasádních plášťů a vyřezává křivkové otvory (obr. 8).

Otevření fasádních panelů tímto postupem umožní optimální světelnou pohodu uvnitř galerie.

Při návrhu stavby jsem se snažila pevně držet motta „Jak nahoře, tak dole“, proto strukturu Voronoi propisuji nejen v hmotovém řešení, ale také v konstrukčním řešení celé stavby, tedy v nosné konstrukci.

Prostorové uspořádání nosné konstrukce vychází z parametrického modelu jednotlivých buněk. Jejich hranami je vedena nosná ocelová trubková konstrukce. Díky počítačovému modelu jsem mohla ověřit export dat jednotlivých prutů a styčníků do statického programu Ansys (obr. 9).

Tyto programy typu Ansys jsou aktuální zpětnou vazbou při návrhu a posuzují statické zatížení v 3D modelu jako celku, což u pěnových prostorových struktur vede k optimalizaci dimenzování jednotlivých prvků.

Základní ocelová nosná trubková konstrukce je zakotvena do železobetonové základové vany. Na tuto ocelovou nosnou konstrukci jsou namontovány jednotlivé fasádní panely pomocí rektifi kačních terčů.

Fasádu tvoří sendvičové panely typu GFK/PCM. GFK je lepený materiál z plastových hmot, vyztužený skleněnými vlákny, plní funkci statickou. PCM je kompozitní nanomateriál na bázi parafínu a hydrátu solí, plní funkci tepelně izolační.

Tyto kompozity i v malých tloušťkách zaručí optimální funkci pláště budovy. Zároveň je do nich možno integrovat LED diody. Tento detail dělá z fasády fasádu mediální.

Světelný režim jednotlivých LED diod vyžaduje centrální programovatelný systém s možností fl exibilního reagování na aktuální světelné požadavky. Fasáda tak komunikuje se svým okolím a je zároveň další výstavní plochou. Okenní otvory jsou řešeny jako polštáře ETFE fólie.

Závěrem snad jen zmíním, že moje práce na projektu byla vedena snahou využít současné vyjadřovací prostředky a použít je k tradičním úkolům, mezi které patří vytvořit přístřešek, obydlí pro lidi.

Snažila jsem se rozpoznat složitý systém vztahů prostoru, času a formy a do tohoto systému integrovat mnou navrhovanou strukturu tak, aby se stala jeho součástí. Program na základě Voronoi/Delaunay diagramu je využitelný pro jakýkoli obecný pozemek a dle místních podmínek generuje optimální strukturu, a to jak po stránce statické, tak po stránce světelných podmínek (obr. 11, 12, 13, 14). Světelná Voronoi ariad-nina instalace v atelieru Florián, únor 2008.

Nina Hedwic Housková
ateliér Miloše Floriána – Glass and free form
(diplomní projekt na Fakultě architektury, ČVUT Praha, 2008)

NINA HEDWIC HOUSKOVÁ
9. 12. 1982 narozena v Sokolově
1989–1998 ZŠ Edvarda Beneše
1998–2002 Gymnázium Na Pražačce – s rozšířenou výukou výtvarné výchovy (studium ukončeno maturitní zkouškou)
2002–2008 Fakulta architektury Praha – architektura a urbanismus (studium ukončeno obhajobou diplomové práce)
2005 účast na výstavě Futura Pragensis, Veletržní palác
2006 Love design – konceptuální instalace; nominace Olověný Dušan; příprava a účast na výstavě ateliéru Florián; instalace – E-topia – galerie Nábřeží Praha; časopis Stavba 02/2006 – článek Zlín culture space centre
2007 workshop Digitální architekt – hledání formy; nominace Olověný Dušan
2008 instalace 3D Voronoi v ateliéru Glass and free form; přednáška na Dni ocelových konstrukcí Brno; přednáška na Semináři ocelových konstrukcí; nominace Olověný Dušan; 1. místo v soutěži aplikace LED diod – Nowatron; stánek FA ČVUT na ForArch 2008 – prostorová síťová struktura; nominace – školní kolo Archiprix 2009

Summary
The project of the Palác umění (Palace of Arts) was solved as a diploma project in the studio of Miloš Florián at the Faculty of Architecture of ČVUT in Prague. The topic of my project is an automatically generated 3D Voronoi structure. The idea of the Palace of Arts as an exhibition premise not only for the works of Salvador Dalí´s surrealists was brought by the Gallery Miro headed by the director Miro Smolák. This assignment on the land by the Štefánik Bridge in Prague was already elaborated in the study of the architect Daniel Libeskind.

 

Psáno pro časopis KONSTRUKCE.

název stavby Palác umění: automaticky generovaná 3D Voronoi struktura
místo stavby Praha
investor diplomní projekt 2008
autorství Nina Hedwic Housková
spolupráce vedoucí diplomního projektu Ing.arch. Miloš Florián
Nina Hedwic Housková
 

 
projekty
O projektu dA |  Tým dA |  Sponzoring |  Kontakt |  Facebook |  Newsletter |  RSS | mapa stránek | © 2007