- Artık inşaat tasarımında sıradan hale gelen bilgisayarlar ve yazılımlar, 1980’lerin sonlarında endüstriye sunulduğunda sistemi şok etti. Hesaplamalı tasarım, kod kitaplarını algoritmalarla ve insan analizini yapay zekayla değiştirerek tasarım yöntemimizde benzer bir değişiklik yapacak şekilde konumlandırılmıştır.
- Hesaplamalı tasarım, bildiğimiz şekliyle sektörümüzün manzarasını değiştirmeye yönelik, gelişmekte olan bir tasarım yöntemidir. 2022 Dijital Çeviklik Zirvesi’nde, AEC endüstrisindeki teknolojik dönüşümde lider olan Anthony Zuefeldt, “AEC endüstrisinin her yönü eninde sonunda [hesaplamalı tasarımdan] etkilenecek ve bazıları bunu ‘belirleyici an’ olarak adlandırdı. bu on yıl.”
- Peki hesaplamalı tasarım tam olarak nedir? Ve şu anda yaygın olarak kullanılan tasarım ve yapım süreçlerini nasıl etkileyecek?
Hesaplamalı Tasarım Nedir?
Hesaplamalı tasarım, tasarım problemlerini gelişmiş bilgisayar işleme ile çözmek için algoritmaların ve parametrelerin bir kombinasyonunu kullanan bir tasarım yöntemidir. Bir tasarımcının sürecinin her adımı, kodlanmış bilgisayar diline çevrilir. Yazılım programı, tasarım modelleri oluşturan veya tasarım analizlerini tamamlayan algoritmalar oluşturmak için projeye özgü parametrelerin yanı sıra bu bilgileri kullanır. İlk programlama tamamlandığında, tasarım dinamik ve tekrarlanabilir bir süreç haline gelir.
Geleneksel olarak tasarım pasiftir; bir tasarımcı bilgisayar destekli tasarım (CAD) programıyla tasarımlar oluşturmak için bilgi ve sezgilerini kullanır . Bu manuel çizim yöntemi, dikkate alınabilecek tasarım seçeneklerinin sayısını sınırlar ve mevcut zaman ve kaynaklarla sınırlandırılır. Hesaplamalı tasarım bir kez uygulandığında, üretkenliği artırmak ve daha sağlam tasarımlar oluşturmak için etkili ve kullanışlı bir araçtır.
Tasarımcılar, hesaplamalı tasarımı uygulamak için tasarım süreçlerini ölçülebilir adımlara ayırmalıdır. Bu adımlar, tasarım problemlerini çözmek için algoritmaların çerçevesini oluşturan, tanınabilir modeller ve eğilimlerle tamamlanmış bir dizi talimat oluşturur.
Hesaplamalı Tasarım Araçları
Hesaplamalı tasarım, tasarımcılara kod öğrenmeye ihtiyaç duymadan programlama gücü verir. Bunun nedeni, çoğu hesaplamalı tasarım aracının , metin tabanlı kod satırlarının aksine görsel programlamayı kullanmasıdır. Görsel programlama ile, kullanıcılar bir düğümden gelen çıktıları diğerinin girişlerine bağlayarak, bağlayıcılarla düğümden düğüme giden bir program oluşturur. Nihai sonuç, tasarım sürecinin grafik bir temsili veya esasen bir akış şemasıdır.
Bu görsel programlama araçları tipik olarak Tekla Structures, Autodesk Revit, Trimble Quadri ve Bentley MicroStation gibi tasarım modelleme yazılımlarıyla eşleşen eklentilerdir . Önde gelen hesaplamalı tasarım eklentilerinden ikisi, Revit ile uyumlu Dynamo ve Tekla, Quadri ve Rhino ile uyumlu Grasshopper’dır.
Dynamo , Autodesk’in görsel programlama aracıdır. Kullanıcılar, komut dosyası arabirimini doldurmak için 3D modellerinden, Excel’den ve hatta görüntü dosyalarından verileri içeri ve dışarı aktarır. Program, tasarımcıların projelerini analiz etmelerine ve görsel değişiklikler yapmalarına olanak tanıyan karmaşık geometriler görüntüler.
Grasshopper , Dynamo’dan önce gelir ve muhtemelen en popüler hesaplamalı tasarım eklentisidir. Bu algoritmik modelleme aracı ile kullanıcılar, düğüm tabanlı arayüz ile tasarım kuralları oluşturur. Tasarımcılar ayrıca kapsamlı düğüm kitaplığından ve üçüncü taraf tasarım araçlarından yararlanabilir.
Hesaplamalı Tasarım Türleri
Hesaplamalı tasarım , alan içinde standartlar oluşturuldukça çok fazla gelişmekte ve değişmektedir. Şu anda olduğu gibi, hesaplamalı tasarımın üç alt kümesi vardır: parametrik tasarım, üretken tasarım ve algoritmik tasarım.
Parametrik Tasarım
Parametrik tasarım, bir tasarım modelini kontrol etmek için bir dizi kural ve girilen parametreler kullanan etkileşimli bir tasarım sürecidir. Kurallar, farklı tasarım öğeleri arasındaki ilişkiyi kurar. Parametreler, boyutlar, açılar ve ağırlıklar gibi tasarım modelini tanımlayan projeye özel değerlerdir. Bir parametre değiştirildiğinde, algoritmalar ayarlanan bağımlılıklara dayalı olarak ilişkili tüm tasarım öğelerini otomatik olarak günceller.
Parametrik tasarım, bir tasarımcının her bir tasarım öğesini ayrı ayrı güncellemekten sorumlu olduğu geleneksel 3B modellemenin bir adım ötesindedir. Bunun yerine, bir tasarımcı basitçe bir parametreyi günceller ve parametrik algoritmalar ilgili tüm güncellemeleri yapar. Parametrik tasarım, karmaşık ve sıra dışı mimari geometriler tasarlarken idealdir.
Parametrik bir model kolayca değiştirilebilir ve gerçek zamanlı olarak ayarlanabilir. Bu, bir tasarımcının birçok olası tasarım seçeneğini keşfetmesine olanak tanır. Tasarımcılar, tümü bağımsız ofsetlere ve boyutlara sahip yüzlerce sütun tasarlamak yerine, sütunların birbiriyle ve binanın kendisiyle nasıl ilişkili olduğunu tanımlayan sembolik parametreler girer. Sütunların gelecekte yeni tasarım bilgilerine göre kaydırılması gerekirse, parametre güncellenir ve tüm model saklanan algoritmaya göre ayarlanır.
Parametrik terimi, 2009 yılında Zaha Hadid Architects’in müdürü Patrick Schumacher tarafından icat edilen parametrikizmden kaynaklanmaktadır. “Kökü dijital tasarım tekniklerine dayanan ve çağdaş uygarlığı yönlendiren hesaplama devriminden tam olarak yararlanan” yeni bir tasarım stilinin ortaya çıktığını savundu. Parametriklik, tipik olarak parametrik tasarım araçlarıyla tasarlanan belirli bir çağdaş, avangart serbest biçimli yapıları tanımlamak için kullanılabilir.
Parametrik Tasarım Nasıl Kullanılır?
Parametrik tasarım, birçok tasarımcının iş akışına zaten dahil edilmiştir. Rhinoceros 6’ya önceden yüklenmiş olarak gelen Grasshopper gibi görselleştirme araçlarıyla, parametrik tasarıma erişilebilir ve görsel programlama sezgiseldir. Tasarımcılar, bir çıktı almak için geçerli tasarım gereksinimleriyle birlikte boyutlar, açılar veya ofsetler gibi parametreleri girerler. Parametrik tasarım süreci, canlı bir bina bilgi modelleme (BIM) programında yapılır ve nitelikler değiştirilirse gerçek zamanlı olarak güncellenir.
Tekla Structures gibi bazı hesaplamalı tasarım eklentileri, mevcut endüstri kodlarına ve standartlarına dayalı algoritmalar üreten bir düğüm kitaplığıyla önceden programlanmış olarak gelir ve ön uçta tasarım kuralları girme ihtiyacını ortadan kaldırır. Tekla Structures, yapı mühendislerinin verileri algoritma tabanlı bir düzenleyiciye görsel olarak girerek karmaşık kavisli yapılar oluşturmasına olanak tanır.
Üretken Tasarım
Üretken tasarım, belirli hedefleri karşılayan çoklu tasarım konseptleri üretmek için kullanıcı tanımlı girdileri kullanan yinelemeli bir tasarım sürecidir. Girdiler, parametrik tasarıma benzer şekilde tasarım gereksinimlerini tanımlayan kurallar ve parametrelerdir. Üretken tasarım ile kullanıcı, sonuçları değerlendirecek başarı ölçümlerini de girer. Yapay zeka (AI) ve bulut bilgi işlem, bu ölçümlere göre sıralanan onlarca hatta yüzlerce tasarım seçeneği üretir.
Başarı ölçütleri, binanın konumlandırılması, mekansal planlama, can güvenliği analizi, yapısal yükleme kapasitesi, bina birimi sayısı veya maliyet verileri gibi tasarımı optimize etmek için kullanılan kriterlerdir. Program, çok çeşitli tasarım seçenekleri üretecek ve tasarımcı, optimizasyon kriterlerini buna göre iyileştirecektir. Üretken tasarım, sonuçları daraltmak için insan seçimi sezgisiyle yüzlerce olası tasarım oluşturmak için yapay zekanın gücünü birleştirir.
Kendi haline bırakılan tasarımcılar tahmin edilebilir sonuçlar yaratma eğilimindedir. Tasarım sürecinin doğasında bir miktar deneme yanılma olsa da, bir insanın tüm olası tasarım seçeneklerini üretmesi ve incelemesi mümkün değildir. Bu, mimarların bazen ideal seçenek yerine denenmiş ve gerçek tasarımlara veya geçmiş projelerde kullanılanlara yaslanmasına neden olur.
Üretken tasarım, tasarımcıları normal düşünce süreçlerinin ötesinde hayal bile etmedikleri çözümlere yönlendirir. Üretken tasarım dünyasında bu çözümler “mutlu kazalar” olarak adlandırılır. Tasarımcılar, tüm sonuçları değerlendirmek, kriterlerini iyileştirmek ve en iyi tasarım sonucuna ulaşmak için seçim yapma sürecini (birden çok tasarım seçeneğinin derinlemesine değerlendirilmesi) kullanır.
Üretken Tasarım Nasıl Kullanılır?
Üretken tasarım, tasarım optimizasyonu için bir süreçtir. Tasarımcılar bu araçları, bir yolun hizmet verdiği konum sayısını en üst düzeye çıkarmak, belirli bir tasarım yükünü elde etmek için gereken yapısal eleman sayısını en aza indirmek veya birden çok inşaat yüzeyine veya malzemesine bağlı olarak belirli bir termal kapasiteye ulaşmak için kullanır.
Algoritmik Tasarım
Algoritmik tasarım, algoritmalar tarafından yönlendirilen bir tasarım yöntemidir. Terim genellikle hesaplamalı tasarımla birbirinin yerine kullanılır ve bir tür üretken tasarım olarak kabul edilebilir. Algoritmik tasarım, mimari modeller üretmek için algoritmaları (bir sorunun çözümünü belirleyen bir dizi talimat) kullanır. Başka bir deyişle, her bir öğeyi ayrı ayrı tanımlamak yerine, bir sistemi tanımlamak için bir dizi kural kullanılır.
Üretken tasarımın amacı, analiz için mümkün olduğu kadar çok sayıda tasarım seçeneği üretmek olsa da, algoritmik tasarım bunun tam tersidir. Yalnızca bir veya birkaç istenen sonucu elde etme çabasıyla girdi kuralları ve parametreleri üzerinde daha yüksek düzeyde ayrıntı ve inceleme yapılır. Genellikle algoritmik tasarım, oluşturulan her bir yapı elemanına kadar izlenebilen düğümler arasındaki ayrı bir kod satırı veya bağlayıcılar gibi görünür.
Parametrik, Üretken ve Algoritmik Tasarım Arasındaki İlişki
Hesaplamalı tasarımın bu farklı alt kümeleri birbiriyle nasıl ilişkilidir? Hesaplamalı tasarım alanı geliştikçe ve standartlaştıkça yorumlamaya bağlıdır.
Önce her tasarım yönteminin tanımını ve amacını basitleştirelim:
- Parametrik tasarım , kolayca değiştirilebilen bir tasarım çözümü oluşturmak için parametreleri ve kuralları kullanır.
- Üretken tasarım , değerlendirme için bir dizi tasarım seçeneği oluşturmak için algoritmalar kullanır.
- Algoritmik tasarım , bir tasarım modeli üretmek için algoritmalar kullanır.
Terimler arasında, özellikle de algoritmik tasarımın geniş tanımında nasıl bir örtüşme olduğunu görmek kolaydır. Algoritmik tasarım, bir tasarım sonucu üretmek için algoritmalar kullandığından, bir üretken tasarım türüdür. Bu algoritmalar bir dizi parametreye dayanıyorsa, bir tür parametrik tasarım olarak da düşünülebilir.
Parametreler ve kurallar, hem parametrik hem de üretken tasarımın temel bileşenleridir. Her iki tasarım yöntemi de güvenilir sonuçlar üretmek için güçlü girdi verilerine dayanır.
Mühendisler, parametrik tasarımın tüm gücünü ortaya çıkarmak için görsel komut dosyası oluşturmayı kullanır – özelleştirilmiş iş akışları oluşturur, tekrarlayan tasarım görevlerini otomatikleştirir ve karmaşık şekilleri ele alır. Tekla ve Grasshopper kullanarak parametrik tasarım hakkında buradan daha fazla bilgi edinin.
Parametrik tasarım etkileşimli bir süreçtir ; tasarım modelinin öğeleri birbiriyle ilişkilidir ve tüm tasarımda güncellenen gerçek zamanlı tasarım değişikliklerine izin verir. Süreç, doğru giriş parametrelerine ve öğe ilişkilerine dayanan yazılım eklentilerini kullanır.
Üretken tasarım yinelemeli bir süreçtir; yazılım, kullanıcı tarafından sağlanan kısıtlamalara veya başarı ölçütlerine göre sıralanan birçok sonuç üretir. Süreç, gelişmiş algoritmalar ve yapay zeka kullanır, ancak yine de tasarım seçimini sonuçlandırmak için insan sezgisini gerektirir.
Frontiers of Architectural Research’teki araştırmacılar, hesaplamalı tasarımın bu alt kümeleri arasındaki farkı , mimaride Hesaplamalı tasarım: Parametrik, üretken ve algoritmik tasarımın tanımlanması raporlarında daha ayrıntılı olarak ele alıyorlar .
Hesaplamalı Tasarımın Faydaları Nelerdir?
Hesaplamalı tasarım yöntemlerini uygulamak, ön uçta kültürel bir değişim ve kapsamlı programlama gerektirir, ancak bir tasarım firması ilk öğrenme eğrisinin üstesinden geldiğinde, şunları yapabilecektir:
- Daha İyi Çözümler Tasarlayın – Tasarımcılar, manuel çizimle üretecekleri birkaç seçenek yerine yüzlerce tasarım seçeneğini keşfedebilirler. Ayrıca, geleneksel düşünceden uzaklaşan benzersiz tasarım çözümlerinden de yararlanabilirler. Tasarım algoritmaları, sonuçları sürekli iyileştirmek için rafine edilebilir.
- Tekrarlanan Görevleri Otomatikleştirin – Bir boyutu güncellemek veya bir yüzeyi yeniden adlandırmak, yalnızca bir öğeye uygulandığında basittir, ancak sıkıcı hale gelir ve gerektiğinde yüzlerce öğe için kârı azaltır. Bir tasarımcı, modelleme yazılımına bağlı hesaplamalı tasarım araçlarıyla tüm modeli gerçek zamanlı olarak değiştiren bir algoritma oluşturabilir.
- Üretkenliği Artırın – Firmaya özel tasarım süreçleri hesaplamalı bir araca programlandıktan sonra, tasarımcılar esas olarak tasarım görevlerini bu programlara yaptırabilir. Hesaplamalı tasarımla, mimarlar daha az yinelemeyle daha hızlı tasarım yapabilir, üretkenliği artırabilir ve daha az kaynakla daha fazlasını başarabilir.
- Tasarım Risklerini Azaltın – Yinelemeli tasarım süreçleri ve kullanımı kolay görsel programlama araçları, bir tasarımcının tasarım kalitesini insan yeteneklerinin üzerine çıkarmasını sağlar. Bir tasarımı birden fazla senaryo altında test etmek için yapay zekadan yararlanılabilir. Hatasız tasarımlar, ilgili tüm taraflar için riski ve sorumluluğu azaltır.
- Proje Maliyetlerini Azaltın – Sıkıcı tasarım görevlerini ve tasarım düşüncesini hesaplamalı tasarım araçlarına kaydırmak, bir proje için ihtiyaç duyulan personel seviyesini azaltır. Ek olarak, algoritmik olarak üretilen tasarımlarda daha az hata olacak ve bu da sahada tasarım değişikliği olasılığını azaltacaktır. Daha az kaynak ve değişiklikle, proje maliyetleri küçülür.
Twickenham Riverside Geliştirme Projesi’nde görülenler gibi ilginç şekillere sahip yapıların tasarlanması , hesaplamalı tasarım ile mümkün olmaktadır. Ödüllü proje hakkında daha fazlasını buradan okuyun.
Hesaplamalı Tasarım Şimdi Nasıl Kullanılıyor?
Hesaplamalı tasarım, endüstrideki birçok kişi için gelişmekte olan bir kavram olmasına rağmen, çok sayıda bina ve altyapı projesinde pratikte kullanılmıştır.
New Orleans Uluslararası Havalimanı’nda Parametrik Tasarım
Louis Armstrong New Orleans Uluslararası Havalimanı terminal projesinin tasarımına 2011 yılında başlandı. Bu, son on yılda bir terminalin yerini alan ilk büyük havalimanı olacaktı. Atkins North America, eStudio Architecture ve Leo A Daly’nin ortak girişimi olan tasarım ekibi, hızlı tempolu bir programı karşılamak ve hilalden ilham alan görünümü elde etmek için tasarım yaklaşımı için yenilikçi çözümlerin gerekli olacağını biliyordu.
Kullanılan çözümlerden biri, tasarım sürecine yardımcı olacak parametrik bir modeldi. Küresel çatı ve radyal ızgaralar, Rhino modelleme yazılımı ile etkinleştirilen görsel programlama eklentisi Grasshopper ile parametrik olarak kontrol edildi. Parametrik model ile tasarımcılar, tasarımda ince ayar yapıldığından yapının geometrisini zahmetsizce ayarlayabildiler ve bu, çok sayıda tasarım değişikliğinden sonra bile tasarım sürecinin programa göre tamamlanmasına olanak sağladı.
Japon Daiwa House Group Tarafından Kullanılan Üretken Tasarım
Japonya’da kentsel konut için şişirilmiş bir talep var. Her 10 Japon vatandaşından 9’u yoğun nüfuslu şehirlerde ikamet eden Japonya’nın en büyük ev inşaatçısı Daiwa House Group , mevcut kıt arazide konut fırsatlarını en üst düzeye çıkarma göreviyle görevlendirilmiştir. Bunu yapmak için üretken tasarım uygulamalarını kullanırlar.
Daiwa House Group, iş akışlarını hızlandırmak ve müşterilere geleneksel yöntemlere güvenmek yerine bina alanlarını en üst düzeye çıkaran benzersiz ev planları sunmak için üretken tasarım araçlarını kullanıyor. “Üretken tasarım … geleneklerden olumlu yönlerden sapan olasılıklar [sunar]. Bence teknolojinin en büyük cazibesi bu,” diye açıklıyor Daiwa’nın Proje Direktörü Masaya Harita.
Hesaplamalı Tasarım Gelecekte Nasıl Kullanılacak?
Hesaplamalı tasarım, CAD ve proje yönetimi yazılımlarında olduğu gibi, AEC endüstrisinin manzarasını değiştirecek şekilde konumlandırılmıştır. Girişin önündeki ilk engeller aşıldığında, hesaplamalı tasarım mimari tasarım, mühendislik ve inşaata devrim niteliğinde bir katkı olacaktır.
İnşaatta Hesaplamalı Tasarım
Hesaplamalı tasarım yöntemleri, tasarımın kapsamını aşmaya ve inşaata girmeye başlıyor. Yükleniciler, benzersiz inşaat sahaları hakkında parametreleri girecek ve aşağıdakiler gibi saha iyileştirmeleri de dahil olmak üzere verimliliği artırmak ve maliyetleri azaltmak için prosedürler hakkında optimize edilmiş veriler alacak:
- Optimize Edilmiş Ekipman Konumlandırması – Bazı inşaat projeleri için tüm program, entegre inşaat ekipmanlarının mevcudiyetine ve hareketlerine bağlıdır. Üretken tasarım ile kontaktörler, kule vinçlerin ve diğer ağır ekipmanların ideal sayısı ve konumu hakkında projeye özel optimize edilmiş veriler alabilir.
- Azaltılmış Malzeme Atığı – Sıfır atık veya en azından atığın en aza indirilmesi her zaman bir projenin hedefidir, ancak uygulamada bu zordur. Hesaplamalı araçlarla, ham madde verileri ve üretilen atık değerlendirmeleri kullanılarak atığı azaltmak için bir proje tasarımı optimize edilebilir.
- İyileştirilmiş İşlem Sırası – Alım satımları istifleme ve planlama, bir projenin programını tamamlayabilen veya bozabilen karmaşık bir görevdir. Hesaplamalı tasarım araçları, bir proje ekibinin bina bileşenlerinin kurulumunu sıralayan bir mantık oluşturmasını sağlar. Dizi daha sonra verimlilik için optimize edilebilir ve geliştirilebilir.
AEC endüstrisinde hesaplamalı tasarımın uygulanması, kültürel bir değişim gerektirecektir.
Hesaplamalı tasarım araçlarının görsel programlama sayesinde kullanımı nispeten kolay olsa da, tasarım yöntemini bir şirkete veya tüm bir endüstriye uygulamak hiç de küçük bir başarı değil. Bu nedenle, hesaplamalı tasarım tekliflerinin verimlilikleri ve optimizasyonları ile ilgilenen tasarımcılar, mühendisler ve yükleniciler, her seferinde bir proje olarak kullanımını savunmalıdır.