O cyfrowym projektowaniu opowiada Judyta M. Cichocka, laureatka Nagrody Naukowej POLITYKI

Modelowanie parametryczne – zastanawia się Judyta Cichocka – za dużo jest o nim do powiedzenia… I tak by można było zakończyć rozmowę z jedyną tegoroczną laureatką (resztę stawki tworzyli panowie) nagród POLITYKI. Ale przecież nie można, bo przedmiot badań tej architektki urodzonej w roku wielkich przemian zaczyna wpływać na otaczającą nas rzeczywistość, nie tylko urbanistyczną. I zostanie z nami na zawsze. A kiedy nie wiadomo, jak zacząć, to pewnie najlepiej od początku. Historia architektury jest historią ewolucji, niewiele różniącej się od tej biologicznej. Dobrze dostosowane projekty, podlegając stopniowym modyfikacjom, stawały się jeszcze lepsze. Jest historią katastrof – jak ta niedawna, kiedy to w Genui runął żelbetowy most Morandiego. Architektura jest też historią rewolucji, nagłych odkryć materiałowych, strukturalnych. W architekturze odbija się historia idei – wystarczy rzut oka na fasady manieryzmu i modernizmu. Jest też wreszcie architektura historią narzędzi projektowania, co widać najdobitniej w obecnym i drugiej połowie ubiegłego wieku. – Nie chcę powiedzieć, że to narzędzia determinują to, co projektujemy, ale nowe możliwości są natychmiast wykorzystywane – mówi Cichocka, mając na myśli komputery. Projektowanie wspomagane komputerowo nie jest wynalazkiem wielkiej rewolucji informatycznej, bo uprawiane jest już od lat 40., ale pod strzechy pracowni architektonicznych trafiło z chwilą narodzin komputerów osobistych. – Przełomem było pojawienie się tzw. grafiki wektorowej, najpierw dwuwymiarowej, potem modelowania 3D – mówi projektantka. – Kolejnym było modelowanie informacji o budowaniu (ang. Building Information Modeling), w którym projektuje się kompleksowo wszystkie cechy obiektu. Takie wirtualne modele można wysyłać do innych specjalistów, pracować na nich wspólnie. A same rysunki, kiedyś powstające na deskach kreślarskich, generowane są automatycznie. W niektórych krajach budynki publiczne już muszą być projektowane w ten sposób. Natomiast kolejnym krokiem jest coś, czym ja właśnie się zajmuję, coś jeszcze niespopularyzowanego w praktyce. Jest to także coś o nazwie wyjątkowo niewdzięcznej do wytłumaczenia – projektowanie parametryczne. Projektowanie logiki Może najpierw słowo o tym, czym projektowanie parametryczne nie jest. Kiedy projektujemy domek dla ptaków, nie myślimy parametrycznie. Nie musimy. Forma jest niejako tożsama z prostą treścią. – Model parametryczny może wygenerować coś, czego nie przewidziałam, ale mniej więcej wiem, jak to będzie wyglądać – mówi Cichocka. – Czasem jednak nie wiem, co się wydarzy na końcu. Projektowanie parametryczne polega – w ogromnym uproszczeniu – na tym, że projektujemy nie tyle szczegółowy kształt obiektu, co jego logikę, zasadnicze reguły rządzące jego strukturą. Formułujemy opisujące je funkcje matematyczne. Tak zarysowaną ideą karmimy stosowne oprogramowanie, by otrzymać propozycje finalnych projektów. W parę minut można ich wygenerować sto. Można tysiąc. Można i sto tysięcy. – Otrzymujemy bardzo dużą przestrzeń rozwiązań, cały krajobraz – mówi Cichocka. – To generalnie sytuacja korzystna, ale w procesie projektowania czas jest zawsze cenny. Tymczasem dokonanie trafnego wyboru z tej mnogości może być trudne i czasochłonne. Konieczne jest zastosowanie nowych narzędzi, metod optymalizacji, których badaniem i tworzeniem głównie teraz zajmuje się architektka. Optymalizacja nie jest ani sztuką, ani nauką – jest jednym i drugim. Niegdyś dokonywała się w umyśle projektantów, nieujęta równaniami, dziś mogą się oni wspomagać oprogramowaniem nierzadko wykorzystującym osiągnięcia zupełnie innych dziedzin wiedzy, choćby sztucznej inteligencji. Co można optymalizować? – Wszystko, co jesteśmy w stanie wyrazić parametrem lub funkcją, czymś, co jest obliczalne – wyjaśnia Cichocka. – Rozpatrzmy projekt przekrycia dachowego. Kształt musi zostać zoptymalizowany, by umożliwiał odprowadzanie wody i śniegu. Możemy optymalizować jego konstrukcję, redukując jej wagę czy maksymalizując sztywność poprzez optymalizację topologii (systemu, reguły połączeń różnych elementów – przyp. red.). Możemy optymalizować kształt paneli, którym go pokryjemy, tak by były najtańsze w produkcji, a nie, jak w przypadku Kunsthaus w Grazu, różniły się między sobą w sposób niepowtarzalny. Kształt może też determinować ilość energii, którą mogą wygenerować ogniwa fotowoltaiczne na nim umieszczone. Podobne powłoki można też optymalizować pod kątem akustycznym. Wyższą szkołą jazdy jest takie poprawianie wybranych cech, by nie działo się to kosztem innych. Przydatność algorytmów Cichocka zajmowała się najpierw metodami optymalizacji ogólnej. Są one jak czarne pudełko (i tak bywają nazywane), które optymalizuje wszystko, co się w niego włoży. Albo inna metafora: są jak szwajcarski scyzoryk – uniwersalne. Teraz Cichocka skupia się na metodach dedykowanych konkretnym, specyficznym problemom. Chce na przykład wymyślić algorytm znajdowania formy dla powłok wykorzystujących elementy elastyczne, które uzyskują pożądany kształt przez kontrolowane gięcie. – Trudno nawet o nich mówić, bo jak na razie powstało niewiele realizacji, a większość z nich ma charakter eksperymentalny, jak pawilon ITKE/ICD 2010 w Stuttgarcie, słynne Mannheim Multihalle, pawilon japoński na EXPO 2000 w Hanowerze czy bambusowy pawilon ZCB w Hongkongu – mówi architektka. – Jeśli uda się zaproponować metodę, która pozwoli na jednoczesne odnajdywanie kształtu i topologii, obniży to znacznie koszty realizacji takich systemów konstrukcyjnych. Wygięte powierzchnie będziemy tworzyć z płaskich początkowo elementów – drewnianych i kompozytowych. Optymalizować można projekty istniejące wirtualnie oraz obiekty już istniejące w świecie realnym. Algorytmy optymalizacyjne stosowała Cichocka także do badania dzielnicy Irkucka po to, by przekształcić ją w obszar przyjazny ruchowi pieszemu. Wraz z prof. Jackiem Kościukiem z Politechniki Wrocławskiej prowadziła też badania wirtualnego modelu Abu Meny, niegdyś ważnego ośrodka chrześcijaństwa w Egipcie, porzuconego na dobre jeszcze w XI w. – Chcieliśmy dowiedzieć się, dlaczego plac targowy osady został usytuowany w tym właśnie, a nie innym miejscu – wspomina architektka. – Wyznaczenie centrów „pieszochodności” (ang. walkability) dla różnych scenariuszy i symulacje przepływów mieszkańców prowadziły do wniosków, że ludzie rozumiani jako masa myślących jednostek samoistnie optymalizowali najważniejsze funkcje osady, w której mieszkali. Symulacje nie tylko potwierdziły wcześniejsze hipotezy o organicznym, stymulowanym jedynie naturalnymi procesami, rozwoju Abu Meny, ale i udowodniły przydatność algorytmów optymalizacyjnych w studiach nad historią architektury i urbanistyki. Tam, gdzie jest akcja (nowy trend), tam jest też i reakcja (czyli grono malkontentów). Sceptycy projektowania parametrycznego poddają łagodnej krytyce zajmującą się nim młodzież, sugerując, że wszystko, co udało się na razie sparametryzować, to wycinane laserem i składane w fantazyjne formy przestrzenne kształtki ze sklejki. Cichocka wyjaśnia: – Wiadomo, ludzie oceniają ten sposób projektowania po tym, co widać. A widać to, c