Parametrikus építészet

Szöveg: Botzheim Bálint

Mire képes az építészet a technológiai és formai komplexitás és extremitás értelmében? Mi az, ami az építészet számára ma még nem elérhető, de egyszer talán az lesz? Kutatásom során olyan új irányzatokat vizsgáltam az utóbbi három évtizedből, amelyek az építészet határait feszegették, ugyanakkor formai következetességre törekedtek.
Az építészeti tervezői folyamat egyre inkább technológiafüggő, és a technológiák fejlődése a nyolcvanas évektől kezdve különösen intenzív. A témában született kevés magyar tanulmány egyike Márton Enikő a Tervezési technológiák evolúciója című írása. Ő a tervezési folyamatok három csoportját különbözteti meg: normatív, dinamikus folyamat által generált, illetve aktív részek által generált. Az írás azt sugallja, hogy a normatív tervezés során csak az euklideszi geometria eszközei állnak rendelkezésre, a másik két tervezési metódushoz rendeli a nem-euklideszi geometriák alkalmazását. Ez a felosztás több szempontból nem állja meg a helyét. Egyrészt a nem-euklideszi geometria mindhárom tervezési folyamathoz hozzárendelhető. A természeti népek építészetében a nem-euklideszi geometria számos alkalmazása ismert. Példaként lehet említeni a szumátrai Batak házakat, melyek hiperbolikus tetővel épülnek. A középkori gótikus építészetben ugyancsak felfedezhetjük a nem-euklideszi formák egész tárházát. Ezek nehezen reprezentálhatók alaprajzokkal, metszetekkel, a gótikus boltozatok megépítése pedig nem-euklideszi tudást feltételez. Értékes kezdeményezések a Harvard Egyetemen és a Rensselaer School of Architecture’s kutatási projektjei, amelyekben gótikus épületek geometriáját parametrikus eszközökkel rekonstruálják. A 20. században is találhatunk példákat Antoni Gaudí, Buckminster Fuller, Eero Saarinen és mások munkáiban.
Extrém példa az 1958-as világkiállításra épült Philips pavilon, Iannis Xenaxis műve (Le Corbusier később megvásárolta tőle a szerzői jogokat). De gondolhatunk a héjszerkezetek építészetére vagy Otto Frei kísérleteire is. A nem-euklideszi geometriák palettáját tehát bátran felvázolhatjuk a természeti népek építészetétől a középkoron át a 20. századig. Logikai értelemben ennélfogva nem állíthatjuk, hogy a normatív tervezési folyamat kizárólag euklideszi geometriát használ. Másrészt Márton Enikő lényegében azt mondja, hogy az építész tervezőként csak a normatív folyamatban van jelen. Ez implicite annyit tesz, hogy a dinamikus folyamat, illetve az aktív részek által generált egész esetében már nem vesz részt a tervezésben. Az ellentmondás ontológiai, hiszen a tervező hozza létre azt a folyamatot, amelyik akár dinamikusan, akár aktív részekkel generálja az épületet. Ez a folyamat, algoritmus – akár beavatkozással vagy anélkül működik – a tervező szándékát fogja kifejezni.

Antoni Gaudi: A Güell kápolna láncmodellje, 1916

A parametrikus építészet ideája – kód és forma

A latin codex, (caudex) eredetileg fatáblát jelentett, később így nevezték a fatáblára írt írásokat, így különböztetve meg azokat az írásbeliség egyéb formáitól, a pergamen és egyéb tekercsektől. A kódexek ősei a római viasztáblák lehettek. A fatáblák helyett később papirusz, majd pergamentekercseket fűztek össze, s ebben a formában már hétköznapi használatra is alkalmas volt. A római császárok kódexbe foglaltatták a birodalom szabályait, a római jogot. A kódex előnye a tekercsekkel szemben többek között az olcsóság, így birodalomszerte hatékonyabban lehetett terjeszteni a törvényeket. Az építészet bármely részterületet tekintjük, láthatjuk, milyen fontos szerepük van az írott vagy íratlan szakmai szabályoknak. Az építészeti paradigma fogalmába az építészeti cselekvés szabályai, módszertana is beletartozik. Tekinthetjük úgy is, mint egyfajta kódrendszert, amely szabályozza az építészeti cselekvést. A kódrendszer időről időre megváltozik, azonban az építészet mindig is kodifikált, kódok által vezérelt és szabályozott marad.
A kódnak más jelentése is van: utasítások sorozata. 1968-ban egy francia tévécsatorna beszélgetésre hívta Claude Lévi-Strauss antropológust, François Jacob sejtbiológust, Roman Jakobson nyelvészt és Philippe L’Héritier genetikust. A beszélgetésben három fogalom lehetséges összefüggéseit keresték: az információ, a nyelv és a genetikai kód (DNS) közös jegyeit. A genetikai kód fogalma a 1940-es években született, de tisztázatlan maradt, hogy csak metafora, vagy a szó gyakorlati értelmében is létezik. Neumann János univerzális konstruktora előrevetítette, hogy léteznie kell genetikai kódnak az élet fenntartásához. Jakobson szerint a DNS a szó technikai értelmében is kód, a kromoszómák pedig olyanok, mint a mondatban a kifejezések. A nyelv is, a DNS is a szerveződésről szól, mindkettő viszonylag kevés alapegységek permutációjával és szerveződésével tárol vagy közvetít információt. Jacobson azonban rámutatott, hogy egy biológus, illetve egy nyelvész számára az organizáció vagy a struktúra szó jelentése nagyon különböző. Lévi-Strauss szerint a hasonlat ott kezd sántítani, hogy a nyelv szimbólumokat használ, a DNS-ben viszont nincs jelentés és jelölt. Az információelmélet szerint az információnak nem sok köze van a szemantikához és a jelentéshez. A nyelv tehát szimbólumokat használ, kognitív tevékenység, a DNS viszont csak egy molekuláris kód. Lévi-Strauss felvetése egy sokkal elementárisabb kérdésként fogalmazható meg: létezhet-e nyelv emberek nélkül? A keményvonalas strukturalisták válasza: igen. Azonban egyetlen nyelv sem beszélhet önmagától. A beszéd szubjektumot is feltételez. Az eredeti kérdést, miszerint nyelv-e a DNS, átfogalmazhatjuk így: programozási nyelv-e a DNS? A nyelv nem beszél, a nyelvnek önmagában nincsen jelentése, az csak egy struktúra. A DNS-nek nincsen jelentése, nem beszél, viszont egyvalamit csinál: utasításokat hajt végre, akár egy processzor. Bizonyos szempontból kód lakozik a nyelvben, a beszédben és az élet megnyilvánulásaiban is.
Az algoritmus szó a középkori Perzsiából származik. A 9. században élt matematikus, Al-Hvárizmi nevéből, különféle fordítási hibák során keletkezett a mai algebra és az algoritmus szavunk. Az első számítógép Charles Babbage (1791–1871) nevéhez fűződik. Bár a gép sohasem épült meg, a korábban Pascal és Leibniz által tervezett, számtani műveleteket elvégző gépekhez képest Babbage számítógépe memóriaegységgel és számoló, döntéshozó egységgel rendelkezett volna. Babbage barátnője, Lady Ada Lovelace (Lord Byron költő lánya) pedig az első számítógép programozó címet kaphatta volna: algoritmusokat írt a leendő analitikus számítógépre. Lovelace szerint a gép meg tudja tenni mindazt, amiről tudjuk, hogyan adjunk parancsot a végrehajtására, viszont képtelen lesz bármi eredetit alkotni.
Luigi Moretti volt talán az első építész, aki a parametrikus építészet kifejezést használta. Az 1940-es években született írásaiban ír a parametrikus építészetről. Szerinte a parametrikus építészet az építészetet, mint rendszert tanulmányozza azzal a céllal, hogy megkeresse azokat az építészeti elemeket, dimenziókat, amelyek paraméterektől függenek. Moretti ezt egy stadiontervezés példáján mutatja meg; a stadion formája tizenkilenc paramétertől függ, többek között a lelátó meredeksége, a nézők látószöge, a beton előállítási költsége és így tovább. A parametrikus stadion terv variációit az 1960-ban Milánóban rendezett 12. Triennálén mutatta be, Parametrikus építészet elnevezésű önálló kiállításán. Ugyanakkor más szerzők a parametrikus építészet előzményeként említik még Friedrich Kieslert, Anthony Gaudít, Frei Ottót, Erich Mendelsohnt, Eero Saarinent sőt Le Corbusier-t is (Ronchamp), és a sort még tovább is lehetne folytatni. A hivatkozott előzmények jelentősége tekintetében meg kell különböztetni az expresszív épületeket és az olyan életműveket, mint amilyen Gaudi vagy Frei Otto munkássága volt. Néhányan pedig azon a véleményen vannak, hogy bizonyos értelemben az építészeti tervezés a priori parametrikus. Paraméterektől függ a tervezés, beszélhetünk kiindulási paraméterekről, tervezési paraméterekről, az építészeti válasz paramétereiről és mindez valamilyen kontextusban adaptálódik. [Davis, 2013] A fenti gondolatmenetből következően itt azt tekintjük a tárgykörbe tartozónak, amikor az építészet tervezés valamilyen szintű kódolása is megjelenik.

Luigi Moretti: Futball stadion modell, 1960

Patrik Schumacher szerint a 21. század nagy építészeti stílusa a parametricizmus lesz. Schumacher tömör definíciójában felfedezhető az új, számítógépekkel megfogható, nem-euklideszi geometria alkalmazásának szüksége illetve a kódolás, mint az épületet meghatározó geometriai elemeit generáló parametrikus rendszer. A parametricizmus céljaként tűzi ki, hogy a posztfordista társadalom egyik fő hajtó és szervezőereje legyen. Célja, hogy a kódolás segítségével hozzon létre komplex térbeli rendet, amelyben a design elemei és alrendszerei differenciálódnak és kölcsönös viszonyban kerülnek egymással.

Mérföldkövek 1980–2014

A következő fejezetben azt a fejlődési folyamatot szeretném felvázolni, amely az építészet különböző szintjeinek kódolásában az egyszerű épületmodelltől az egyre komplexebb intelligens rendszerek irányába mutat.
Ivan Shuterland 1963-ban mutatta be a „Sketchpad” elnevezésű számítógépes programot, amellyel parametrikus görbéket lehetett rajzolni. Szavaival ember–gép grafikus kommunikációs rendszert hozott létre. A görbék között kapcsolatokat, kényszereket lehetett létrehozni, így együtt összefüggő rendszert alkottak. A TX-2 számítógépen futó program lényegében az első CAD programnak tekinthető. Shuterland számos díj mellett 2012-ben megkapta a The Kyoto Prize in Advanced Technology díjat.
Az 1980-as évek közepén újabb szintre lépett a parametrikus tervezés. 1988-ban piacra dobták a Pro/ENGINEER nevű parametrikus tervezőszoftvert, amely a gépészeti tervezéshez kínált komplex megoldást, egységes szoftverkörnyezetben biztosít kinematikai, dinamikai, termikus és végeselem-analízist, termékadatbázis kezelést. Kas Oosterhuuis 2005-ben az A2 Cockpit tervezésénél használta a Pro/ENGINEER-t. A tervezőrendszer segítségével vált lehetővé a ’file–to–factory’ elv alkalmazása. Ahogyan Kas Oosterhuuis írja: 60 másodperc építészet. Az autópályán száguldó autós ennyi ideig érzékeli a 300 egyedi üvegpanel felhasználásával készült épületet.
A parametrikus tervezés másik úttörője a Gehry Architects a Dessault Systems által fejlesztett Catia szoftvert használta a 1990-es években először a Barcelona Fish, majd a bilbaói Guggenheim Múzeum tervezésénél. A Catia programot eredetileg a repülőgépek tervezéséhez fejlesztették ki. Gehryék intenzíven kezdték el használni és egyre több kiegészítést írtak hozzá. 2001-ben megalakították a Gehry Technology elnevezésű vállalatot, amely a szoftver továbbfejlesztésével foglalkozott. 2004-ben bocsátották piacra a Catia parametrikus motorjára épülő, de építészeti tervezéshez továbbfejlesztett Digital Project-et. A 90-es években kifejlesztett két nagy parametrikus szoftver, a Catia és a Pro/E hasonló elvekre épül. A parametrikus modellezésnek ezen a szintjén az épületmodellt, parametrikus „kényszerekkel” lehet ellátni. Geometriai kötöttségek, amelyek a Cockpit épület példájánál maradva, a nagy formából kiindulva rácshéj csomópontjai hozzá vannak kötve a befoglaló felülethez, majd ezekre a rácspontokhoz szintén hozzá vannak kötve a másodlagos szerkezet elemei és az üvegpanelek. Egyfajta modell-fa kíséri végig a modellezést, ezen vissza tudunk lépni és a korábban létrehozott elemek megváltoztatása megváltoztatja az egész modellt.

Buckminster Fuller, Dymaxion Map, 1943

Az ezredforduló évei hozták meg a következő lépcsőfokot a parametrikus tervezésben. Az átlagos építészirodák átlagos munkákkal nem voltak érdekeltek a parametrikus tervezőszoftverek használatában. A nagy CAD programok szinte a teljes piacot telítették. A speciális projektekhez jutó, vagy avantgárd irodák kezdték használni a parametrikus szoftvereket, illetve néhány iroda animációs szoftverekkel és felületmodellezőkkel dolgozott. Azok a nagyobb irodák, akik hagyományos CAD szoftvert használtak, de speciális geometriai feladatokat kellett megoldaniuk, kihasználták a CAD rendszerek fejlesztői felületét és saját kiegészítéseket írtak a szoftverhez. Ilyen az AutoCAD-ben elérthető AUTOLISP programozási nyelv. Az ezredforduló környékén azonban több neves iroda felismerte, hogy a számítógép a digitális rajzasztalon túl intelligens tervezőeszköz is lehet. 2001-ben megalakították a SmartGeometry Group nonprofit szervezetet. A szervezet kapcsolatot kíván teremteni az egyetemek, a kutatás és a praktizáló építészirodák között. Az alapítók olyan építészirodák a Foster+Partners, a KPF (Kohn Pedersen Fox Associates), a Grimshaw Architects, illetve mérnökirodák mint, Arup, Buro Happold és egyetemi intézmények mint, AASchool, MIT, Delft Technical University és University of Bath. A SmartGeometry Group szerint a jövő építésznemzedékének a programozás és a matematika olyan lesz a ceruza és a papír. Egy parametrikus tervezőeszköz fejlesztését kezdték el 2001-ben Robert Aish (Bentley Systems) vezetésével. A fejlesztésbe és a tesztelésbe a fent nevezett egyetemeket és építész illetve mérnökirodákat is bevonták. 2005-ben készült el a Generative Components kereskedelmi verziója. Kezdetben a Bentley Microstation pluginjaként, később önálló szoftverként (leghatékonyabban a Microstationnel együtt) működött. A Smartgeometry Group 2005 évről évre konferenciát szervez. A konferenciákhoz workshopok is kapcsolódnak ahol az érdeklődők megismerkedhetnek és elsajátíthatják a legújabb technológiákat. A parametrikus konferenciák az elmúlt évtizedben óriási népszerűségre tettek szert. A Smartgeometry mintájára konferenciákat workshopokat kezdtek szervezni a világ számos egyetemén a parametrikus geometria népszerűsítésére. Ezeknek köszönhetően valóságos mozgalommá kezd válni a parametrikus tervezés. Fiatal építészek, építészhallgatók ezrei tanulják ezt, és valóra válik a Smartgeometria víziója, hogy az újabb építészgenerációnak a matematika és a programozás olyan lesz mint a papír és a ceruza. A Generative Components az építészeti vizuális algoritmikus modellezés úttörőjeként vonult be a köztudatba. A Bentley-t követve az amerikai székhelyú McNeel corporation a Rhinoceros 3d felületmodellezőhöz kezdte el a Grasshopper nevű parametrikus környezet fejlesztését. Nem véletlen, hogy a Rhinocerosra esett a választás, hiszen korábban is népszerű volt az építészek körében. A Grasshopper első használható béta verzióját 2007-ben bocsájtották útjára, akkor még Explicit History néven. Kezdetben parametrikus modellezés volt a fő felhasználási terület, azonban a rendszer könnyen bővíthető. A rendszer egyre népszerűbbé vált egyre többen kezdtek hozzá speciális kiegészítőket írni. Született hozzá többek között környezettudatos vizsgálatokat elvégző, statikai vizsgálatokat végző plugin. Emellett azóta több mint száz kiegészítő, geometriai, optimalizáció, interoperabilitást segítő és egyéb kiegészítő fejlesztése indult el. A harmadik vizuális programnyelvet az Autodesk fejleszti Dynamo néven, a Revit és a Vasari tervezőprogramhoz. A Generative Components és a Grasshopper tapasztalatait ötvözve fejlesztik a programot. 2011-ben adták ki az első tesztelésre szánt béta verziót.
Az elmúlt három évtized egyenlege, hogy a parametrikus tervezés az egyszerű parametrikus görbéktől a parametrikus modellezésen át az algoritmikus modellezésig fejlődött. A következő lépésben a parametrikus rendszerek egyfajta keretrendszerré, fejlesztőkörnyezetté kezdenek válni. Olyan fejlesztő-kohóvá, amelyben sokféle új eszközt implementálnak önkéntes és profit alapú fejlesztők. Egyre több intelligens rendszer születik, amelyek döntéstámogató rendszerré bővítik a kezdetben csak modellezésre használt parametrikus eszközöket.

Botzheim Bálint: Bach ház, ICARCH pályázati terv, 2011

A fent vázolt folyamatok mibenléte kérdés. Az építészet egészét érinti a változás, vagy az autónak a karosszériájáról beszélünk? Igen, most még a formáról és szerkezetről szólnak ezek a megközelítések és igaz, hogy sokszor alakul ki konfliktus a belsővel, a funkcióval. Avantgárd folyamatokról van szó, amelyek akkor válhatnak igazán mainstream-mé, amikor a Tüzépen tégla helyett önmaguktól növekedő, programozható anyagcsomókat lehet majd kapni. Kérdés, hogy az építészet, mint nyelv, az építészeti gondolat, mint mondat kódolható-e. A tervezés folyamatában számos dolog kódolható, a tervek, a térbeli modell, a gyártás folyamatai (lásd Párkányi Mihály vaktervezés-elmélete), viszont az építészeti alkotás folyamata, mint kognitív tevékenység, nem helyettesíthető semmilyen algoritmussal. A tervezési folyamat ugyanakkor, mint döntési mechanizmus megtámogatható a mesterséges intelligencia jelenlegi eszközeivel. Az építészeti nyelv, az építészeti szándék algoritmusba kódolva variációk százait hozza létre. De a célszerűség és szükségszerűség elegendő-e az építészet létrejöttéhez? Amikor építészeti szándékok, paraméterek rendszerként kezdenek működni, generatív struktúraként építészeti mondatokat kezdenek létrehozni, olybá tűnik, hogy a design, a forma már nem is lényeges. Valami azonban elveszik. Nem költészet-e az építészet, nem az a legfőbb célja, hogy tereket, hangulatokat hozzon létre? Az irracionalitás elemi igénye minden költészetnek. A forma, a design tehát nem kerülhető meg. Bármilyen épületet hozunk is létre, az idő és térbeli kontextus sosem lesz elhanyagolható. Ameddig az építészet befogadói az emberek, addig az építészet kulturális jelentést hordoz. Ez a tény önmagában azt jelenti, hogy kontextus, a forma, a design, a stílus mindig lényeges eleme lesz az építészetnek.

Jegyzetek

1 Bernard Rudofsky: Architecture Without Architects: A Short Introduction to Non-pedigreed, Architecture kiadó: MOMA, 1964
2 Kim Williams and Sylvie Duvernoy: The Shadow of Euclid on Architecture in: The Mathematical Intelligencer February 2014, Volume 36, Issue 1, pp 37-48
3 www.gsd.harvard.edu/#/academic-programs/research/geometry-lab.html
4 Andrew Saunders: Baroque Parameters, in: Architectural Design vol 79 , 2009 jan/feb
5 Ingeborg M. Rocker: When Code Matters in: Programming Cultures: Architecture, Art and Science in the Age of Software Development, Architectural Design vol 76. no 4. July/August 2006
6 Alexander R Galloway and Eugene Thacker: Language, Life, Code in: Collective Intelligence in Design, Architectural Design Vol 76 No 5, September/October 2006
7 Olyan gépezet egy sejtautomata rendszeren belül, mely képes önmaga replikációját létrehozni
8 Manfred Frank: A stílus filozófiája, Osiris Kiadó, 2001
9 Knuth, D. E.: A számítógép-programozás művészete Műszaki Könyvkiadó, 1987
10 Hofstadter, Douglas R.: Gödel, Escher, Bach: Egybefont gondolatok birodalma, Typotex, 2000, 24-26. o.
11 Bolter, David J. (1984). Turing’s Man: Western Culture in the Computer Age (1984 ed.). The University of North Carolina Press, Chapel Hill NC. ISBN 0-8078-1564-0., ISBN 0-8078-4108-0 pbk.
12 Davis, Daniel. 2013. “Modelled on Software Engineering: Flexible Parametric Models in the Practice of Architecture.” PhD dissertation, RMIT University. [Davis 2013]
13 Branko Kolarevic, Stephen Phillips
14 http://www.architectsjournal.co.uk/patrik-schumacher-on-parametricism-let-the-style-wars- begin/5217211.article, 2010 május, utolsó elérés: 2014 .08.12.
15 vö.: Botzheim Bálint: Parametrikus lpítészet – kódra fel! In: MÉ Utóirat 2008/1.
16 Autocad, Microstation, Nemetschek, Archicad
17 Animációs: Maya, 3DsMax, Felületmodellező: FormZ, Rhinoceros 3D
18 Janesch Péter szófordulata
19 Párkányi Mihály: Az információ továbbítása és vétele az iparosított építésben, Budapest