eské vysoké u ení technické v Praze Fakulta architektury Diplomová práce Architektura hromadné zakázkové výroby navrhování pravidel Jaroslav Hulín 2006 Vedoucí diplomové práce Ing. arch. Miloš Florián, Ph.D.
Obsah Shrnutí 4 Abstract 5 P edmluva 1 Teze 4 Úvod 5 Pr myslové technologie ve výstavb 7 Dnešní možnosti 9 Digitální technologie v procesu navrhování 9 Informa ní technologie v b žném život 10 Digitální výroba 14 Aditivní výroba 16 Subtraktivní výroba 16 2D obráb ní 17 3D obráb ní 18 Formativní výroba 18 Paralelní výroba 19 Hromadná zakázková výroba 22 Hromadn zakázkov vyráb né domy a individualizovaný design 25 P íklady využití hromadné individualizace v architektu e 28 Navrhování pravidel 33 Digitáln vylepšená architektura 33 Parametrický design a makra 36 Generativní design 40 E-motivní architektura 46 P ípadová studie 51 Diskuse 54 Záv r 58 Slovník 60 Seznam obrázk 61 Reference 63
Shrnutí Cílem této práce je p ipravit teoretický základ architektury chytrých staveb pro individuální bydlení. První ást se zabývá oblastí automatizované výroby na zakázku zasazené do širšího rámce post-industriální spole nosti. Srovnává standardizaci primitivní a standardizaci chytrou a nabízí p ehled technologií digitální výroby ve vztahu s procesem hromadné individualizace zakázkové výroby. Tato relativn nová strategie hromadného vývoje, výroby a dodávky individualizovaného zboží i služeb p ímo vybízí k p ehodnocení nep íliš úsp šné metody standardizace a prefabrikace z minulého století. Metodou hromadné individualizace lze tedy vyráb t jedine né výrobky. První ást je uzav ena n kolika studiemi využití hromadné zakázkové výroby v architektu e staveb pro bydlení. Otázku, jak pro tyto nové strategie navrhovat, rozebírá druhá ást této práce, která se v nuje digitálním technologiím v procesu navrhování. Na p íkladech vlastních projekt jsou p edstaveny t i r zné zp soby digitáln vylepšeného designu; parametrický design (1), generativní design (2) a e-motivní architektura (3). Není možné rozhodnout, který postup vede k lepší architektu e, a tak jako je architektonická tvorba individuální, m lo by být i využití digitálních technologií v architektu e obrazem osobního p ístupu. Záv ry této práce jsou prezentovány v nástinu p ípadové studie a v záv re né diskusi.
Abstract The intention of this thesis is to set up a theoretical framework for an experimental architectural practice in the field of smart residential buildings. The first part of this work is concerned with customized fabrication presented alongside a background of post-industrial society. Differences between primitive and smart standardization are outlined, and an overview of digital technologies within mass customization process is provided. This relatively new strategy of design, production and delivery of goods or services invites rethinking of ponderous methods of standardization and prefabrication of the last century. Strategy of mass customization allows for fabrication of individualized products. The first part of the thesis concludes with several relevant examples on mass customization of residential buildings. The second part pursues the question of designing with these new strategies and focuses on digital design methods. Three different ways of digitally-sponsored designing are described on my own projects; parametric design (1), generative design (2) and e-motive architecture (3). It is hard to tell which method leads to a better architecture, and thus the use of digital technologies in architecture should be as individual as any personal tool or approach in architectural practice. Results of this work are described in an outline of a case study and in the final discussion.
P edmluva D vodem, pro jsem se rozhodl diplomovou práci psát a ne kreslit a modelovat, bylo osobní p esv d ení, že jakákoli moje budoucí tvorba musí vycházet z aktuálních možností navrhování, realizace a užívání architektury. Standardní architektura hledá ešení na standardní problémy, hledá odpov di; ta nestandardní zkoumá, experimentuje a hlavn hledá otázky. Je možné, že za pár let bude rutina nahrazena digitálními technologiemi a t žišt tvorby se p enese na intuitivní strategická rozhodnutí. Vše ostatní odd e po íta ; bezchybn a skoro zadarmo. Cílem této práce není p edpovídat budoucnost, nicmén se podobným úvahám nevyhneme, chceme-li p emýšlet o architektu e aktuáln. Dnešní stavby budou sloužit svému ú elu p inejmenším n kolik desítek let. Jako mnoho nových v cí i digitální technologie polarizují spole nost na dv skupiny; první skupina je nadšen a bezmezn vítá a druhá z nich má panickou hr zu a nejrad ji by se vrátila k petroleji. Po do tení této práce bude z ejmé, ke které skupin se p idává její autor. Není ale mým cílem vše digitalizovat, jak by se mohlo zdát, ale vždy se snažím p emýšlet, jak mi daná technologie pom že k tomu, aby mohla být architektura, kterou navrhuji, více fyzická, mén virtuální, skute n jší a ješt více smyslová. V tšina lidských inností se bude v informa ním v ku i nadále rozvíjet; nebude už d ležité znát na všechno odpov di, ale klást správné otázky. Se vzr stajícím množstvím cest/možností budeme ast ji stát na k ižovatce a ptát se, kudy se vydat. Na konci svého magisterského studia stojím na jedné z t chto k ižovatek a rozhoduji se, kterou cestou jít. Toho zastavení bych cht l využít k hlubšímu zkoumání sou asné teorie využití digitálních technologií v architektonické praxi. Informa ní technologie s sebou p inášejí adu nových koncept, ešení a termín. Ovliv ují naše chápání problém, které se zdály být již jasné. 1 Jak asto jsme se bez informa ních technologií mýlili! Jak asto jsme poušt li žilou v domn ní, že tak zmírníme hore ku! Digitální technologie nejsou samoz ejm všemocné, jen mohou architekturu a proces navrhování posunout o po ádný kus dop edu. Tato diplomová práce bude zkoumat koncepty hromadné zakázkové výroby, digitální výroby a CAD/CAM technologií a navrhování pravidel na konceptech parametrického designu, generativního designu nebo e-motivní architektury. Tyto postupy budou zasazeny do rámce 1 Informa ní technologie m ly výrazný vliv na rozvoj ady obor z oblastí matematiky a p írodních v d jako nap íklad oblast genetiky a evoluce, bun ných proces, poznávání nebo chaosu. V poslední dob ovliv ují mimo architektury i adu humanitních obor, jako je nap íklad sociologie nebo výtvarné um ní. Architektura hromadné zakázkové výroby 1
architektury pro individuální bydlení z n kolika d vod. Jako první se nabízí srovnání s myšlenkami mezivále né avantgardy, pro kterou byla oblast bydlení (spole n s možnostmi pr myslové výroby) jednou z klí ových otázek. Druhým d vodem je hypotéza, že díky digitálním technologiím je možné využít prefabrikaci v oblasti bydlení zcela nov. T etím d vodem je dlouhodob nízký vliv architekt na oblast architektury pro individuální bydlení nižších a st edních vrstev. S ekonomickým r stem naší spole nosti a se vzr stající propojeností globální spole nosti se architekt m v tomto segmentu trhu nabízejí v tší a zajímav jší možnosti. Takto zam ená, teoretická diplomová práce by nevznikla bez d v ry a podpory vedoucího diplomové práce Miloše Floriána a bez koleg a p átel, kte í ovlivnili m j postoj k digitálním technologiím a architektu e. Za to jim up ímn d kuji. ást této práce byla vypracována v rámci ešení grantového projektu GA R 103/06/1802 Experimentální metody v projektování. Jaroslav Hulín Praha prosinec 2006 Architektura hromadné zakázkové výroby 2
Velká epocha práv za ala.. Existuje nový duch. Pr mysl, který všechno zaplavil jako eka, jež dosp la ke svému cíli, nám p inesl nové nástroje p izp sobené této nové epoše, oživené novým duchem. Je t eba zformovat stav ducha pro diferenciaci. Stav ducha pro stavbu diferencovaných dom. Stav ducha pro bydlení v diferencovaných domech. Stav ducha pro navrhování diferencovaných dom. 2 2 Voln dle Le Corbusiera, Za novou architekturu. 1923. Architektura hromadné zakázkové výroby 3
Teze Tupé stroje industriální éry nám daly ekonomiku založenou na standardizaci, opakování a hromadné výrob. Chytré stroje po íta ové éry nám nyní mohou p inést docela jinou ekonomiku, založenou na inteligentní adaptaci a automatizované personalizaci. M žeme využít k emík a software v obrovském m ítku k tomu, aby automatické dodávky nejr zn jších informací byly šité na míru a obsahovaly jenom to, co je v daném kontextu práv zapot ebí, a nic víc. 3 William Mitchell, 1999 Stavby pro bydlení jsou jednou z nejvíce standardizovaných oblastí architektury, mají ustálenou typologii a požadavky klient se p íliš neliší. Odchylky v uspo ádání objem, ploch a otvor jsou v jednotlivých domech pro individuální bydlení dostate n malé. Zárove je tato oblast architektury druhov docela chudá, i když variant jednoho druhu bývá nespo et. Spekulativní návrhy ani spekulativní výstavba této vnitrodruhové variability nevyužívají, p esto zaujímají velmi podstatnou ást trhu. Digitální nástroje nám p inesly možnost navrhovat a produkovat diferencované série. Digitální zp soby výroby zlevnily jedine nost. M žeme si ji dnes dop át za cenu, která byla d íve dosažitelná pouze díky sériovosti a opakování téhož. Mechanické opakování bylo nahrazeno elektronickou diferenciací. Tyto dva postupy ovšem nejsou v protikladu, diferenciace je pouze dalším logickým krokem vývoje a má šanci stát se charakteristickým rysem naší doby. Lze tedy využít digitální technologie a koncept diferenciace k p ehodnocení role architekta v sou asné spole nosti? Kde bude hlavní p ínos informa ních technologií pro architekturu individuálního bydlení? Tato práce bude sledovat a rozvíjet dv hypotézy: (1) Algoritmicky definované návrhy a hromadná zakázková výroba umož ují architekt m osobit tvo it a produkovat chytré domy, schopné ve všech sm rech konkurovat t m sériovým. (2) Informa ní technologie rozši ují tradi ní metody a zp soby navrhování, realizace a užívání staveb. Nejen! M ní teorii i praxi architektury a p inášejí s sebou revoluci. Velká epocha práv za ala 3 Mitchell, E-topia. obr. 1 Lze využít digitální technologie k přehodnocení role architekta v oblasti spekulativních návrhů a spekulativní výstavby? Architektura hromadné zakázkové výroby 4
Úvod V da a technika p edkládají problémy, jejichž ešení vyžaduje p esn jší výzkum, d íve než budeme um t formulovat kone né záv ry. Nástrojem naší doby se stal stroj. On je p í inou všech ú ink projevujících se v sociálním ádu. Musíme si osvojit nové materiály, procesy, znalosti o statice a dynamice, plánovacích technikách i nových spole enských podmínkách. Stavby by se m ly vyvíjet nep ímo, jako výsledek multiplikace bun k a prvk, v souladu se zákony zpr mysln ní. Tvo ivé myšlení ovliv ují modulární systémy koordinace, v decké metody experimentu, zákony automatizace a zp es ování. Vysoce složité problémy statiky a mechaniky vyžadují nejužší sou innost mezi pr myslem a odborníky organizovanými v ideálních mistrovských týmech. Lidské a estetické ideály dostanou novou hybnou sílu díky nekompromisní aplikaci soudobých znalostí a zdroj. 4 Konrad Wachsmann, 1957 Jak dob e by si rozum la avantgarda v ku stroj a avantgarda informa ní doby dnešní mladá generace! Neuplynulo ani celé století a vrátili jsme se na pomyslné vývojové spirále tém do stejné pozice, ze které vycházeli modernisté. Pr myslová revoluce je za námi. Nahradila ji revoluce informa ní. Ta se d je jaksi za pochodu. Její cíl už ale není pr myslová výroba sériového zboží v tradicích fordismu a taylorismu. Stav ducha zformovaný pro sérii se pozvolna m ní a tvaruje pro diferenciaci. Služby a zboží vyráb né na zakázku jsou dostupné tak ka komukoli. V p ed-industriálních spole nostech byla pracovní síla v porovnání s cenou surovin velmi levná, a proto p evládaly výrobky zhotovené na zakázku, které si ale rozhodn nemohl dovolit každý. Díky levné pracovní síle a spole enskému uspo ádání byla ada inností a služeb v domácnosti úkolem po etného služebnictva. Úrove kvality života p íslušník r zných spole enských vrstev se zna n lišila. Industriální spole nost se zam ila na produkci zboží. V tšina produkt za ala být jednoduše dostupná daleko širším vrstvám díky sériové výrob. innosti a služby v domácnosti m ly p evzít automatické stroje. Plánování se stalo všudyp ítomným a jeho heslem byla jedno-kriteriální optimalizace vedoucí k jednostrann posuzované efektivit. 5 4 Wachsmann, O stav ní v naší dob. 5 Více viz Bell, The coming of post-industrial society. Architektura hromadné zakázkové výroby 5
Dvacáté století nám p ineslo ohromný pokrok na poli v dy, techniky a um ní. Významn se zm nilo uspo ádání spole nosti a tradi n chápané rodiny, která p estala být základem státu. Nau ili jsme se používat po íta, telefonovat za ch ze a stahovat si zábavu z internetu. Domy nám ale z staly docela stejné. Ti bohatší si mohou najmout architekta, který jim, pokud je i klient dostate n odvážný, nabídne ešení esteticky i technologicky srovnatelné s moderními vilami t icátých let dvacátého století. 6 Model industriální spole nosti už ale p estal platit pro v tšinu ekonomicky vysp lého sv ta. Posun t žišt z výrobk na služby charakterizuje post-industriální spole nost. Centrálním zbožím je informace, jejíž hodnota m že být daleko vyšší než hodnota vstupních energií a materiál. Tato skute nost se odráží v termínu informa ní spole nost. Postavení jedince se hodnotí na základ jeho statusu, spot eby a vkusu. Základní jednotkou spole nosti se stala cílová skupina. Služby jsou ím dál více p izp sobovány uživatel m. Za úsp chem elektronických obchod stojí fakt, že svým zákazník m nabízejí odkazy a reklamu ušitou na míru. 7 Reklama/informace, která najde svoji cílovou skupinu je mocn jší než parní stroj. Elektronická média jsou daleko m k í než analogová. Umož ují uživatelské úpravy na úrovni softwaru p eprogramování a redukují fyzické objekty na informace. Digitální zvuk, digitální obraz, digitální knihy, hypertext, pole, prom nné. Ned sme se ale toho; vždy i živé organismy jsou obrazem informace ukryté v genech! Až dosáhne hustota pixel molekulární úrovn, rozdíl mezi digitální fotografií a tou chemickou naprosto zmizí. Architektura obytných staveb ani zp sob bydlení zatím nenalezly cestu k chytrým technologiím. Jak uvádí Kent Larson: Americký stavební pr mysl produkuje variace stále stejných, nízkojakostních, standardních dom, jaké d lal v minulých padesáti letech. Zdá se, že nám nová výstavba pro bydlení dává každý rok mén muziky za více pen z. 8 Po zásadní zm n tohoto stavu volá i Gregory Demchak: V pr b hu minulého století jsme byli sv dky neuv itelných úsp ch na poli v dy, strojírenství a technologie, které zásadn zm nily zp sob, jakým žijeme, pracujeme a odpo íváme. D m, na druhé stran, z stal sterilní a technologicky nevysp lý produkt, který nesnese srovnání s ostatními oblastmi v dy a techniky. Na rozdíl od sou asné módy, u které se m ní trendy každou sezónu, asto i ze dne na den, si domy uchovaly v rnost k dávno minulým styl m a falešnému obrazu venkovské pohody. Nastal as pro revoluci v bydlení. 9 Nástroje pro tuto revoluci máme k dispozici, umíme s nimi ale jako architekti dostate n zacházet? 6 Zajímavou výjimkou z technologicky nesm lé praxe se staly v devadesátých letech nízko-energetické stavby, kde se potkávaly znalosti expert z r zných oblastí stavebního pr myslu s cílem optimalizovat stavbu dle jediného kritéria energetické náro nosti. 7 Našli jste knížku, kterou si chcete koupit? Ostatní, kte í si tuto knihou koupili, kupovali také knihy 8 Larson, The Home of the Future. 9 Demchak, Towards a Post-Industrial Architecture. s. 123. obr. 2 Mapa Internetu v roce 2003. Architektura hromadné zakázkové výroby 6
Cílem této práce není nabízet vizioná ské p edstavy, ale p ipravit teoretický základ pro experimentální praxi v oblasti chytrých staveb pro rodinné bydlení. Na otázky, které tato práce p inese, neexistují snadné odpov di a rozhodn nám je neposkytne sou asná praxe. Jaké jsou tedy ty nové možnosti, které nám p inášejí digitální technologie? Pr myslové technologie ve výstavb Pr myslová výroba staveb 20. století poh bila sebe samu. P edpoklady úsp chu pr myslov vyráb ných staveb pro bydlení, o kterých píše pionýr moderní architektury a výstavby rané socialistické epochy prof. Karel Jan, se staly d vodem neúsp chu tohoto typu staveb. Masová výroba (1) spole n se zkrácenou životností staveb (2) a progresivními lehkými materiály (3) nemohly povznést kulturu bydlení tak, jak by si tehdejší architekti p áli. 10 Prefabrikované, levné a krásné domy se staly p íkladem pochybné architektury, odbyté konstrukce a špatných detail. Technologie a proces výroby m ly na výslednou architekturu p íliš velký vliv. Za podstatnou ást tohoto neúsp chu ale mohlo spole enské uspo ádání a rigidita ob ích pr myslových podnik. Z dnešního pohledu (a z hlediska zam ení této práce) je užite n jší zkoumat vývoj prefabrikace staveb v tržních spole nostech. Zájem mezivále né avantgardy o tehdy nové a revolu ní materiály, stavební metody, výrobní technologie na stran jedné a o nové a revolu ní uspo ádání spole nosti, které m lo pramenit i ze zp sobu bydlení, na stran druhé nakonec vyústil ve formalismus mezinárodního stylu. Tento zájem nicmén vnesl do architektury v decké metody, výzkum a vývoj materiál a zd raznil její technickou stránku, která byla v období formálních styl p enechána jiným profesím. Raný a hojn diskutovaný p íklad zám ru realizovat domy na zakázku díky pr myslové sériové výrob p edstavuje projekt Packaged House vyvinutý ve ty icátých letech Walterem Gropiem a Konradem Wachsmannem, dv ma špi kovými odborníky své doby. Spole nost General Panel Corporation m la být parafrází tehdy již pln industrializované automobilové výroby. 11 Továrnu, která m la vyráb t p es sto tisíc dom ro n, jich p ed jejím krachem opustilo necelých dv st. V rámci prefabrikovaného domu nebylo možné poskytnou uživatel m dostate nou variabilitu. Individuální úpravy by tehdy vnesly do sériové výroby a dodávky komplikace a zmatek znemož ující navrhovat, vyráb t a hlavn dodávat individuáln modifikované domy. Díky možnostem povále ného pr myslu se naplno rozjela pr myslová výroba ve stavebnictví, která p ed tím byla v rovin koncept a experimentálních projekt. Cílem industrializace se stala úspora lidské práce, zrychlení a hlavn zlevn ní výstavby. S v tšími i menšími úsp chy byly tyto myšlenky realizovány p evážn metodami panelové výstavby. Prefabrikované domy byly 10 Jan, Pr myslová výroba staveb. Doslov Otakar Nový. s. 102. 11 Tento p íklad také citují nap íkad Larson, Tapia, Duarte, A new Epoch nebo Demchak, Towards a Post-Industrial Architecture. obr. 3 Konrad Wachsmann, prostorová příhradovina. 1958. Architektura hromadné zakázkové výroby 7
zatíženy typickými nedostatky pr myslov vyráb ného zboží; nemožností m nit produkci, nutností neustálé vyráb t a chyb jícím mezi lánkem inteligentní logistiky. Pr myslová výroba vedoucí k jednotvárnosti stále opakovala se strojovou p esností stejné chyby. Typizace a pr myslové technologie ve výstavb m ly p inést snížení pracnosti, ceny i doby výstavby. 12 Karel Jan píše v roce 1985: Kapacita hromadné výroby se m že pohybovat ve statisících až v miliónech díl hrubé stavby, jejího obalu, a zejména vybavení, které bude složeno z ady ástí velmi r znorodé výroby. V každém p ípad lze o ekávat, že výroba na této úrovní bude organizována nad rámec státních celk, v mezinárodní d lb práce a bude krýt pot ebu byt, dalších užitných staveb v mezistátním rozsahu. Jen v tom p ípad lze o ekávat, že spole nost získá z pr myslové výroby staveb maximální ekonomický, spole ensko-politický a kulturní efekt. 13 Pr myslová výroba staveb m že p inášet ale také adu výhod, které si samoz ejm uv domovali i tehdejší architekti. V roce 1962 na konferenci Housing from the factory v Londýn uvažoval Cleeve Barr následovn : Každý typ pr myslov vyráb ného systému nutn vyžaduje, myslím, ur itou míru disciplíny v navrhování. Dobrého architektonického a ekonomického plánování v zájmu klienta lze dosáhnout jedin když architekt, výrobce systému a zhotovitel úzce spolupracují od za átku procesu navrhování. ím bude výroba standardizovan jší, tím musí být kvalita designu vyšší. Výsledkem standardizace a opakování musí být relativn více pen z a dovedností vynaložených na návrh a efektivní výrobu. 14 Prefabrikace v druhé polovin dvacátého století s sebou p inesla adu nových ešení i množství problém. Síla a moc centrálního plánování a produktivita stavebního pr myslu byla ale daleko v tší než nástroje její kontroly. Architektura vycházela z omezených možností tehdejších stavebnicových systém. V duchu industriální doby byl sériov vyráb n jeden standardní prvek pro mnoho situací. Díky možnostem digitální výroby se dnes za íná uplat ovat koncept opa ný; mnoho r zných diferencovaných prvk pro jednu situaci. Informa ní v k kupodivu nep inesl siln jší stroje, ale chyt ejší zp soby ízení. Nadešel tak as p ehodnotit vztah architektury a práv dostupných technologií. Nadešel as zamyslet se nad architekturou prefabrikace a standardizace v souvislosti s chytrými technologiemi. 12 Grabmüllerová, Regenerace panelových sídliš. Ve svém lánku popisuje: Po 2. sv tové válce byl v eskoslovensku zp sob hromadné bytové výstavby realizován v rámci tzv. zpr mysln ného stavebnictví, a to až do ho kých konc budování nesmírn drahých, energeticky náro ných, esteticky fádních a emesln odbytých panelových dom, s unifikovanými dispozicemi ur enými rozpony panel. V usnesení bývalého ÚV KS z b ezna 1959 lze najít úkol vy ešit bytový problém do roku 1970, tj. zajistit každé rodin p im ený byt. Spln ní tohoto všenárodního úkolu znamenalo v p edstavách tehdejších politik hromadnou výstavbu 1,2 mil. nových byt, p i emž v Praze m lo být uvedeného cíle dosaženo již v roce 1965. 13 Jan, Pr myslová výroba staveb. 14 Barr, The problem stated. obr. 4 Walter Gropius, projekt variabilních domků z betonových dílců. 1923. Architektura hromadné zakázkové výroby 8
Dnešní možnosti Architekti se mohli pou it z rizik, které s sebou metoda prefabrikované výstavby p ináší. Prefabrikace konstrukcí i celých dom, i když v daleko komorn jším m ítku, je stále aktuální téma. Pr myslová výroba staveb se uplat uje tam, kde její výhody p eváží nad nevýhodami; kde jsou nízké náklady a rychlost výstavby rozhodující provizorní (1), sociální (2), mobilní (3) nebo p echodné (4) bydlení. V t chto oblastech výstavby získává na popularit modulární výstavba. 15 Koncepty nomádství zd raz ují mobilní rovinu obydlí, které se za íná podobat na všech úrovních automobilu. P ijet a odjet. Standardní jednotky bývají vyrobeny jako kompaktní celek ocelové konstrukce, obvodového plášt i vnit ního vybavení. Jejich prostorové maximum je dáno dopravními omezeními. Digitální technologie výroby, o kterých bude e v kapitole Digitální výroba, jsou v porovnání s tradi ním pr myslem velmi štíhlé a chytré. Dostávají se tak velmi snadno i do rozvojových oblastí t etího sv ta. 16 Prefabrikace za použití dnešních chytrých technologií se jeví jako velmi sch dná cesta v oblastech, které ješt nemají vybudovanou infrastrukturu a kde je doprava dat daleko jednodušší než doprava materiálu. Typické stavební konstrukce a detaily jsou navrženy pro málo p esné postupy a nástroje. Není ú elné tyto techniky imitovat na digitáln ízených strojích, jejichž nep esnosti jsou ve stavebnictví skute n zanedbatelné. Jak poznamenává Larry Sass: Dokud zde bude ru ní výroba a montáž a spolupráce založená na papírové dokumentaci, nebude znamenat p esnost stroj žádný znatelný p ínos. 17 Digitální technologie výroby, spole n s digitálními metodami navrhování, znamenají zásadní posun v roli pr myslových technologií ve výstavb. Digitáln ízené stroje umož ují pr myslovou výrobu bez tradi n chápaného pr myslu. Tento posun v post-industriální produkci samoz ejm p ináší i nové strategie pro oblast navrhování. Tato zm na paradigmatu vytvá í nový formální slovník oblých tvar plynule reagujících na m nící se místní pot eby. Není to ale tento nový formalismus, který nás bude zajímat, ale fakt, že je díky digitální výrob možné vyráb t diferencované prvky, navrhovat parametricky a plynule v návrhu reagovat na m nící se podn ty reálného sv ta. Digitální technologie v procesu navrhování Architekti informa ního v ku vcelku rychle a spokojen, více i mén úsp šn, adoptovali digitální technologie do svých zab hlých proces navrhování. První generace softwaru a hardwaru spolehliv nahradila rýsovací prkna a pauzovací papír. První generace virtuálních trojrozm rných model dob e posloužila k po ízení (virtuálních) fotografií nebo skic. Mluvím o 15 Krátký p ehled n kolika projekt modulární výstavby dneška uvádí Herzán, SpaceBox. 16 Podobná situace vedla tým projektu One Laptop per Child k vývoji osobního p enosného po íta e pro chudé oblasti. Více na http://www.laptop.org/. 17 Sass, Synthesis of design production with integrated digital fabrication. obr. 5 SpaceBox. Eindhoven. 2005. Architektura hromadné zakázkové výroby 9
generaci digitálních technologiích devadesátých let, jejichž uživatelé mohli s klidnou duší p enechat kódování expert m a v novat se na blikajících obrazovkách p ímé manipulaci s objekty B-k ivek a blob sítí. Tradi ní architektura kladla d raz na formální podobu celku i jednotlivých element. Množství iterací mezi jednotlivými fázemi procesu navrhování bylo zna n omezené. Každá zm na vyžadovala novou formální definici tvaru. Po íta e umožnily definovat formu na základ pravidel a vazeb; množství možných iterací je podmín no pouze výpo etní kapacitou a naší schopností rozhodovat se. Mezi mnoha d vody, pro dnes za ínají architekti nacházet užitek v programování a krásu v kódu, jist bude pokrok v digitální výrob (1), p íklon estetiky k tvar m odvozeným z p írodních proces (2), iterativní charakter procesu navrhování (3) a v neposlední ad také p íchod nové post-industriální generace (4), která se nespokojí se standardem masové výroby. 18 Digitální technologie nám umož ují navrhovat, realizovat a užívat architekturu tak jako nikdy. Objekty ztrácejí na d ležitosti a orientujeme se na parametricky definované vazby mezi nimi. T žišt práce se m že p esunout z provád ní drobných zm n na definování pravidel, kterými mohou být tyto zm ny ízeny. Digitální technologie vstupují do všech fází procesu navrhování. Míra jejich využití záleží na individuálních preferencích každého architekta nebo architektky. Navrhování pravidel je velmi intuitivní innost, kde rozhodujeme o výsledku bez možnosti p ímé kontroly jako nap íklad p i skicování. Digitální technologie vyžadují osobní a intuitivní p ístup. Zaujat a na základ osobní zkušenosti budou jednotlivé metody popsány v kapitole Navrhování pravidel. 19 Informa ní technologie v b žném život Nové digitální technologie nalézají odbyt velmi rychle; od ur ité úrovn, po tu uživatel, se stávají všudyp ítomné. Mobilní telefony ani internet by byly zbyte né, kdyby je nevyužívali také ostatní lidé. Pro úsp šnost nové technologie je d ležité její rozší ení a kompatibilita. Vynález stolní tiskárny byl p inejmenším stejným p ínosem jako vynález knihtisku. S jistou nadsázkou lze íci, že stolní tiskárna je první b žn dostupná CNC technologie výroby na našem stole. Profesionální tiska ská technologie už není záležitostí pouze profesionál ; vytisknout knihu m že dnes kdokoli kdykoli a kdekoli. M kké digitální technologie si na úrovni softwaru p izp sobujeme podle vlastních požadavk. Všudyp ítomná digitální technologie slouží jako 18 Blíže a z první ruky popisuje McCullough, 20 Years of Scripted Space 19 Kas Oosterhuis srovnává intuici vrcholových sportovc a architekt : Špi kový designér se také rozhoduje ve zlomku sekundy. Dobrý design je vrcholový sport. A my jsme p esv d eni, že tuto dovednost lze trénovat. Intuici lze trénovat. Je to emancipa ní osvobozující proces. M li bychom sami sob dovolit tento p ímý p ístup k projektové databázi. Oosterhuis, Architektura roje. obr. 6 Individuální návrh a digitální výroba v místě. Instant House. Architektura hromadné zakázkové výroby 10
inkubátor pro adu nových koncept, které lze pozd ji uplatnit i na úrovni hardwaru a fyzického sv ta. Paradigmata virtuálního sv ta m ní i sv t fyzický. Masová média jako televize nebo rozhlas ustupují personalizovan jším formám zábavy. D ležité zdroje informací nabízejí zprávy p es RSS kanál nebo data pro podcasting. Na internetových konfigurátorech sestav si m žeme vybrat a nechat složit vlastní automobil, po íta nebo dokonce boty. 20 A stejn dob e, jako se tyto služby zam ují na individuální preference uživatel, tak se i architektura bude vyvíjet tímto sm rem. Dnešní digitální technologie p estává být centralizovaná. Na nejr zn jších projektech m že zárove pracovat mnoho tv rc ; systémy hledání mimozemské civilizace nebo simulace zm n po así využívají volnou kapacitu milión osobních po íta po celém sv t. 21 Kreativní potenciál sítí propojených lidí je využíván ve strategii crowdsourcing založené na evolu ním hodnocení nejvhodn jší varianty a jejím dalším rozpracování. Jednotlivé nápady tvo í populaci možných ešení. Uživatel je tak nejen cílem, ale i zp sobem inovace. Digitální technologie má dopad na tak ka všechny lidské innosti. Její vliv na spole nost, kulturu a život ve m st dokumentuje ve své knize E-topia William Mitchell. 22 Definuje zde p t bod shrnujících základní principy nových, štíhlých, zelených m st: (1) Dematerializace (2) Demobilizace (3) Hromadná personalizace (4) Inteligentní provoz (5) M kká transformace Na t chto p ti bodech popisuje tendence a strategie, které se objevily s p íchodem informa ních technologií. Jejich charakteristika nám poskytne rámec pro další úvahy o roli digitálních technologií v architektu e. (1) Fyzická za ízení jsou nahrazována t mi virtuálními. Velké bankovní domy jsou nahrazovány elektronickými bankami a z architektonických kancelá í zmizela rozm rná rýsovací prkna. (2) Tradi ních hmotná informa ní média jsou nahrazována telekomunikacemi. S nástupem elektronických databází odpadá nutnost dojížd t do centrálních knihoven, které se transformují z uzav ených skladiš informací k mnohem otev en jším víceú elovým za ízením. 20 Nap íklad NikeID. http://nikeid.nike.com/. 21 Nap íklad SETI@home, http://setiathome.berkeley.edu/. 22 Mitchell, E-topia. obr. 7 TIME s Person of the Year for 2006 is you. Architektura hromadné zakázkové výroby 11
(3) Personalizované noviny, elektronicky distribuované a vytišt né na domácí tiskárn, profilované dle vašich individuálních zájm, šikovn zapadají do koncept dematerializace a demobilizace. Jsou p íkladem hromadn vyráb ného zboží/služeb ušitého na míru. (4) Primitivní inteligence osv tlení kontrolovaného senzory pomáhá optimalizovat spot ebu elektrické energie a eskalátory se nau ily stát, když po nich nikdo práv nejede. To je ale pouze první nesm lý krok k opravdu inteligentním provoz m. Dynamicky definované parametry a zp tné vazby našich staveb budou reagovat na aktuální požadavky a optimalizovat spot ebu energie (a své chování) tak, jak se d je ve všech živých systémech. (5) Zm ny v uspo ádání m st, které p inesou strategie dematerializace, demobilizace, hromadné personalizace a inteligentního provozu patrn nebudou ani zdaleka tak drastické jako p inesla pr myslová revoluce. Jak íká Mitchell: Telekomunika ní infrastruktura je mnohem ohledupln jší a fyzické d sledky jejího rozvoje jsou mén dramatické a lze ji zavést tak ka neviditeln. 23 23 Mitchell, E-topia. obr. 8 Za posledních deset let se výkon počítačů více než zdesetinásobil. Roste ale s tímto vývojem i kvalita architektury? Architektura hromadné zakázkové výroby 12
Digitální výroba 1 2 3 4 1 2 3 4 Architektura hromadné zakázkové výroby 13 14
Digitální výroba Rapidní vývoj digitálních technologií s sebou p ináší nové, rychlejší a levn jší CAD/CAM technologie dostupné pro akademii i praxi. 1 Tyto technologie vstupují do oblasti architektury ve dvou úrovních; (1) digitální výroba model a prototyp a (2) digitální výroba finálních prvk. Pokud zajistíme kompatibilitu vým ny dat mezi jednotlivými úrovn mi, digitální výroba umožní (jako spojení designu, výroby a výpo etní techniky) fyzickou výrobu myšlenek za pomoci po íta a stroj, které v budoucnu zm ní proces navrhování na papíru na navrhování s fyzickými objekty. 2 Výhoda použití digitálních technologií výroby ve fázi navrhování je v získávání znalostí o konstrukci a zp sobu realizace návrhu. Tyto znalosti mohou být využity jako omezení vstupující do generativního procesu navrhování. CAD/CAM metody byly p evzaty z lodního, automobilového nebo leteckého pr myslu, kde se již d íve upustilo od mezikroku vypracování dokumentace, která je p i úplné automatizaci zpracování dat zbyte ná a komplikovala by realiza ní proces. Dodavatel a projektant nemají mezi sebou takovou bariéru, a proto mohly vzniknout metody pln využívající digitální model pro vývoj, simulace, zpracování konstrukce i koordinaci a stavbu hotového díla. 3 Automatizace designu a automatizace výroby vede k navrhování systém produkujících nekone né množství variant a ke splývání designér a výrobc díky spole ným technologiím. Tato situace podporuje op tovné sjednocení procesu navrhování a procesu výroby. Branko Kolarevic si všímá: Digitální architektura zásadn m ní proces navrhování a realizace staveb. Díky sjednocení návrhu, analýzy, výroby a montáže staveb kolem digitálních technologií mají architekti, inžený i a stavitelé možnost p ehodnotit roli mistra stavitele a znovu sjednotit dnes odd lené disciplíny architektury, projekce a stavitelství do relativn bezešvého digitálního podniku, a tak p eklenout tu propast mezi navrhováním a výrobou, která se otev ela, když za ali designé i d lat výkresy. 4 ada CAD/CAM technik umožnila zna n zjednodušenou výrobu model, prototyp i hotových výrobk. Tyto výhody se uplatnily hlavn v oblasti spot ebního pr myslu, kde je velikost výrobk nepom rn menší ke stavebním díl m a kde se výrobky produkují ve velkých sériích. Digitální 1 CAD/CAM je již dnes b žn používaná zkratka pro Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing. Strategie a postupy v procesu navrhování využívající CAD/CAM metod jsou možné díky po íta ov ízeným (CNC) stroj m. Technologie CAD/CAM, vyvinuté p vodn pro automobilový, letecký a lodní pr mysl, nalezly své uplatn ní v architektu e volných forem. 2 Sass, Rapid Prototyping Techniques for Building Program Study. 3 Více Kolarevic, Architecture in the Digital Age, nebo Kvan, Kolarevic, Rapid prototyping and its application in architectural design. V eštin Kolarevic, Digitální praxe. 4 Kolarevic, Designing and Manufacturing Architecture in the Digital Age. obr. 9 Dvojrozměrné řezání v praxi - laser 2 mm a acetylen 16 mm. Architektura hromadné zakázkové výroby 14
technologie umožnily podstatn rychlejší výrobu prototyp, jejich hodnocení, p evod dat z fyzického modelu do virtuálního, optimalizaci po íta ových model a následnou výrobu dalších prototyp. Tato metoda se obecn nazývá Rapid prototyping (RP). Prototypy zhotovené RP metodou nevyžadují výrobu nákladné formy, což je jedna z jejích hlavních výhod. V architektu e je situace ale pon kud jiná. Rapid prototyping zde není p íliš p esný termín, protože se zatím (díky omezeným možnostem technologie RP) nejedná o výrobu prototyp. Maximální velikosti prvk se pohybují v ádech decimetr. Možnosti použití RP model p i p ípadných simulacích jsou omezené. Náklady na provoz, materiál i po ízení technologií RP jsou v porovnání s ostatními návrhovými metodami o dost vyšší. Jejich použitelnost v praxi i ve výuce architektury ve fázi navrhování a ov ování základních prostorových vztah pon kud vázne na jejich cen. Rychlost výroby skromného modelu zatím také není p íliš rapidní. Z t chto d vod se experimentuje s využitím jiných progresivních technologií v architektonické praxi a hlavn na školách architektury. 5 Jak ale ukazuje intenzivní vývoj v oblasti digitálních technologií, je pouze otázkou asu, kdy se jejich cena p iblíží koncovým uživatel m. Výrobní procesy, které využívají metody RP pro realizaci hotových výrobk, získaly ozna ení Rapid Manufacturing. Zam níme-li nap íklad polyamidový prášek za práškový kov, lze takto vyráb t jinak obtížn zhotovitelné kovové díly. Pokud se tato technologie dostate n p iblíží koncovým uživatel m, dojde k revoluci. Design generovaný p edem definovaným procesem bude možno upravovat na úrovni kódu. 6 Neil Gershenfeld uvažuje o sou asných možnostech digitální výroby: Dnešní nejmodern jší továrny využívají digitální po íta e k manipulaci s analogovým materiálem; p i digitální výrob vstupuje inteligence p ímo do procesu sestavování, a nabízí tak naprosto stejné výhody pro výrobu jako digitalizace komunikace a výpo etních technik. Nedokonalé stroje budou schopné vyrobit nesmírn komplexní a dokonalé ásti. Skute ný ú inek digitální komunikace a výpo etní techniky byl v kontrole informací, kterou najednou m li oby ejní lidé; digitální výroba stejn tak poskytne lidem kontrolu nad jejich fyzickým prost edím díky možnosti jej individuáln a osobit naprogramovat. 7 Metody digitáln podporovaného navrhování, parametrického designu a diferenciace bývají asto spojovány s architekturou volných tvar. I když jsou techniky CAD/CAM samoz ejm použitelné i pro tradi ní, libovoln formáln omezenou architekturu, jejich výhody se naplno ukazují teprve p i realizaci volných tvar. Rozhodn ale není cílem této práce zkoumat nový forma- 5 Dritsas & Kashyap, Scripted Mockups. Sass, Rapid Prototyping Techniques for Building Program Study. Sass & Shea & Powell, Design Production. Kvan, Kolarevic, Rapid prototyping and its application in architectural design. 6 Technologie Rapid Manufacturing podmi ují rozší ení dalšího revolu ního konceptu Personal Fabrication. Lze o ekávat, že tyto technologie p inesou zm nu v roli designu, autorství a inovace v post-industriální spole nosti. 7 Gershenfeld, Fab. s. 241. obr. 10 Tepelné tvarování plexiskla na CNC obrobených formách. obr. 11 Pětiosé obrábění. Architektura hromadné zakázkové výroby 15
lismus oblých forem. Zkoumání vztahu digitálního [navrhování, výroby, užívání] staveb na architekturu p inese nový pohled na m nící se paradigma architektury 21. století. Z hlediska architektury, designu a metod navrhování je podstatné, jak dané zp soby výroby, dopravy, realizace a užívání staveb ovliv ují svojí zp tnou vazbou výsledný design i proces navrhování. Jak tyto technologie m ní tradi ní možnosti navrhování a realizace staveb a jak mohou virtuální data a p íkazy formovat reálné objekty. Aditivní výroba Aditivní metoda výroby je jedna z nejmladších a z nejvíce rozvíjejících se metod, které nalézají uplatn ní v procesu navrhování, protože umož uje p ímý p eklad virtuálního prostorového modelu do fyzického trojrozm rného objektu. Zárove je ale nejvíce abstraktní, protože krom zkoumání formy nenabízí další paralely s realizovanou stavbou. Tato metoda je zatím používána v architektu e pouze na úrovni finálních model, i když se také zkoumají možnosti využití této metody v praxi. 8 Všechny techniky aditivní výroby architektonických model jsou založeny na podobném principu; po íta ový model je nejprve virtuáln roz ezán na velmi tenké vrstvy, které jsou poté postupn nanášeny z práškového materiálu na ty p edchozí. Jednotlivé technologie se liší zp sobem tmelení tohoto prášku. N které zp soby vyžadují stavbu podp rné konstrukce, ale hlavní otázkou z stávají rozm rová, toleran ní a cenová omezení. 9 Z hlediska navrhování nemají jejich rozdíly na architekturu tém žádný vliv. Je zajímavé uv domit si podobu jednotlivých technik s druhy stolních tiskáren stejn jako v oblasti tiskáren je i zde nejnad jn jší technologie SLS, která je nejp esn jší, je schopna vyrobit komplikovan jší tvary a stejné za ízení umož uje p echázet od prototyp z polyamidu do oblasti velmi kvalitních hotových výrobk z kovu nebo z pružné (!) gumy. I když aditivní technologie mohou vytisknout skoro libovolný tvar, jejich nákladnost a rozm rová omezení zatím p ekáží širšímu uplatn ní v každodenním procesu navrhování a výuce architektury. Subtraktivní výroba Tato kategorie digitální výroby je z dnešního pohledu navrhování a realizace staveb mnohem zajímav jší než aditivní výroba. Od za átku devadesátých let se používaly techniky subtraktivní 8 Jeden z nejvíce citovaných experiment je práce prof. Knoshnevise, který využívá RP techniky v m ítku reálných staveb. Jedná se o postupné, po íta em ízené nanášení tenkých vrstev betonu, tak jako se d je p i 3D tisku. Knoshnevis, Automated Construction by Contour Crafting. 9 Hlavní techniky aditivní výroby lze d lit na: [1] Stereolithografii (SLA), [2] Fused Deposition Modelling (FDM), [3] 3D tisk (3DP) a [4] Selective Laser Sintering (SLS), která je z hlediska možných materiál, p esnosti a možnosti výroby komplexních geometrií a funk ních mechanizm zatím nejvýhodn jší. Zna nou nevýhodu ovšem p edstavují náklady a rozm rová omezení. Podrobn jší komentá nap íklad Kutálek, Výroba model technologií rapid prototyping. obr. 12 Schéma metody Rapid Prototyping. obr. 13 Modely vyrobené technikou SLS a FDM. Architektura hromadné zakázkové výroby 16