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Computational Design and the Future of Architecture [Design Computazionale e il Futuro dell’Architettura]

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Architecture is being transformed by computational design. Powerful new digital tools allow architects to analyze complex constraints and rapidly explore creative solutions like never before. Computational design is emerging as a must-have skill for architects to stay competitive in the 21st century.

What is Computational Design? 

Computational design refers to the use of computing technology and algorithms to aid in the architectural design process. It encompasses a wide range of digital tools and methods for generating, optimizing, and evaluating design alternatives. Parametric modelling, algorithmic design, building performance simulation, and generative design are all facets of computational design. At its core, computational design allows architects to define relationships between various design elements and automate changes across a model. Adjusting one parameter can propagate changes across an entire design. This allows for incredibly rapid iteration and exploration of alternatives compared to traditional CAD drafting. Complex geometries and structures that would be unrealistic to model manually become tractable.

Computational design also facilitates the integration of engineering performance criteria into the design process. Factors like sunlight, ventilation, energy use, and structural loads can be simulated to optimize the design. It provides analytical insight that is difficult for a designer to intuit on their own.

Supporting Architects with Complex Constraints

One of the main benefits of computational design is the ability to manage complex constraints and design objectives. Modern architecture projects must balance many competing technical, functional, and aesthetic demands. Computational tools help architects navigate these tradeoffs. For example, designing an office tower requires optimizing the shape for structural integrity, minimizing solar heat gain, maximizing natural light and views, accommodating different unit layouts, and providing an attractive exterior form. Manipulating a 3D model by hand to achieve all these goals is incredibly challenging. Computational design tools allow the designer to encode these constraints algorithmically so alternative designs can be rapidly generated and analyzed to find optimal or high-performing options. Facades are another area where computational design opens new possibilities. Creating a building envelope with complex curved geometries or intricate sun-shading lattices is extremely difficult using conventional design methods. Computational tools like parametric modelling and algorithmic design give architects greater freedom to explore creative facade options that would be unrealistic or impossible to draw manually.

Generative design, an emerging computational method, automates exploring thousands of design variations rather than relying solely on the architect’s intuition. The computer generates and tests alternatives according to performance goals specified by the designer. This collaborative, human-machine process expands the creative solution space. 

Overcoming Fabrication Constraints

Another major advantage of computational design is the ability to account for construction and fabrication constraints. Architects can encode manufacturability directly into their digital models. This helps identify designs that would be impractical to actually build with available methods and materials so they can be eliminated or modified during the design phase. For example, many contemporary buildings feature complex curved shapes that require non-standard components and digital fabrication. Defining these geometries algorithmically allows rationalization of the design for assembly from discrete parts. Software can unroll curved surfaces into logical panels or subdivide them into coordinate-driven component systems. Designers can also assess fabrication feasibility and cost early in the process. Digital workflows similarly help architects design within the constraints of available construction techniques. Design models can be linked with structural analysis programs to ensure that proposed geometries and forms align with feasible structural solutions. Coordinating architectural and engineering models computationally reduces errors and avoids constructability issues.

Democratizing High-Performance Design

In the past, highly technical architectural feats were mainly limited to large firms with ample resources. Computational design helps democratize complex and performative architecture by automating tasks and analyses that previously required intensive manual work or specialist consultants. Smaller practices can now integrate rigorous performance modelling and optimization earlier in design without prohibitive effort or costs. For example, a small firm can leverage energy simulation plugins for Grasshopper or Rhino to analyze the thermal comfort, daylighting, and energy use implications of their design concepts. These instant performance insights enable designing sustainably. Generative design and structural optimization algorithms built into mainstream programs like Revit also make high-end capabilities more accessible. There is a vast ecosystem of computational plugins and tools for architects to leverage.

Computational design allows small firms to virtually construct and evaluate design options prior to building. This reduces the need for physical models and full-scale mockups. Designers can have greater confidence that their vision for high-performance structures can be realized within budget. Democratized access to advanced digital capabilities helps level the playing field.

Becoming a Computational Designer

For architecture students and practicing architects looking to expand their skillset, developing computational design proficiency should be a top priority. Here are some tips:

  • Get familiar with foundational parametric modelling tools like Grasshopper and Dynamo. Understanding how to control geometry algorithmically is the basis for computational design.
  • Learn basic scripting and coding languages like Python. This allows creating customized design tools and processes beyond what’s available in existing software packages.
  • Experiment with generative and evolutionary algorithms. See how leveraging computational methods can enhance your creative capabilities.
  • Practice applying performance simulation and optimization tools early in the design process. Set specific targets and use the software to help achieve them.
  • Develop skills for translating optimized digital models into feasible fabrication. Coordinate designs with available manufacturing methods and materials. 
  • Get involved with online computational design communities to constantly expose yourself to new tools and techniques. It’s a rapidly evolving field.
  • Find a mentor or team with specialized computational design expertise. Collaborating will accelerate your learning.
  • Ultimately, let the computational tools complement rather than replace your creative skills and intuition. The human designer still sets the vision and defines the problems to be solved computationally.

The Future of Architecture is Computational 

Computational design has already begun transforming architecture and construction. Moving forward, its influence will only grow as the supporting technologies become more powerful and architectural projects more complex. Computational literacy will be essential for the next generation of designers. Those who embrace it will be best positioned to create groundbreaking structures and evolve the built environment.




🇮🇹 version

L’architettura si sta trasformando grazie alla progettazione computazionale. Nuovi e potenti strumenti digitali consentono agli architetti di analizzare vincoli complessi ed esplorare rapidamente soluzioni creative come mai prima d’ora. La progettazione computazionale sta emergendo come una competenza indispensabile per gli architetti per rimanere competitivi nel 21° secolo.

Cos’è la progettazione computazionale?

La progettazione computazionale si riferisce all’uso della tecnologia informatica e degli algoritmi a supporto del processo di progettazione architettonica. Comprende un’ampia gamma di strumenti e metodi digitali per generare, ottimizzare e valutare alternative di progetto. La modellazione parametrica, la progettazione algoritmica, la simulazione delle prestazioni degli edifici e la progettazione generativa sono tutti aspetti della progettazione computazionale. Fondamentalmente, la progettazione computazionale consente agli architetti di definire le relazioni tra i vari elementi di progettazione e automatizzare le modifiche all’interno di un modello. La variazione di un parametro può propagare le modifiche all’intero progetto. Ciò consente un’iterazione e un’esplorazione di alternative incredibilmente rapide rispetto al tradizionale disegno CAD. Geometrie e strutture complesse che sarebbe irrealistico modellarle manualmente per poi direttamente trattarle.

La progettazione computazionale facilita inoltre l’integrazione dei criteri di prestazione ingegneristica nel processo di progettazione. Fattori come la luce solare, la ventilazione, il consumo di energia e i carichi strutturali possono essere simulati per ottimizzare la progettazione. Fornisce informazioni analitiche difficili da intuire per un designer che “opera in solitudine”.

Supportare gli architetti con vincoli complessi

Uno dei principali vantaggi della progettazione computazionale è la capacità di gestire vincoli e obiettivi di progettazione complessi. I progetti di architettura moderna devono bilanciare molte esigenze tecniche, funzionali ed estetiche concorrenti. Gli strumenti computazionali aiutano gli architetti a superare questi compromessi. Ad esempio, la progettazione di una torre per uffici richiede l’ottimizzazione della forma per l’integrità strutturale, la riduzione al minimo del guadagno di calore solare, l’ottimizzazione della luce naturale e delle viste, la sistemazione di diverse disposizioni delle unità e la fornitura di una forma esterna attraente. Manipolare manualmente un modello 3D per raggiungere tutti questi obiettivi è incredibilmente impegnativo. Gli strumenti di progettazione computazionale consentono al progettista di codificare questi vincoli in modo algoritmico in modo che i progetti alternativi possano essere rapidamente generati e analizzati per trovare opzioni ottimali o ad alte prestazioni. Le facciate sono un’altra area in cui la progettazione computazionale apre nuove possibilità. Creare un involucro edilizio con geometrie curve complesse o intricati reticoli di protezione solare è estremamente difficile utilizzando i metodi di progettazione convenzionali. Strumenti computazionali come la modellazione parametrica e la progettazione algoritmica offrono agli architetti una maggiore libertà di esplorare opzioni creative per le facciate che sarebbero irrealistiche o impossibili da disegnare manualmente.

Il design generativo, un metodo computazionale emergente, automatizza l’esplorazione di migliaia di varianti di progettazione anziché affidarsi esclusivamente all’intuizione dell’architetto. Il computer genera e testa alternative in base agli obiettivi prestazionali specificati dal progettista. Questo processo collaborativo uomo-macchina espande lo spazio delle soluzioni creative.

Superare i vincoli di fabbricazione

Un altro grande vantaggio della progettazione computazionale è la capacità di tenere conto dei vincoli di costruzione e fabbricazione. Gli architetti possono codificare la producibilità direttamente nei loro modelli digitali. Ciò aiuta a identificare progetti che sarebbe poco pratico realizzare effettivamente con i metodi e i materiali disponibili in modo che possano essere eliminati o modificati durante la fase di progettazione. Ad esempio, molti edifici contemporanei presentano forme curve complesse che richiedono componenti non standard e fabbricazione digitale. La definizione algoritmica di queste geometrie consente la razionalizzazione della progettazione per l’assemblaggio da parti discrete. Il software può “srotolare le superfici curve” in pannelli logici o suddividerle in sistemi di componenti guidati da coordinate. I progettisti possono anche valutare la fattibilità e i costi di fabbricazione nelle prime fasi del processo. Allo stesso modo, i flussi di lavoro digitali aiutano gli architetti a progettare entro i limiti delle tecniche di costruzione disponibili. I modelli di progettazione possono essere collegati a programmi di analisi strutturale per garantire che le geometrie e le forme proposte siano allineate con soluzioni strutturali fattibili. Il coordinamento dei modelli architettonici e ingegneristici riduce dal punto di vista computazionale gli errori ed evita problemi di costruibilità.

Democratizzare il design ad alte prestazioni

In passato, le imprese architettoniche altamente tecniche erano principalmente limitate alle grandi aziende con ampie risorse. La progettazione computazionale aiuta a democratizzare l’architettura complessa e performante automatizzando attività e analisi che in precedenza richiedevano un intenso lavoro manuale o consulenti specializzati. Gli studi più piccoli possono ora integrare una rigorosa modellazione e ottimizzazione delle prestazioni nelle prime fasi della progettazione senza sforzi o costi proibitivi. Ad esempio, una piccola azienda può sfruttare i plug-in di simulazione energetica per Grasshopper o Rhino per analizzare le implicazioni relative al comfort termico, all’illuminazione naturale e all’uso dell’energia dei propri concetti di progettazione. Queste informazioni immediate sulle prestazioni consentono di progettare in modo sostenibile. Anche la progettazione generativa e gli algoritmi di ottimizzazione strutturale integrati nei programmi tradizionali come Revit rendono più accessibili le funzionalità di fascia alta. Esiste un vasto ecosistema di plug-in e strumenti computazionali che gli architetti possono sfruttare.

La progettazione computazionale consente alle piccole imprese di costruire e valutare virtualmente le opzioni di progettazione prima della costruzione. Ciò riduce la necessità di modelli fisici e modelli in scala reale. I progettisti possono avere maggiore fiducia nel fatto che la loro visione di strutture ad alte prestazioni potrà essere realizzata rispettando il budget. L’accesso democratizzato alle capacità digitali avanzate aiuta a garantire condizioni di parità.

Diventare un progettista computazionale

Per gli studenti di architettura e gli architetti praticanti che desiderano espandere le proprie competenze, lo sviluppo delle competenze di progettazione computazionale dovrebbe essere una priorità assoluta. Ecco alcuni suggerimenti:

  • Acquisisci familiarità con gli strumenti di modellazione parametrica fondamentali come Grasshopper e Dynamo (e non solo). Comprendere come controllare algoritmicamente la geometria è la base per la progettazione computazionale.
  • Impara linguaggi di scripting e di codifica di base come Python/C#. Ciò consente di creare strumenti e processi di progettazione personalizzati oltre a quelli disponibili nei pacchetti software esistenti.
  • Sperimenta algoritmi generativi ed evolutivi. Scopri come sfruttare i metodi computazionali può migliorare le tue capacità creative.
  • Esercitati ad applicare strumenti di simulazione e ottimizzazione delle prestazioni nelle prime fasi del processo di progettazione. Stabilisci obiettivi specifici e utilizza il software per raggiungerli.
  • Sviluppare competenze per tradurre modelli digitali ottimizzati in fabbricazione fattibile. Coordinare i progetti con i metodi e i materiali di produzione disponibili.
  • Partecipa alle comunità di progettazione computazionale online per esporti costantemente a nuovi strumenti e tecniche. È un campo in rapida evoluzione.
  • Trova un mentore o un team con competenze specializzate nella progettazione computazionale. Collaborare accelererà il tuo apprendimento.
  • In definitiva, lascia che gli strumenti computazionali integrino piuttosto che sostituire le tue capacità creative e la tua intuizione. Il progettista umano fissa ancora la visione e definisce i problemi da risolvere computazionalmente.

Il futuro dell’architettura è computazionale

La progettazione computazionale ha già iniziato a trasformare l’architettura e l’edilizia. Andando avanti, la sua influenza non potrà che crescere man mano che le tecnologie di supporto diventeranno più potenti e i progetti architettonici più complessi. L’alfabetizzazione computazionale sarà essenziale per la prossima generazione di designer. Coloro che lo abbracciano saranno nella posizione migliore per creare strutture innovative e far evolvere l’ambiente costruito.

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