معماری پارامتریک چیست؟ معرفی اصول معماری پارامتریک

معماری پارامتریک و الگوریتمیک یک تفکر است که محدود به یک نرم‌افزار یا زبان برنامه‌نویسی نمی‌شود. آگاهی از اصول معماری پارامتریک یعنی منطق، هندسه و توپولوژی می‌توان با ابزارهای مختلف به طراحی پارامتریک پرداخت.

یک معمار حرفه‌ای در تمامی دوران‌ها نیاز به مهارت بالا در تصویرسازی داشته است. امروزه تصویرسازی به کمک ابزارهای دیجیتال انجام می‌شود. تصویرسازی به شیوه دیجیتال دقیق‌تر است و کنترل و ویرایش آن نیز آسان‌تر است.

در این مطلب تکنیک‌ها و اصول معماری پارامتریک را به زبانی ساده توضیح خواهیم داد و چند نمونه موردی از ساختمان‌هایی که از سبک پارامتریک بهره برده‌اند را به شما معرفی می‌کنیم. توجه داشته باشید که برای تخصص در معماری به سبک پارامتریک نیاز به زمان زیادی دارید. هرچند اگر تا پایان این مطلب با ما همراه باشید نکات عملی و مهمی را خواهید آموخت.

مزیت اصلی معماری پارامتریک چیست؟

معماران معمولاً برای تصویری کردن ایده‌های خود و نمایش آنها از ساخت مدل استفاده می‌کنند اما ویرایش مدل‌های فیزیکی (ماکت‌ها) و بسیاری از مدل‌های کامپیوتری بسیار سخت است و بعضا نیاز به تولید دوباره فرم‌ها وجود خواهد داشت.

معماری پارامتریک برای حل این مشکل به وجود آمده است. استفاده از ابزارهای طراحی پارامتریک به معماران این امکان را می‌دهد که رابطه میان پارامترهای مدل خود را تغییر دهند. تغییر چند پارامتر کافی است تا فرم کاملاً تغییر کند و به نسخه جدیدی تبدیل شود.

به کمک تغییر پارامترها نه تنها می‌توان هندسه و فرم را تغییر داد بلکه می‌توان بسیاری از فاکتورهای دیگر مانند نیروهای سازه‌ای، رفتار مصالح، شرایط حرارتی و روشنایی محیطی را بررسی کرد و تاثیر شرایط سایت پروژه بر طرح را آنالیز کرد.

مدل‌هایی که به سبک پارامتریک آماده می‌شوند را می‌توان به صورت دیجیتالی با کمک دست رباتیک یا پرینت سه‌بعدی ساخت و در سایت ساختمانی نصب کرد.

سبک پارامتریک به دلیل امکاناتی که در اختیار طراحان و معماران قرار می‌دهد ترند برترین این روزهاست و آتلیه‌های بزرگ معماری در کارهایشان از آن بهره می‌برند.

آیا معماری پارامتریک نیاز به برنامه‌نویسی دارد؟

کار بر روی معماری پارامتریک به هر دو شیوه برنامه‌نویسی متنی (اسکریپتی) و برنامه‌نویسی تصویری (ویژوال) ممکن است. از بهترین نرم‌افزارهای طراحی اشکال دوبعدی می‌توان Processing را نام برد.

از بهترین ابزارها برای مدلسازی پارامتریک سه‌بعدی محیط MAXScript در نرم‌افزار تری‌دی‌مکس است که امکانات مناسبی را برای طراحی احجام سه‌بعدی به کمک کدنویسی فراهم می‌کند. 

در تصویر زیر یک نمونه از کدنویسی در محیط تری‌دی‌مکس را می‌بینید. کد زیر برای ترسیم شش‌ضلعی منتظم نوشته شده است.

برای طراحی پارامتریک به کمک برنامه‌نویسی تصویری ابزارهای قدرتمندی مانند گرس‌هاپر برای نرم‌افزار راینو و داینامو برای نرم‌افزار رویت در دسترس شماست که می‌تواند روند کار را آسان‌تر کند.

برنامه‌نویسی تصویری اگرچه کار را سریع‌تر می‌کند و ابزارهای بسیاری در اختیار شما می‌گذارد؛ اما برای تخصص کامل در معماری پارامتریک ممکن است نیاز به کدنویسی اسکریپتی پیدا کنید. زیرا کدنویسی متنی محدودیت کمتری دارد و دست شما را برای هر تغییری باز می‌گذارد.

در تصویر زیر یک نمونه طراحی نمای پارامتریک با برنامه‌نویسی تصویری در گرس‌هاپر را می‌بینید.

در ادامه یک تصویر از طراحی سازه چادری به همراه برنامه نوشته شده در گرس‌هاپر را مشاهده می‌کنید.

برای دیدن نمونه‌های بیشتر و استفاده از الگوهای مدلسازی پارامتریک به این سایت مراجعه کنید.

چهار ویژگی مفید معماری پارامتریک

نسخه‌سازی

نسخه‌سازی ساخت و مدیریت چند ورژن از طرح است. با اینکه همه این نسخه‌ها عملکرد کلی یکسانی دارند اما به مرور زمان بهبود پیدا کرده یا سفارشی‌سازی شده‌اند.

تکرار در یک حلقه

حلقه تکرار یک فرایند به منظور رسیدن به نتیجه دلخواه است که به هر تکرار می‌توان شروع و پایان داد و پس از هر چرخه تکرار، چرخه دیگری را شروع کرد.

سفارشی‌سازی انبوه در معماری پارامتریک

سفارشی‌سازی انبوه تکنیکی در ارائه کالا و خدمات است که محصول را با توجه به نیاز خاص گروهی از مشتریان تغییر می‌دهد. سفارشی‌سازی انبوه به مشتریان حق انتخاب می‌دهد و هزینه تغییرات را پایین می‌آورد.

تمایز مداوم

به کار گرفتن اصول معماری پارامتریک، ساخت و مدیریت نسخه‌ها را آسان می‌کند. به کمک طراحی پارامتریک می‌توان با وارد کردن دستورات، از نرم‌افزار خواست تا مراحل را چندین بار تکرار کند. مثلاً پلان طبقات مختلف آسمانخراش را با ابعاد و شکل‌های مختلف تولید کند.

در معماری به سبک پارامتریک می‌توان تمام مراحل تبدیل یک کانسپت به یک طرح را در اختیار داشت و کوچکترین تغییرات فرم را با توجه به تغییر مقادیر پارامترها و یا در واکنش با شرایط محیطی پروژه رصد کرد.

 اصول معماری پارامتریک

 شی‌گرایی

شی‌گرایی مفهوم عمیقی در علوم کامپیوتر است که داشتن درک کلی از آن به شما در فهمیدن اصول معماری پارامتریک کمک می‌کند. به بیان ساده شی‌گرایی به این معناست که در طراحی  پارامتریک با اشیا (آبجکت‌ها) سروکار داریم.

در تصویر زیر پارامترهای یک دایره را در محیط کدنویسی نرم‌افزار تری‌دی‌مکس می‌بینیم. اشیا در معماری پارامتریک شامل اشکال دوبعدی، احجام سه‌بعدی و اجزای ساختمان مانند در و دیوار هستند.

 فمیلی‌ها و ارث‌بری در معماری پارامتریک

 ارث‌بری مفهومی در برنامه‌نویسی کامپیوتر است که در معماری پارامتریک کاربرد دارد. اشیایی که دارای خصوصیات مشترک هستند در قالب یک گروه چیده می‌شوند و به آنها کلاس یا فمیلی می‌گویند.

در تصویر زیر مجموعه‌ای از درها را می‌بینید که در یک خانواده به نام درهای اسکاتلندی قرار گرفته‌اند.

 در بسیاری از نرم‌افزارهای معماری مانند رویت شاهد آبجکت‌ها به صورت فمیلی هستیم و با وارد کردن آنها به محیط نرم‌افزار، مجموعه‌ای از آبجکت‌های شبیه و هم‌خانواده به محیط رویت وارد می‌شوند.

 متود

 متودها دستوراتی از پیش آماده هستند که می‌توان آنها را بر روی هر شیء اعمال کرد. مثلاً با یک متد می‌توان مختصات سه نقطه بر روی دایره را وارد کرد و دایره خود به خود ترسیم می‌شود. یا با اعمال یک متد به یک درب می‌توان جهت بازشو را معکوس کرد.

 پارامتر

مهمترین موضوع در معماری پارامتریک همان پارامتر یا متغیر است. کلمه «پارامتر» از دو جزء «پارا + مترون» به معنای «به‌جایِ + اندازه» ساخته شده است و به صورت یک علامت مانند x تعریف می‌شود که به مقادیر مختلف قابل تغییر است.

وقتی در نرم‌افزارهای معماری مانند تری‌دی‌مکس یک حجم مثلاً یک مکعب رسم می‌کنیم؛ پارامترهای طول، عرض و ارتفاع در اختیار ماست تا ابعاد مورد نظر را وارد کنیم.

الگوریتم

پایه کدنویسی در سبک پارامتریک همانند تمامی برنامه‌های کامپیوتری مفهوم الگوریتم است. الگوریتم دستورالعملی منظم و گام به گام برای انجام یک عملکرد است. یک الگوریتم معمولاً مقادیری به عنوان ورودی می‌گیرد و خروجی‌هایی را به ما بر می‌گرداند.

هر کار ساده یا پیچیده‌ای را می‌توان به صورت مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها نوشت. برای مثال موضوعی همچون آشپزی را در نظر بگیرید. بسیاری از دستور پخت‌ها به‌مانند یک الگوریتم هستند و گام به گام مراحل تهیه غذا را شرح می‌دهند.

آیا کدنویسی الگوریتم‌ها برای طراحان و معماران مشکل است؟

هرچند نوشتن الگوریتم به صورت کد کامپیوتری مشکل است، اما خوشبختانه ما طراحان و معماران به مانند برنامه‌نویسان کامپیوتر نیاز به نوشتن برنامه‌های پیچیده نداریم و مسائل پیش روی ما تقریباً کوچک هستند. مثلاً از معماری پارامتریک می‌توانیم برای ساخت مدل یک نمای پارامتریک استفاده کنیم و یا یک سازه سقف ویژه را طراحی کنیم. این مسائل مقیاس کوچکی دارند و با حجم محدودی از کد قابل مدل‌سازی هستند.

در کدنویسی تمامی اجزای نوشتاری مهم هستند و هر پرانتز، نقطه و حتی فاصله باید طبق دستورالعمل مشخصی نوشته شود. هر زبان برنامه‌نویسی مانند سی، پایتون و MAXScript دارای سینتکس یا نحوه نگارش خاص خود هستند.

در زیر مثالی از چینش مکعب‌ها در نرم‌افزار تری‌دی‌مکس با کمک دو دستور Taper و Twist را در محیط مکس‌اسکریپت می‌بینید.

الگوهای پرکاربرد در معماری پارامتریک

۱. الگوی کنترل‌گر (Controller)

 در نجاری معمولاً از یک ابزار برای کنترل ابعاد محصول استفاده می‌شود. در معماری به سبک پارامتریک نیز چنین ابزاری برای کنترل ابعاد وجود دارد. علاوه بر شکل و ابعاد می‌توان پارامترهای دیگری همچون وزن قطعات را به عنوان عامل کنترل‌کننده طرح قرار داد.

۲. الگوی میدان نیرو (Force Field) در معماری پارامتریک

تولید فرم ساختمانی با توجه به میدان‌های نیروی موجود در سایت، یکی دیگر از الگوهای معماری پارامتریک است. بسیاری از معماران معروف مانند گائودی معمار مشهور از الگوی میدان نیرو (مثلاً نیروی جاذبه زمین) در طرح‌های خود استفاده کرده‌اند. تصویر زیر یک نمونه از استفاده از الگوی میدان نیرو با کمک معماری پارامتریک را نشان می‌دهد.

۳. الگوی تکرار (Repetition)

تکرار یکی از الگوهای پرکاربرد در معماری پارامتریک است که می‌تواند یک عنصر را بارها تکرار کند. البته لازم نیست تکرار همیشه یکسان باشد و می‌توان اشیا را با نظم متفاوتی (مثلاً طبق سری فیبوناچی) تکرار و تکثیر کرد.

۴. الگوی کاشی‌کاری (Tiling) در معماری پارامتریک

الگوی تایلینگ یا کاشی‌کاری، تعریفی در ریاضیات است. تایلینگ به معنای چینش یک شکل (مثلا یک کاشی) در یک محدوده است، به صورتی که آن سطح کاملاً پر شود و شکل‌ها روی هم نیفتند. این امکان در معماری پارامتریک فراهم است تا بتوان به خوبی کاشی‌کاری سطوح منحنی و پیچیده را مدلسازی کرد.

۵. الگوی تکرار بازگشتی (Recursion)

تکرار بازگشتی نوعی تکرار است که در آن فرم به خودش برمی‌گردد و در خودش تغییر ایجاد می‌کند. نمونه‌ای از الگوی تکرار بازگشتی را در تصویر زیر می‌بینید.

۶. الگوی تقسیم (Subdivision) در معماری پارامتریک

در بسیاری از مواقع طراحان نیاز دارند تا طرحشان را به سطوح دوبعدی تقسیم کنند تا قابل برش و حکاکی با دستگاه CNC و یا دستگاه برش لیزری باشد. به کمک طراحی پارامتریک می‌توان سطوح را به اجزای کوچکتر تقسیم کرد. تقسیم سطوح در نرم افزارهایی مانند تری‌دی‌مکس به خوبی انجام می‌شود، اما با کدنویسی کنترل بیشتری بر روی کار خواهید داشت.

۷. الگوی چینش (Packing)

الگوی چینش به معنای جا دادن و تپاندن تعداد زیادی اشیا در یک فضای مشخص است. با الگوی چینش می‌توان فرم‌های زیبایی ساخت. علاوه بر این از این مفهوم در ساماندهی فضای معماری و مقاومت سازه‌ای نیز استفاده می‌شود.

۸. الگوی بافتنی (Weaving)

بافت لباس، فرش و سبد از گذشته طولانی جزو هنرهای دست انسان بوده است. بافتن رشته‌هاها باعث استحکام سطوح می‌شود و برای تقویت سطوحی مانند نمای ساختمان، می‌‌توان از این الگو در معماری پارامتریک استفاده کرد. مدلسازی سه‌بعدی الگوی بافت مشکل است و برای کنترل دقیق آن باید از طراحی پارامتریک کمک گرفت.

۹. الگوی شاخه‌شاخه شدن (Branching) در معماری پارامتریک

الگوی شاخه‌ای در بسیاری از پدیده‌های طبیعی دیده می‌شود؛ از شاخه‌های درخت، ریشه پیاز تا شش‌های انسان. ستون‌های شاخه‌ای یک سازه زیبا با فرم طبیعی در معماری هستند که در طراحی بعضی از ساختمان‌های شاخص و نوآورانه معاصر به کار رفته‌اند.

جمع‌بندی

کاربرد اصول معماری پارامتریک به شما این امکان را می‌دهد که مفهوم و منطق هندسی پشت فرم‌ها را درک کنید. آشنایی با سمبل‌ها، الگوریتم‌ها و برنامه‌های کامپیوتری به شما کمک می‌کند تا از روند پیدایش احجام و ویرایش آنها آگاه شوید و بتوانید پیچیده‌ترین فرم‌های معماری را تولید کنید.

ما در آموزال برای شما دوره آموزش گرس هاپر و کاربرد آن در معماری پارامتریک را تهیه کرده‌ایم که شما را با محیط برنامه‌نویسی تصویری آشنا می‌کند و به سطح انجام پروژه نهایی می‌رسد.

پکیج آموزش نرم‌افزارهای ماکت و پرینت سه‌بعدی آموزال، دو دوره آموزش نرم‌افزار راینو و آموزش گرس‌هاپر را با تخفیف ویژه در یک مجموعه به شما ارائه می‌دهد. با کمک این پکیج به تمام دانش مورد نیاز برای ترسیم دوبعدی مورد نیاز ماکت‌سازی دسترسی خواهید داشت.

کارگاه کاربردهای گرس هاپر در عمل، اقدام دیگری از آموزال در جهت گسترش طراحی پارامتریک در میان معماران جوان کشور بوده است. معماری پارامتریک ترند رو به رشد صنعت معماری در حال حاضر و آینده خواهد بود و یادگیری و کسب تجربه در آن به تمامی معماران و طراحان پیشنهاد می‌شود.

منبع: کتاب Parametric Design for Architecture – می‌توانید نسخه زبان انگلیسی این کتاب را از این صفحه دریافت کنید.