№58
Июнь 2017
ISSN
1990-4126

English

«Архитектон: известия вузов» № 34 - Приложение Июль 2011

Архитектура


 Саморуков Антон Васильевич

аспирант ЮУрГУ.
Научный руководитель:
кандидат технических наук, профессор А.Л. Хейфец, 
ФГБОУ ВПО "Южно-Уральский государственный университет",
Челябинск, Россия

О ВОЗМОЖНОСТИ АРХИТЕКТУРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ


УДК: 72.01(72.021)

В статье рассмотрен опыт внедрения в курс компьютерной графики для архитекторов учебного задания, направленного на изучение потенциала аналитических поверхностей в архи-тектурном проектировании.

Ключевые слова: аналитические поверхности, учебное архитектурное проектирование, компьютерная графика


Архитектура с древнейших времен была сопряжена с математикой. В основном это выражалось в использовании знаний в области геометрии применительно к пропорционированию и построению сложных геометрических зависимостей произведений зодчества. В начале XX века на фоне общего усиления роли науки в архитектурно-строительной отрасли взаимосвязь ее с миром математики эволюционирует [1]. В частности, активно исследуются свойства математических поверхностей. Особую популярность приобретают линейчатые поверхности в силу того, что поверхности этого класса обладают высокой прочностью. Их пространственная структура достаточно наглядна, а сооружения на их основе обладают относительной конструктивной простотой, что дает возможность архитекторам масштабно использовать этот класс поверхностей [4].

В конце ХХ - начале XXI веков происходит интенсивное преобразование методов проектирования и строительных технологий, архитекторы разрабатывают новые концепции формообразования и функционирования архитектурных объектов. В этот период широкое применение получают компьютерные технологии, которые дали возможность проектировщикам генерировать более сложные поверхности и оперировать ими [2, 9].

Сегодня основной метод моделирования архитектурных поверхностей сложной формы – кинематический, который успешно решает определенный круг задач, обеспечивая наглядность процесса формообразования [7]. Однако возникает необходимость применения и других, иных методов формообразования.

В этом контексте особое значение получила аналитическая геометрия [5], изучающая пространственно сложные поверхности, каждая точка которых определяется в пространстве аналитической функцией действительного параметра, изменяющегося в некоторой области. Сложные аналитические поверхности имеют значительный потенциал для архитектурного проектирования. Во-первых, обладают великолепными эстетическими характеристиками, понятными не только математикам, что открывает архитекторам новые горизонты для творчества. Во-вторых, внутренней математической логикой, что способствует пониманию структуры поверхности при инженерном осмыслении в качестве архитектурного объекта. В-третьих, варьируя параметры функции, можно добиться результата, удовлетворяющего определенным требованиям.

Относительно третьего существуют некоторые трудности. Во-первых, т.к. в архитектурном проектировании с применением аналитической геометрии формотворчество не является самоцелью, большую роль играет анализ функционирования будущего архитектурного объекта и подбор аналитических функций, которые бы описывали поверхности, соответствующие функциональным особенностям сооружения. Такими особенностями могут быть форма плана здания, высотные отметки, площадь поверхности оболочки, аэродинамические условия и пр. Но при этом важную роль играет и потенциал аналитических поверхностей в эстетическом смысле. Архитектору же при работе с аналитическими поверхностями для грамотного подбора функции необходимо перевести на язык аналитической геометрии те факторы, которые он собирается учитывать в процессе формообразования. Во-вторых, архитектору сложно заранее предвидеть конечный результат манипуляций с параметрами функции, т.к. это требует от него знания ана-литической геометрии. Поскольку, в основном, архитекторы не обладают столь серьезной математической подготовкой, существует необходимость адаптации мира аналитической геометрии к задачам архитектурного проектирования.

На сегодняшний день существует множество архитектурных объектов, в которых прослеживается сходство с формами аналитических поверхностей, при этом некоторые архитекторы действительно в своей практике обращаются к аналитической геометрии.

Такой подход к проектированию достаточно молод и не имеет сформировавшихся методологии и инструментария, однако, в рамках различных архитектурных школ потенциал этого метода исследуется и предлагается к изучению [2]. Учитывая тенденции развития САПР и компьютеризацию архитектурного образования, необходимость которой была очевидна еще в конце прошлого века [4], можно предположить, что творческий архитектурный метод проектирования, основанный на аналитической геометрии, будет оказывать значительное влияние на будущее профессии. Но этому процессу должна предшествовать апробация метода в учебном проектировании.

В рамках этого предположения авторами статьи было разработано и внедрено в учебный курс компьютерной графики для студентов архитектурного факультета ЮУрГУ задание, направленное на развитие у студентов навыков работы с аналитическими поверхностями в пакетах AutoCAD и 3ds Max, на знакомство с их математической логикой, эстетикой и потенциалом в архитектурном формообразовании, развитие у студентов абстрактного и пространственного мышления.

Перед студентами были поставлены следующие задачи: проанализировать логику и динамику формальных изменений, эстетические качества и образность формы аналитической поверхности в зависимости от вводимых значений изменяемых параметров функции; осмыслить поверхность как архитектурный объект конкретного назначения.

В качестве исходного материала к заданию студенты получали программу на языке Auto-LISP [7], при помощи которой они могли генерировать аналитические поверхности и изучать их в среде пакета AutoCAD. На основе анализа литературы об аналитических поверхностях [3, 6, 7] была сделана подборка функций, которые описывали поверхности подчеркнуто разного характера (рис. 1). Таким образом были предложены варианты задания. В качестве аналогов студентам демонстрировали архитектурные объекты из мировой практики, характер форм которых свойственен аналитическим поверхностям. Плюс к этому студенты получали подробное руководство в виде видеоурока, созданного при помощи программного средства BB FlashBack Express. Формат видеоурока был выбран, т.к. он обладает большей наглядностью и информативностью по сравнению с традиционными методическими материалами.

sam1.jpg

Рис.1. Примеры аналитических функций и описываемых ими поверхностей

В качестве отчета студенты по окончанию работы предоставляли планшет, на котором они демонстрировали сгенерированную ими поверхность, указывали значения параметров аналитической функции и помещали несколько видов архитектурного объекта, спроектированного ими на основе исследуемой поверхности (рис. 2).

sam2.jpg

Рис.2. Примеры студенческих работ

При создании учебного задания был использован многолетний опыт работы со студентами машиностроительных специальностей, которые в рамках учебной программы выполняли визуа-лизацию математических функций [8].

Результат внедрения вышеизложенного учебного задания в курс компьютерной графики авторами статьи был расценен как положительный. Было принято решения о развитии этого опыта в виде создания справочника по аналитическим поверхностям с выходом на архитектурное проектирование. Для этого необходимо произвести дифференциацию типов архитектурных объектов по геометрическим и функциональным особенностям и присвоить каждому типу определенный набор аналитических поверхностей, применение которых бы решало задачи архитектурного формообразования

Заключение

1. Создание форм на основе аналитических поверхностей является сравнительно новым актуальным направлением в концептуальном архитектурном проектировании.

2. Первые результаты внедрения аналитических методов в курс компьютерной графики для студентов архитектурного факультета задания являются положительными.

3. Требуется дальнейшая научная и методическая проработка нового направления применительно к практике проектирования и учебному процессу.


Библиография

  1. Горнева О.С. Математические методы в учебном архитектурном проектировании / О.С. Горнева // Архитектон. – 2006. – №14 (Приложение)
  2. Дженкс Ч. Новая парадигма в архитектуре / Ч. Дженкс // Проект international. – 2005. – №5
  3. Кривошапко, С.Н. Аналитические поверхности: материалы по геометрии. 500 поверхностей и информация к расчету на прочность тонких оболочек / С.Н. Криво-шапко, В.Н. Иванов, С.М. Халаби – М.: Наука – 2006. – 544 с.
  4. Михайленко, В.Е. От геометрического моделирования к компьютерной графике в учебном процессе / В.Е. Михайленко, А.Л. Подгорный, В.А. Плоский // ЭВМ в преподавании графических дисциплин: сб. науч.-метод. ст. по начертательной геометрии и инженерной графике. – Вып. 17. – М.: Изд-во МПИ, 1990. – С. 3–9
  5. Погорелов А.В. Аналитическая геометрия: учебник для вузов – изд. 4-е, перераб. / А.В. Погорелов – М.: Наука – 2005. –208 с.
  6. Франсис, Дж. Книга с картинками по топологии / Дж. Франсис; пер. с англ.  // М.: Мир – 1991.– 240 с.
  7. Хейфец А. Л. Инженерная компьютерная графика. AutoCAD / А.Л. Хейфец – М.: Диалог-МИФИ – 2002. – 432 с.
  8. Хейфец А. Л. Инженерная компьютерная графика. AutoCAD / А.Л. Хейфец. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 336 с.
  9. Шубенко М.В. Проблемы архитектурной деятельности в условиях развития компьютерных технологий / М.В. Шубенков // Архитектон. – 2006. – №15

 


ISSN 1990-4126  Регистрация СМИ эл. № ФС 77-50147 от 06.06.2012 © УрГАХУ, 2004-2017  © Архитектон, 2004-2017