AASummerDLAB2015



Summer DLAB 2015 :: RED - 27th July –14th August - London, Hooke Park / UK



Summer DLAB 2015 :: RED
27 Ιουλίου–14 Αυγούστου
Λονδίνο, Hooke Park / Ηνωμένο Βασίλειο

Το InFlux αποτελεί το τελικό πρωτότυπο του προγράμματος ΑΑ Summer DLAB που έλαβε χώρα το 2015 στο Λονδίνο στην βάση της AA και στις εγκαταστάσεις του πάρκου Hooke κατά τη διάρκεια του Ιουλίου 27 με Αύγουστο 14, 2015.

Το InFlux είναι το αποτέλεσμα μιας έρευνας σχετικά με την δημιουργία και κατασκευή μέσω της ενσωμάτωσης παραγωγικών τεχνικών ρομποτικής και σχεδιασμού μιας πολύπλοκης γεωμετρίας η οποία χαρακτηρίζεται από διπλή καμπυλότητα. Η έρευνα γύρω από την συμπεριφορά του σκυροδέματος η οποία ξεκίνησε το 2014 έχει αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια του κύκλου του 2015 με περαιτέρω εξερευνήσεις που συνδέουν τη γεωμετρία με τα υλικά, και τη δομή. Πραγματοποιημένο ως ένα τοιχίο με ύψος 2,2 μέτρα, 4 μέτρα πλάτος, και ένα κυμαινόμενο βάθος από 3 έως 25 εκατοστά, το InFlux αναπτύχθηκε, κατασκευάστηκε και ολοκληρώθηκε σε 7 ημέρες.

Αρχικά πειράματα μορφοποίησης επικεντρώθηκαν στην επεξεργασία μίας κάθετης επίπεδης επιφάνειας με στόχο τη δημιουργία μίας μορφής διαφόρων βαθμών καμπυλότητας μέσα από μια σειρά από υπολογιστικές τεχνικές. Βασικές σχεδιαστικές παράμετροι σε αυτή τη φάση περιελαμβάνουν την κατανομή των ανοιγμάτων και των τοπικών σημείων καμπυλότητας με διαφορετικές τιμές οι οποίες απορρέουν από την γενικότερη μορφολογία του τοιχίου. Η προσέγγιση μοντελοποίησης με boids χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα μορφοποίησης, όπου δημιουργήθηκε ένα εξειδικευμένο εργαλείο σχεδιασμού μέσω του open-source προγράμματος κωδικοποίησης Processing. Με το εργαλείο αυτό έγινε εφικτή η διαχείριση της γεωμετρίας τύπου mesh και η αναπροσαρμογή της ως προς τον κάθετο άξονα Ζ. Ο στόχος του δεύτερου σετ υπολογιστικών πειραμάτων ήταν η ενσωμάτωση των εργαλείων δομικής ανάλυσης από την αρχή των εξερευνήσεων του σχεδιασμού προκειμένου να βελτιωθεί η γενικότερη μορφολογία του τοιχίου ως προς την δομική του απόδοση. Μια αρχική γεωμετρία τύπου mesh αξιολογήθηκε ως προς το ίδιο το βάρος του τοιχίου μέσω ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων (FEA) χρησιμοποιώντας το Grasshopper add-on πρόγραμμα Karamba και θέτοντας τη δομή ως κέλυφος, με το υλικό να έχει τις ιδιότητες του σκυροδέματος υψηλής αντοχής (C90 / 105). Με την απεικόνιση των γραμμών φυγής δυνάμεων του Karamba επιτεύχθηκε η μη παρέμβαση των ανοιγμάτων του τοιχίου στη μεταφορά φορτίων στο συνολική γεωμετρία. Το αποτέλεσμα της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων ήταν η δημιουργία μίας κατασκευής σκυροδέματος βάθους 5 εκατοστών με ανοίγματα τα οποία ακολουθούν την κατεύθυνση της ροής των φορτίων του τοιχίου.

Το επόμενο στάδιο στη διαδικασία του υπολογιστικού σχεδιασμού συμπεριλαμβάνει τη δημιουργία γεωμετριών διπλής καμπυλότητας με το αρχικό μοντέλο του κελύφους ως σημείο έναρξης. Η έρευνα αυτή εστιάζει ταυτόχρονα στις στατικές επιδόσεις καθώς και τις ρομποτικές τεχνικές φρεζαρίσματος. Το εξειδικευμένο εργαλείο σχεδιασμού στο Processing αναπτύσσεται περαιτέρω ως ένας συνδυασμός προσομοίωσης στοιχείων boid με τεχνικές «χαλάρωσης», αναπροσαρμογής της γεωμετρίας mesh με σκοπό τη δημιουργία μιας διπλά κυρτούς μορφής που αυξάνει σε πυκνότητα προς το κάτω τμήμα του τοιχίου. Μετά την ενσωμάτωση των ανοιγμάτων, το γεωμετρικό πλέγμα με τις αντίστοιχες γραμμές φορτίων εισαγάγεται στο Processing για την δημιουργία σύνθετων καμπύλων μορφών. Το σύστημα boids επηρεάζει την γεωμετρική καμπυλότητα τοπικά σε ολόκληρη την επιφάνεια του InFlux κατά μήκος των γραμμών ροής φορτίων ακολουθώντας τους κανόνες γειτνίασης και συμπεριφοράς σμήνους.

Οι τεχνικές ρομποτικής στον σχεδιασμό επιτρέπουν την αποστασιοποίηση από το απόλυτο φαινόμενο του «από-τον-σχεδιασμό-στην-κατασκευή», όπου το τελικό αποτέλεσμα είναι προκαθορισμένο και η κατασκευή προσφέρεται μόνο ως «μέσο επίτευξης ενός σκοπού». Η δημιουργία της διαδρομής του ρομποτικού βραχίονα χρησιμεύει ως μια άμεση οπτική σύνδεση μεταξύ της γενικότερης μορφολογίας του πρότυπου και τοπικών σημείων ειδικής διαμόρφωσης της γεωμετρικής επιφάνειας. Ως εκ τούτου, η απόληξη του ρομποτικού χεριού παίζει κρίσιμο ρόλο ως εργαλείο σχεδιασμού στην παραγωγή τοπικών υφών με βάση τη γενική διαμόρφωση.
Για το υλικό καλουπιού σκυροδέτησης, η αντιπυρική σανίδα διογκωμένης πολυστερίνης (EPS) έχει επιλεχθεί με χαρακτηριστικά μέσης πυκνότητας (30g / l), καθώς προσφέρει καλή αντοχή και ταχύητητα στη διαδικασία φρεζαρίσματος με τον ρομποτικό βραχίωνα. Η διάσταση της κάθε σανίδας EPS είναι 200 εκατοστά σε μήκος, 125 εκατοστά σε ύψος, και 50 εκατοστά σε βάθος, ενώ ο συνολικός αριθμός σανίδων EPS που χρησιμοποιήθηκε ήταν 8.
Η απόληξη του ρομποτικού χεριού χρησιμεύει ως ένα μέσο σχεδιασμού που βοηθά στην παραγωγή της επιφανειακής υφής των σανίδων αφρου EPS. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας φρεζαρίσματος, οι επιφάνειες που θα έρθουν σε επαφή με το σκυρόδεμα έχουν επικαλυφθεί με ένα μίγμα σιλικόνης και χημικού παράγοντα για την διευκόλυνση του ξεκαλουπώματος. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η δομή είναι κατασκευασμένη από ένα ειδικό μίγμα σκυροδέματος με πρόσθετες πολυεστερικές ίνες η οποία επέτρεψε την σκυροδέτηση σε μια περίοδο μερικών μόνο ωρών, χωρίς να περιορίζεται από τους περιορισμούς της εφαρμογής συμβατικών συστημάτων ενίσχυσης όπως η χρήση ράβδων οπλισμού. Η μόνη περίπτωση χρήσης ράβδων οπλισμού στο τελικό στάδιο κατασκευής είναι κατά μήκος της θεμελίωσης του τοίχου, που φέρει ένα βάθος 30 εκατοστών. Τα τελικά στάδια συναρμολόγησης συμπεριλαμβάνουν τη χύτευση ταχύπηκτου τσιμέντου στο καλούπι από τις σανίδες αφρού EPS, η οποία ακολουθείται από το χρόνο σκλήρυνσης των περίπου 12 ωρών. Με διαστάσεις 2,2 μέτρα ύψους, 4 μέτρα πλάτους, και ένα κυμαινόμενο βάθος 30 έως 250 χιλιοστών, η τελική ανέργεση του περίπτερου τοιχίου αναπτύχθηκε και ολοκληρώθηκε σε 7 ημέρες.
Κατά τη διάρκεια των διαδικασιών σχεδιασμού, κατασκευής και συναρμολόγησης, οι διαδραστικές συσχετίσεις μεταξύ των διαφορετικών λογισμικών προσομοίωσης ήταν ένας βασικός οδηγός για την αναγνώριση μεθόδων ενσωμάτωσης των αρχιτεκτονικών κριτηρίων με τη δομική απόδοση του περιπτέρου. Εν κατακλείδι, η έρευνα έχει ως στόχο να τονίσει τις αρχιτεκτονικές δυνατότητες χρήσης σκυροδέματος με ένα μη συμβατικό τρόπο, με περιορισμένους πόρους και χρονική περίοδο, δημιουργώντας ισχυρές συσχετίσεις μεταξύ υπολογιστικών μεθόδων σχεδιασμού και διαδικασιών ψηφιακής κατασκευής.
Τεχνικές λεπτομέρειες
21 ημέρες :: Διάρκεια του προγράμματος
7 ημέρες :: Σχεδιαστική εξέλιξη, κατασκευή, συναρμολόγηση
18 μαθητές :: 11 εθνικότητες
1080 ώρες :: Χρόνος κατασκευής, συναρμολόγησης, αποσυναρμολόγησης
0.75 m3 :: σκυρόδεμα υψηλής αντοχής
8 m3 :: σανίδες πολυστερόνης EPS

Του Αλέξανδρου Καλλέγια και της Elif Erdine

ΛΙΣΤΑ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΩΝ


Διεύθυνση Προγράμματος                     Αλέξανδρος Καλλέγιας, Elif Erdine

Διδάσκοντες                                                                              
Aλέξανδρος Καλλέγιας, Elif Erdine, Daghan Cam, Angel Fernando Lara Moreira

Μαθητές                                                                        
Lorenzo Pellegrini, Jackson Lindsay, Xiaoxiang Li, Matthew Eng, Angelo Figliola, Nicolo 
Cernigliaro, Jos van Roosmalen, Areti Sanoudou-Dramalioti, Julian Heinen, Mathias Paul 
Reisigl, Stavroula Kakaletsi, Pallavi Gupta, Vikas Sharma, Emine Ece Emanetoglu, Leo
Claudius Bieling, Florian Kaiser, Jin Li


Ρομποτική ρύθμιση          
Pradeep Devadass
       
                                                      



Summer DLAB 2015 :: RED
27th July –14th August
London, Hooke Park / UK

InFlux is the final working prototype of AA Summer DLAB 2015 that took place in AA’s London home and Hooke Park facilities during 27 July – 14 August 2015.

InFlux is the outcome of an exploration on the fabrication and assembly of double-curved complex geometries through the integration of generative design techniques and robotic milling strategies. The research initiated on the material behaviour of concrete in 2014 has been developed in the 2015 cycle by further investigations linking geometry, material, and structure. Realized as a wall with 2.2 meters height, 4 meters width, and a varying depth of 3 – 25 cm, InFlux has been developed, fabricated and assembled in 7 days.

Initial form-finding experiments have focused on the manipulation of a vertical planar geometry towards the creation of varying degrees of curvature through a range of computational techniques. Key parameters in this phase have comprised the distribution of openings and areas of local differentiated curvature values that stem from a global morphology. An agent-based model approach has been adopted for form-finding experiments, whereby a custom tool in Processing has been developed to manipulate mesh geometry locally, based on Z-coordinate data, via mesh relaxation techniques. The goal of the second set of computational experiments has been the integration of structural analysis tools from the outset of design explorations in order to inform global geometry and its structural performance. An initial mesh geometry has been evaluated under its self-weight via FEA analyses with the Grasshopper add-on Karamba as a shell structure, with material properties of high-strength concrete (C90/105). The force flow lines in the output mesh of Karamba have been visualized, with the aim of achieving wall openings which do not interfere with the transfer of loads throughout the global geometry. The FEA stage has been concluded with the creation of a 5 cm. deep shell split by openings following the direction of force flow within the wall.
The next stage in the computational design process entails the generation of doubly-curved geometries following the initial shell model as an input. The purpose of this investigation is two-fold, pertaining to structural performance and exploration of robotic milling techniques. The tool in Processing is developed further as a combination of agent-based simulation and mesh relaxation techniques with the purpose of creating a doubly-curved geometrical aggregation that increases in density towards the bottom section of the wall. After the generation of openings, the mesh with its corresponding force flow lines has been imported in Processing for complex curvature generation. The agent system influences local mesh curvature throughout the overall form along the force flow lines following flocking and proximity rules.
Robotic fabrication processes in design allow for moving away from a direct design-to-production approach, whereby the final outcome is predefined and fabrication solely offers a “means to an end”. The tooling path of the robotic arm serves as a direct visual connection between the global geometry and local surface manipulation; therefore, the robotic end effector plays a crucial role as a design tool in the generation of localized surface textures on the global configuration. The material for the form-work has been selected as medium density (30g/l) fire retardant grade expanded polystyrene (EPS) blocks, as EPS offers a suitable compromise between milling time and strength for form-work construction. The dimension of each EPS block is 200 cm in length, 125 cm in height, and 50 cm in depth, resulting with the employment of a total of 8 EPS blocks.  
The end-effector for the robot serves as a design means that aids in the generation of surface textures in the EPS boards. After the completion of the milling process, the areas of contact between the scaffolding and concrete have been treated with a mixture of silicone and mold releasing agent in order to assist with the de-moulding process. It is important to note that the structure is made of a special concrete mix with fiberglass additives which has enabled it to be cast, dried and held strongly in place in a period of several hours without being limited by the constraints of applying conventional reinforcing systems such as rebar. The only location where rebar has been used in the final fabrication has been along the foundation of the wall, bearing a depth of 30 cm. The final assembly stages have involved the casting of fast-setting concrete in the EPS form-work, followed by the curing time of approximately 12 hours. With dimensions of 2.2 meters height, 4 meters width, and a varying depth of 30 – 250 mm, the final wall assembly has been developed, fabricated, and assembled in 7 days.
Throughout the design, fabrication, and assembly processes, the interactive associations between different simulation software have been a key driver in recognizing the ways of integrating architectural criteria with the structural performance of the pavilion. Overall, the research aims to illustrate the architectural possibilities of using concrete in a non-conventional way with limited resources and period of time by creating strong associations between computational design methodologies and digital fabrication processes.
Technical Details
21 days :: Duration of programme
7 days :: Design development, fabrication, assembly
18 students :: 11 nationalities
1080 hours :: Fabrication, assembly, dis-assembly time
0.75 m3 :: high-strength concrete
8 m3 :: EPS foam-board

By Elif Erdine and Alexandros Kallegias

CREDITS
Programme Directors                              Elif Erdine, Alexandros Kallegias

Tutors                                                                              
Alexandros Kallegias, Elif Erdine, Daghan Cam, Angel Fernando Lara Moreira

Students                                                                        
Lorenzo Pellegrini, Jackson Lindsay, Xiaoxiang Li, Matthew Eng, Angelo Figliola, Nicolo 
Cernigliaro, Jos van Roosmalen, Areti Sanoudou-Dramalioti, Julian Heinen, Mathias Paul 
Reisigl, Stavroula Kakaletsi, Pallavi Gupta, Vikas Sharma, Emine Ece Emanetoglu, Leo
 Claudius Bieling, Florian Kaiser, Jin Li

Robotic Setup          
Pradeep Devadass



ElifErdine: Ρομποτική εγκατάσταση / ElifErdine: Robotic cell setup

ElifErdine:  Ρομποτικό φρεζάρισμα πολυστερίνης EPS / 
ElifErdine: Robotically milled EPS formwork

 ShawLi: Ρομποτικό φρεζάρισμα πολυστερίνης EPS /  
ShawLi: Robotically milled EPS formwork

MathiasReisigl: InFlux, λήψη γενικής εικόνας /  
MathiasReisigl: InFlux, overall view

MathiasReisigl: InFlux, λήψη  εικόνας λεπτομέρειας /  
MathiasReisigl: InFlux, detailed view

MathiasReisigl: InFlux, λήψη γενικής εικόνας /  
MathiasReisigl: InFlux, overall view

MathiasReisigl: InFlux, λήψη  εικόνας λεπτομέρειας /  
MathiasReisigl: InFlux, detailed view

diagram01: ανάλυση FEA και απεικόνιση γραμμών ροής φορτίων που δημιουργείται στο Karamba 
diagram01: FEA analysis and resulting force-flow lines generated in Karamba   

diagram02: Προσαρμοσμένο εργαλείο που αναπτύχθηκε στο Processing, διαδικασία «χαλάρωσης» του γεωμετρικού πλέγματος σύμφωνα με τοπικά δεδομένα    
diagram02: Custom tool developed in Processing, mesh relaxation according to local data

diagram03: Αλγοριθμική παραγωγή των δεδομένων της φόρμας του καλουπιού για την σκυροδέτηση
diagram03: Algorithmic generation of form-work data for concrete casting 


No comments :

Post a Comment

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...