Medusa - A Computational Design Tool for the Circular Economy

Abstract

In the construction sector the interest in circular economy principles is increasing due to the negative environmental impact of the linear economy and growing material scarcity. However, despite this interest the required approaches, workflows and tools either do not exist or are at an early stage of development. This thesis investigates how circular material can be utilized in the architectural design process in a more accessible way. Incorporating digital databases for circular resources into the design process presents considerable advantages, by significantly reducing the time and effort spent on finding, disassembling, and listing quality materials. For this purpose, an outline for a computational design tool entitled Medusa was developed that is proposed to run in Grasshopper, the visual programming environment for the Rhinoceros 3d® CAD application. An analysis of linear and circular design processes was carried out to examine whether the integration of Medusa with existing architectural design workflows and methods is possible. The results of this analysis show that linking linear and the circular processes enables more flexibility in transitioning towards fully circular workflows in architectural practice. This could lead to a greater inclusion of circular materials in projects and pave a new path towards sustainability in the construction sector.

Das Interesse des Bausektors an den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft nimmt aufgrund veränderter Grundvoraussetzungen, wie Materialknappheit und den negativen Umweltauswirkungen der Linearwirtschaft/ “Wegwerfwirtschaft“ zu. Die meisten neuartigen Ansätze und Werkzeuge befinden sich allerdings noch in einem frühen Entwicklungsstadium bzw. mangelt es generell an ihnen. Insbesondere die Einbeziehung digitaler Datenbanken von zirkulären Ressourcen hat großes Potenzial und bietet erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Einbindung in den Entwurfsprozess. Allerdings stehen dieser Umsetzung signifikante Hindernisse, wie der Arbeits- und Zeitaufwand für das Auffinden, Zerlegen und Verzeichnen hochwertiger Materialien, entgegen. Diese Masterarbeit untersucht, die Möglichkeit zirkuläre Materialien besser zugänglich in den architektonischen Entwurfsprozess einzubinden, um dessen Nutzung zu fördern. Zu diesem Zweck wurde Medusa, ein Konzept eines digitalen Werkzeuges für das Programm Grasshopper in Rhinoceros®, entworfen. Um eine mögliche Integration dieses Werkzeugs in architektonische Methoden zu erörtern, wird eine Analyse von linearen und zirkulären Designprozessen durchgeführt. Auf diese Weise wird versucht, die potenziellen Probleme und vorteilhafte Nutzung bzw. Einbindung von Medusa zu ermitteln. Die Erkenntnisse weisen darauf hin, dass die Koexistenz beider Prozesse die flexible Wahlmöglichkeit zwischen einzelnen traditionellen oder zirkulären Optionen im Entwurfsprozess ermöglichen. Ziel dieser Masterarbeit ist es für Planende mehr Flexibilität im Designprozess aufzuzeigen. Dadurch könnten zirkuläre Materialien stärker in Projekte einbezogen und ein neuer Weg zur Nachhaltigkeit im Bausektor beschritten werden.