The space of people in architectural computation : a conceptual framework for the design computation of human-centric spatial environments

Abstract

Seit ihrer Einführung in den architektonischen Entwurf wurden Computerberechnungen (Computation) als ein Ingenieurswerkzeug behandelt, der Architekten in einen Arbeitsablauf von Problemlösungen für effiziente Hüllen gezwungen hat. Wo computerbasierte Darstellung eingebracht wird, scheint der Kern der Architektur Umgebungen fuer menschliche Handlungen zu schaffen, die über elementaren Nutzen hinausgehen, meist verloren. Dieser Eindruck wird durch Veröffentlichungen bekannter Entwicklungen der computerbasierten Architektur unterstützt, die sich fast ausschliessslich dem Prozessmanagement und Formstudien widmen. Im Gegensatz dazu, rückte das Berufsfeld der Architektur seit der Einführung architektonischen Computation in den 90er Jahren von dem modernistischen Ansatz ab, der die Analogie maschienenähnliche Umwelten postuliert hatte, und hat sich am Wert menschlichen Raumverhaltens als Leistungsprinzip für räumliche Umgebungen neu orientiert. Damit Computation dieses wiederkehrende Entwurfsparadigma befähigen kann, müssen neue Modelle entwickelt werden, die Architektur als benutzer-orientierte Umgebung statt leblose Hülle darstellen. Jenseits der effizienzbedingten Entwicklungen für computerbasiertes Entwerfen , wie computer-aided design (CAD), building information modelling (BIM) und parametrisches Modellieren wurden drei architektonische Ansätze des Computation durch Akademiker seit den 60ern erforscht, die grundsätzliche Aspekte des benutzerorientierten Entwurfs abdeckten: a) selbst-organisierende Algorithmen zur Generierung räumlicher Organisationen, b) algorithmische Darstellung von Raum und c) analytische Darstellung von räumlichen Gestalten und menschlichen Raumverhaltens. Obwohl die drei Richtungen sich berührten, blieben sie klar voneinander getrennt. A) erkundete neue architektonische Entwurfsmethoden durch selbst-organisierende Algorithmen, b) neue Raumdarstellungen durch algorithmische Geometrie und c) Wechselwirkungen von räumlicher Gestalt und Benutzung. Ausgeblieben ist ihre Synthese zur Entwicklung einer computerbasierten algorithmischen Methodik für die Gestaltung räumlicher Umgebungen fundiert auf benutzer-orientierten Leistungen. Die Dissertation erläutert die drei Bereiche der computationalen Forschung für den architektonischen Entwurf und zeigt anhand von Fallbeispielen wie deren ursprünglichen akademischen Modelle in Projektentwurfsprozessen der Praxis angewandt werden können. Die Synthese der drei Ansätze wird über zwei Abschnitte diskutiert: erstens durch unmittelbare Verbindungen und zweitens durch eine Abstraktion in ein Meta-System. Das Meta-System stellt ein offenes rechenbasiertes Rahmenkonzept für benutzer-orientierte räumlichen Entwurf dar, das `benutzerorientiertes Raumverfahrensmodel` gennant wird (USOM: user-centric spatial operations model). Die Methodik und das daraus resultierende derzeitig aktive Anwendungsframework - Open Framework for Spatial Simulation (OFSS) genannt - wurden von dem Author mit Kollegen in akademischer Forschung und professioneller Entwicklung seit 1999 erstellt, und stellt das erste pägnant zusammengeführte Anwendungsframework seiner Art dar, das durchweg in professionellem und akademischen Gebrauch und Entwicklung ist.

Ever since its mainstream introduction to architectural design, computation has been treated as an engineering tool, forcing architects into problem-solving workflows for efficient containers. The core focus of architecture to develop environments for human agency beyond basic needs appears lost and to many impossible when computational representations are engaged. This impression is reinforced by much publicised developments in architectural computation that focus exclusively on design management and geometric shape exploration. Paradoxically, since the introduction of computation in architecture in the 90s, the architectural profession has abandoned the modernist approach that provided the analogy of environments as efficient machines and reoriented itself towards the value of human performances as drivers of spatial environments. For computation to enable this reappearing design paradigm, new models need creating that represent architecture as a human-centric field rather than lifeless container. Beyond R&D for the engineering paradigm of computation in design such as computer-aided design (CAD), building information modelling (BIM) and parametric modelling, three strands of architectural computation were explored by academics since the 1960s covering fundamental aspects of human-centric architectural design: a) self-organizing algorithms to generate spatial organization, b) algorithmic representations of space and c) analytical representations of spatial configurations and human performances. While aware of each other, the strands have remained largely isolated. A) investigated new designing methodologies for architecture through self-organizing algorithms, b) new representations of space through computational geometry and c) correlations between spatial configuration and occupation. What has been missing is their synthesis to develop a computational methodology for designing spatial environments based on human-centric performances. The dissertation discusses the three strands of computational research into architectural design and demonstrates through case studies how the original academic models of those research strands can be translated to live design situations in practice. The synthesis of the three approaches will be demonstrated across two stages: firstly through direct integration and secondly through abstraction into a meta-system. The meta-system represents a conceptual computational framework for human-centric spatial design, which will be called user-centric spatial operations model (USOM). The currently active framework of applications called Open Framework for Spatial Simulation (OFSS) has been developed by the author with multiple colleagues through academic research and professional developments since 1999, representing the first concise framework of its kind and remains in continuous professional and academic use and development.