طراحی معماری محاسباتی یا رایانشی چیست؟

طراحی معماری محاسباتی یا رایانشی یک رویکرد بین‌رشته‌ای است که تکنیک‌های محاسباتی و ابزارهای دیجیتال را در فرآیند طراحی معماری ادغام می‌کند. این رویکرد از قدرت کامپیوترها برای بهبود، بهینه‌سازی و نوآوری در حوزه معماری بهره می‌برد. این مسئله شامل مجموعه‌ای از روش‌ها و فناوری‌ها از جمله طراحی الگوریتمی، مدل‌سازی پارامتریک، طراحی مولد و تحلیل عملکرد می‌باشد.

اجزای کلیدی طراحی معماری محاسباتی

1-طراحی الگوریتمی

شامل استفاده از الگوریتم‌ها برای تولید راه‌حل‌های طراحی است. معماران می‌توانند مجموعه‌ای از قوانین یا روش‌ها را ایجاد کنند که کامپیوتر برای تولید مجموعه‌ای از گزینه‌های طراحی دنبال کند.

2- مدل‌سازی پارامتریک

از پارامترها و محدودیت‌ها برای تعریف و دستکاری هندسه عناصر معماری استفاده می‌کند. تغییرات در پارامترها به طور خودکار طراحی را به ‌روز می‌کند و اجازه می‌دهد که انعطاف‌پذیری و تکرار سریع داشته باشد.

3- طراحی مولد یا زایا

از فرآیندهای محاسباتی برای تولید مجموعه‌ای گسترده از گزینه‌های طراحی بر اساس معیارهای تعریف شده استفاده می‌کند. ابزارهای طراحی مولد می‌توانند فرم‌ها و ساختارهای پیچیده را کشف و بهینه‌سازی کنند که اغلب فراتر از توانایی‌های طراحی سنتی هستند.

4- تحلیل عملکرد

ابزارهای شبیه‌سازی و تحلیل را برای ارزیابی جنبه‌های مختلف طراحی، مانند یکپارچگی ساختاری، بهره‌وری انرژی، روشنایی طبیعی و آکوستیک ادغام می‌کند. این اطمینان را می‌دهد که طراحی نه تنها اهداف زیبایی‌شناختی را برآورده می‌کند، بلکه از نظر عملکردی و پایداری نیز به خوبی عمل می‌کند.

5- ساخت دیجیتال

شامل استفاده از ماشین‌های CNC، چاپگرهای سه‌بعدی و بازوهای رباتیک برای تحقق فیزیکی هندسه‌ها و ساختارهای پیچیده است که اغلب با روش‌های سنتی سخت ساخته می‌شوند.

6- طراحی مبتنی بر داده

از تجزیه و تحلیل داده‌ها و یادگیری ماشینی برای اطلاع‌رسانی به تصمیمات طراحی استفاده می‌کند. این می‌تواند شامل تجزیه و تحلیل شرایط سایت، رفتار کاربران یا عوامل محیطی باشد تا طراحی‌های پاسخگوتر و بهینه‌تری ایجاد کند.

مزایای طراحی معماری رایانشی

1- خلاقیت افزایش‌یافته

به معماران اجازه می‌دهد فرم‌ها و راه‌حل‌های غیرمتعارفی را که ممکن است به‌راحتی از طریق ترسیم دستی قابل دستیابی نباشند، بررسی کنند.

2- کارایی

وظایف تکراری را خودکار می‌کند و اجازه نمونه‌سازی سریع و تست چندین تکرار طراحی را می‌دهد.

3- بهینه‌سازی

تسهیل ایجاد طراحی‌های کارآمدتر و پایدارتر از طریق تحلیل و بهینه‌سازی مبتنی بر عملکرد.

4- دقت

دقت را در فرآیند طراحی و ساخت بهبود می‌بخشد و خطاها و ضایعات را کاهش می‌دهد.

5- سفارشی‌سازی

امکان سفارشی‌سازی انبوه را فراهم می‌کند، جایی که راه‌حل‌های طراحی منحصربه‌فرد می‌توانند برای مشتریان یا زمینه‌های مختلف بدون هزینه اضافی قابل توجهی تولید شوند.

کاربردهای معماری رایانشی در صنعت

1- طراحی معماری

برای طراحی ساختمان‌ها، نماها و داخلی‌ها با هندسه‌های پیچیده و ویژگی‌های تطبیقی استفاده می‌شود.

2- برنامه‌ریزی شهری

به برنامه‌ریزی توسعه‌های بزرگ ‌مقیاس شهری  با توجه به عوامل مختلف محیطی و اجتماعی از طریق شبیه‌سازی کمک می‌کند.

3- طراحی محصول

در طراحی محصولات معماری مانند مبلمان، وسایل و قطعات با دقت و سفارشی‌سازی بالا اعمال می‌شود.

ویدیوهای آموزشی نرم افزار راینو را در یوتیوب گروه شهرسازی و معماری فیدار ببینید.

کانال یوتیوب گروه فیدار

چالش‌های معماری رایانشی

1- روش یادگیری

نیاز به معمارانی دارد تا مهارت‌های جدیدی در برنامه‌نویسی، تجزیه و تحلیل داده‌ها و استفاده از ابزارهای دیجیتال کسب کنند.

2- ادغام بین رشته‌ای

ادغام روش‌های محاسباتی با شیوه‌ها و جریان‌های کاری معماری سنتی می‌تواند پیچیده باشد.

3- هزینه اقتصادی

هزینه‌های اولیه بالا برای نرم‌افزار و سخت‌افزار می‌تواند برای شرکت‌های کوچک‌تر یا کارورزان فردی مانعی باشد.

به طور کلی، طراحی معماری محاسباتی نشان‌دهنده یک تغییر قابل توجه در نحوه تصور و اجرای معماری است، و امکانات و کارایی‌های جدیدی را ارائه می‌دهد در حالی که چالش‌های منحصر به فردی را نیز به همراه دارد که باید مورد توجه قرار گیرند.

ابزار‌های مهم در طراحی معماری رایانشی

به عنوان یک معمار علاقه‌مند به طراحی معماری رایانشی، به مجموعه‌ای از ابزارهای نرم‌افزاری دسترسی دارید که می‌توانند به شما در استفاده از تکنیک‌های محاسباتی و ابزارهای دیجیتال در فرآیند طراحی کمک کنند. در این بخش برخی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین نرم‌افزارها آورده شده است:

1- راینو (Rhinoceros)

• یک ابزار مدل‌سازی سه‌بعدی که به دلیل انعطاف‌پذیری و دقت خود شناخته شده است.
• ویژگی‌های کلیدی: مدل‌سازی NURBS، ابزارهای سطح و مش، و پشتیبانی گسترده از افزونه‌ها.
• افزونه: گرس‌هاپر (Grasshopper)، یک زبان برنامه‌نویسی بصری که با راینو یکپارچه شده و به طور گسترده برای طراحی پارامتریک و الگوریتمی استفاده می‌شود.

2- گرس‌هاپر (Grasshopper)

• یک ویرایشگر الگوریتم گرافیکی که با راینو یکپارچه شده است.
• ویژگی‌های کلیدی: امکان طراحی پارامتریک، مدل‌سازی الگوریتمی و طراحی مولد از طریق یک رابط بصری.
• کاربردها: به طور گسترده برای ایجاد هندسه‌های پیچیده و بررسی تغییرات طراحی استفاده می‌شود.

3- اتودسک رویت (Autodesk Revit)

• نرم‌افزار مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM).
• ویژگی‌های کلیدی: اجزای پارامتریک، مستندسازی دقیق ساخت‌وساز و همکاری چند رشته‌ای.
• افزونه: داینامو (Dynamo)، یک ابزار برنامه‌نویسی بصری که امکان طراحی محاسباتی را در رویت فراهم می‌کند و طراحی پارامتریک و اتوماسیون پیشرفته را ممکن می‌سازد.

4- داینامو (Dynamo)

• یک ابزار برنامه‌نویسی بصری متن‌باز برای رویت.
• ویژگی‌های کلیدی: یک رابط مبتنی بر نود برای ایجاد اسکریپت‌ها جهت اتوماسیون وظایف، تولید هندسه‌های پیچیده و بهینه‌سازی جریان‌های کاری طراحی.
• کاربردها: برای افزایش قابلیت‌های BIM و ادغام طراحی محاسباتی در رویت استفاده می‌شود.

5- بلندر (Blender)

• یک مجموعه ایجاد سه‌بعدی رایگان و متن‌باز.
• ویژگی‌های کلیدی: ابزارهای جامع مدل‌سازی، مجسمه‌سازی، رندرینگ و انیمیشن.
• کاربردها: در حالی که به طور سنتی یک ابزار معماری نیست، اما به دلیل انعطاف‌پذیری و قابلیت اسکریپت‌نویسی (پایتون) برای طراحی محاسباتی مفید است.

6- اسکچ‌آپ (SketchUp)

• یک ابزار مدل‌سازی سه‌بعدی شهودی.
• ویژگی‌های کلیدی: رابط کاربری آسان، انبار سه‌بعدی برای قطعات، و یکپارچگی با افزونه‌های مختلف.
• افزونه: سفایرا (Sefaira) برای تحلیل عملکرد و بهینه‌سازی در اسکچ‌آپ.

7- مایا (Maya)

• یک نرم‌افزار گرافیک کامپیوتری سه‌بعدی.
• ویژگی‌های کلیدی: ابزارهای پیشرفته مدل‌سازی، شبیه‌سازی و رندرینگ.
• کاربردها: برای ایجاد فرم‌ها و تجسم‌های پیچیده استفاده می‌شود، با قابلیت‌های اسکریپت‌نویسی برای طراحی محاسباتی.

8- هودینی (Houdini)

• یک نرم‌افزار انیمیشن و جلوه‌های بصری سه‌بعدی.
• ویژگی‌های کلیدی: جریان کاره‌ای رویه‌ای مبتنی بر نود، ابزارهای شبیه‌سازی قدرتمند.
• کاربردها: برای تولید رویه‌ای فرم‌ها و ساختارهای پیچیده استفاده می‌شود، اغلب در ترکیب با دیگر ابزارهای معماری.

9- پروسسینگ (Processing)

• یک کتابخانه گرافیکی متن‌باز و محیط توسعه یکپارچه (IDE).
• ویژگی‌های کلیدی: تسهیل ایجاد برنامه‌های بصری و تعاملی.
• کاربردها: برای ایجاد ابزارهای سفارشی، شبیه‌سازی‌ها و تجسم‌ها در طراحی محاسباتی استفاده می‌شود.

10- افزونه‌های گرس‌هاپر

به عنوان مثال در ادامه به سه مورد از افزونه2ها اشاره شده است.

• کانگورو (Kangaroo): برای شبیه‌سازی‌های مبتنی بر فیزیک.
• گالاپاگوس (Galapagos): برای بهینه‌سازی تکاملی.
• لیدیباگ و هانیبی (Ladybug and Honeybee): برای تحلیل محیطی و مدل‌سازی انرژی.

11- فیوشن 360 (Fusion 360)

• یک ابزار مبتنی بر ابر برای CAD، CAM، و CAE.
• ویژگی‌های کلیدی: طراحی پارامتریک، شبیه‌سازی و قابلیت‌های تولید.
• کاربردها: مناسب برای طراحی محصولات و قطعات معماری پیچیده.

12- سالیدورکز (SolidWorks)

• یک برنامه CAD و CAE مدل‌سازی جامد.
• ویژگی‌های کلیدی: طراحی پارامتریک، ابزارهای شبیه‌سازی و تحلیل.
• کاربردها: برای طراحی قطعات و مجموعه‌های مکانیکی پیچیده در معماری استفاده می‌شود.

13- اسکریپت ‌نویسی پایتون و سی‌شارپ

• زبان‌های برنامه‌نویسی عمومی.
• ویژگی‌های کلیدی: پایتون به دلیل خوانایی و کتابخانه‌های گسترده‌اش شناخته شده است، در حالی که سی‌شارپ برای توسعه برنامه‌های کاربردی در چارچوب NET. استفاده می‌شود.
• کاربردها: برای گسترش قابلیت‌های بسیاری از ابزارهای فوق، اتوماسیون وظایف و ایجاد جریان‌های کاری سفارشی استفاده می‌شود.

هر یک از این ابزارها ویژگی‌ها و قابلیت‌های منحصربه‌فردی ارائه می‌دهند و اغلب برای بهره‌گیری از نقاط قوت خود در جنبه‌های مختلف طراحی محاسباتی با یکدیگر ترکیب می‌شوند. با ادغام این ابزارها در فرآیند طراحی خود، می‌توانید راه‌حل‌های نوآورانه را بررسی کنید، عملکرد را بهینه کنید و کیفیت کلی پروژه‌های معماری خود را بهبود بخشید