FLO(W) | Florian´s Studio Student Work

Členové jsou postaveni před výzvu multidisciplinárního procesu plánování budov, který je mimo jiné založen na studiu přírody. Zajímáme se nejen o tradičních a inovativní materiály, ale i o zajímavé konstrukční systémy jako jsou extrémní tkaniny, zpěněné struktury, síťové prostorové skořepiny, struktury tensegrity, struktury minimálních povrchů lepené celoskleněné konstrukce a podobně. V této souvislosti studenti aplikují do procesu plánování architektury počítačové simulace s následnou zpětnou vazbou založené na principech parametrického a generativního designu. Projekty generované pomocí skriptovacího algoritmu optimalizují konstrukce, materiál, oslunění a vnitřní klima. Integrace designu a konstrukce do projektu urychluje a zpřesňuje hledání fi nální formy stavby. Vytváří se tak projekty struktur řízenými vlastnostmi. V této souvislosti je třeba si uvědomit, že v přírodě neexistuje hranice mezi materiálem a konstrukcí. Zajímavou se jeví představa, že samotná struktura materiálu může nahradit nosnou konstrukci stavby.

Přírodní procesy plánování

Proces plánování se snažíme stavět na počítání podle přírody, které se inspiruje v přírodních procesech. Do této oblasti náleží výpočetní paradigmata, jako jsou evoluční algoritmy, neuronové sítě, celulární počítání, rojové výpočty, molekulární počítání, kvantové počítání, amorfní počítání a další. Proces návrhu dle našeho názoru, může být chápán jako proces, kdy hledáme vhodné řešení v prostoru všech možných řešení. Klasické návrhové techniky jsou ale v řadě případů schopny najít řešení pouze v poměrně malém podprostoru možných řešení. Proto roste význam netradičních návrhových metod a výpočetních modelů, které nacházejí inspiraci v rozmanitých přírodních procesech.

Pozitivní je, že výpočetní modely nové generace dovolují vznik například samoorganizace. Ukazuje se důležitost fyzické podstaty výpočetní platformy pro vznik určitých řešení a chování systémů. Evolučně inspirovaný proces návrhu dokáže najít nová řešení obtížných konstrukčních problémů. Vedle metod návrhu jsou zkoumány jak nové materiály, tak i nekonvenční výpočetní platformy.

Pro počítání podle přírody jsou důležité poznatky z biologie v podobě inspirace procesy fylogeneze (biologické evoluce) a ontogeneze (vývinem mnohobuněčného organismu), které jsou důležité pro pochopení činnosti výpočetních systémů. Procesem fylogeneze se inspirují evoluční algoritmy, které nacházejí uplatnění v oblastech optimalizací a inženýrského návrhu. Procesem ontogeneze se inspirují celulární automaty, L-systémy a některé další modely s cílem formalizovat a realizovat důležitou schopnost živých systémů sebereplikace pro realizaci složitých systémů.

Programy vycházejí ze základní charakteristiky vývinu organismu jakou je proces, konstrukce a vznik samoorganizace. Když prvky/buňky poznají, kde a kdy mají měnit tvar, je to známka počátku programu pro vývin tvaru. Vznik složitých tvarů je důsledkem interakce mnoha sestav prvků/molekul a prvků/buněk. Prvky/buňky musí rozpoznat svoji pozici a tuto poziční informaci správně využít. Prvková/buněčná diferenciace probíhá souběžně s tvorbou tvarů a uspořádání. Tak mohou vzniknout složité prostorové vzory.

Základy evolučního návrhu můžeme proto najít na průniku evoluční biologie, výpočetní techniky a inženýrského návrhu. Evoluční návrh je oblastí evolučních výpočetních metod, rozšiřuje možnosti systémů CAD a přebírá koncepty evoluční biologie. Uvádí se čtyři hlavní oblasti aplikace evolučního návrhu: evoluční optimalizace, kreativní evoluční návrh, evoluční umění a evoluční umělý život.

Klimaaktivní plánování

Navrhování energeticky úsporných budov ve spojení s inteligentními plášti na základě počítačové simulace postupně v rámci studia zdokonalujeme. Fasáda může být označena skutečně jako inteligentní jen tehdy, když využívá přírodních obnovitelných zdrojů energie, jako energie slunce či větru, vzduchových proudů nebo vody či země, jako zdroje tepla, aby zabezpečila požadavky na budovu, pokud jde o vytápění, chlazení a osvětlení. Pro tento účel jsou prováděny počítačové simulace. Testy modelů budov v aerodynamickém tunelu jsou nahrazovány simulacemi na principu CFD-počítačové metody matematického modelování proudění tekutin nebo na principu dostupnějšího softwaru Ecotec. Celková energetická koncepce se musí rozvíjet ve stadiu plánování, aby se dosáhlo efektivní interakce mezi fasádou, okolím a systémy budov. Současně s tímto způsobem navrhování souvisí i aplikacerozmanitých typů řešení fasád.

Plášť bývá sestaven z transparentních barevných, opaktních nebo potištěných izolačních skel nebo z VIG-vakuových izolačních skel. Do zasklení mohou být integrovány fotochromické, termochromické, mechanochromické, chemochromické materialy, holograficko-optické prvky, systémy denního osvětlení nebo fotovoltaické články, které zabraňují přehřátí slunečním zářením, rozvádějí rozptýlené denní světlo do místností a vyrábějí energii. Další prvky představují skla s elektrochromickými, plynochromickými, elektrooptickými povlaky, tekutými krystaly a gely na principu PCMPhase Change Materials. Vzhledem k tomu, že se sklo v poslední době transformuje i do dalších hmot, se členové ateliéru zaměřují i na plastové materiály. Za všechny jmenuji mechanicky nebo pneumaticky předpjaté konstrukce na principu fólie ETFE, jež může být opatřena podobnými úpravami jako sklo.

Sklo

Problematika navrhování se sklem jako konstrukčním materiálem je nedílnou součástí studiové výuky: sklo jako materiál, laminované sklo, izolační sklo. Poznatky se aplikují i do projektů struktur volných forem. Důležitou roli přitom hraje práce s detailem a světlem, nejen přirozeným, ale i umělým. Rozmanité principy nasvětlení mohou podtrhnout rozličné výrazové možnosti. Specifická může být mediální fasáda ze skel s integrovanými světelnými diodami nebo se samostmívacím či holograficko-optickým efektem, která se může stát variantním řešením pláště. S tím též souvisí studium a aplikace inovativních materiálů ve vazbě na rozmanité skleněné systémy.

Minimální povrchy

Z hlediska navrhování nových materiálů projevují zpěněné struktury velkou přizpůsobitelnost, což je dáno množstvím parametrů, kterými je možno manipulovat za účelem generování nových vlastností. Přírodní kostry a nosné skelety jsou v podstatě pórovité, což je zároveň známkou relativní lehkosti. Pěnové struktury představují nejhospodárnější princip vynalezený přírodou pro zacházení s materiálem. Jeví se proto logické spojení se strukturami, jež představují minimální povrchy. Geometrie minimálního povrchu tvoří při současné interpretaci biologického paradigma a novém topologickém objevování pojetí urbanistické ekologie. Styková plocha mezi topologií a urbanistickou ekologií představuje další problematiku v rámci studia. Důvod? Na rozdíl od tradičních urbanisticko-projektových procesů nerozlišuje urbanistická ekologie mezi různými urbanistickými typologiemi, ale místo toho zdůrazňuje kontinuitu městského povrchu a jeho systémového chování. Dívá se na město jako na rozsáhlý kontaktní povrch a posuzuje jeho chování s ohledem na materiálnost, hustotu, kapacitu, barvu a formu. Spojení geometrie minimálního povrchu a umělé inteligence vede k vytvoření rozsáhlých a často složitých kontaktních povrchů jako odpovědi na generické, specifické podmínky. Cílem je zlepšit styk povrchu se vzduchem, sluncem a vodou pomocí charakteristických rysů, jako je například ekonomie poměru materiálu k síle konstrukce, maximalizace poměru povrchu k objemu, inverznost vnějšího povrchu a složitost zakřivení povrchu. Povrchy jsou projektovány, aby sbíraly a zpomalovaly spád dešťové vody, absorbovaly sluneční energii a způsobovaly cirkulaci vzduchu tak, aby se kontaktem s povrchem čistil.

Plánování zpěněných struktur

V posledním desetiletí se dost intenzivně zkoumají možnosti vlivu digitálních projektových a výrobních nástrojů na materiálové organizace rozmanitých trojrozměrných zpěněných struktur. Důraz se klade na vzájemný vztah mezi materiálovými a výpočetními metodami navrhování za účelem vytvoření spíše aktivní než inertní organizace materiálu. Převážně se aplikují principy parametrického projektování v podobě skriptů a technik k rozvinutí komplexních materiálových systémů ve vztahu k sestavování fyzických komponentů, jež jsou z hlediska účinného chování testovány pomocí materiálových simulací. Cílem je stavět a rozvíjet neustále se měnící dynamické vzory a textury parametricky ovládaných trojrozměrných struktur. Různé pak navazující grafické nástroje mají schopnost vytvářet souvislé, a přece nespojité buněčné prostory, splývající stěny a podlaží stavby jako nepřetržitou volumetrickou zpěněnou strukturu či tkaninu. Tyto dynamické parametry rozlišují vzorování pórovitosti struktury stavby, vnitřního členění, systému zástěn a fasád. Systémy struktur působí jako filtry a kanálky, jež zajišťují dynamický výkon rozmanitých aktivit současně s prouděním lidí, propustnost světla a průhledů materiálovou texturou stavby. Mnohoznačné a mnohotvárné variace struktur na principu pěn a hub nabízí novou definici funkčních a vizuálních vlastností, umělých a přirozených, pravidelných a nepravidelných, transparentních nebo průsvitných a pevných či flexibilních, které mohou přecházet do oblasti struktur extrémních tkanin.

Extrémní tkaniny

Dalšími strukturami, o které projevujeme zájem v rámci studia, jsou extrémní tkaniny, jež se vyznačují vlastnostmi, jako je pevnost, lehkost, rychlost, chytrost a samočištění. Zvětšit neboli aplikovat tkaninový materiálový systém a jeho specifické chování do měřítka skutečné architektury není jednoduchý úkol. Způsob, jak se tomu přiblížit, představuje přísně materiálová cesta čili vyvinutí nebo zvolení materiálů, které mají srovnatelné vlastnosti jako vlákna, ale jsou vhodnější pro měřítko stavby. Místo sisalového provázku se může uvažovat o ocelovém drátu, skleněném nebo uhlíkovém vláknu, které mají podobnou vláknovou strukturu. Variantu představují určité kompozity spojující vláknitý materiál s pryskyřicí nebo plasty, aby se mohlo řídit chování struktury. Dále je důležité splnit stavební požadavky na vnitřní prostředí, vodotěsnost pláště a za tím účelem vyvinout druhý, adaptabilní plášť připojený k síťovému rastru. Tkalcovské stavy a pletací stroje umožňují vyrábět trojrozměrné tkaniny často při použití technických vláken, která byla ještě před několika lety obtížně zpracovatelná a nesmírně drahá. Objev hybridních materiálů způsobil, že textilní průmysl pokročil dál za splétání přírodních a syntetických vláken a místo toho začal spojovat textilní a netextilní materiály. Typickým příkladem může být kombinace vlákna s keramikou, sklem nebo dokonce kovem. Přínosem tohoto přístupu je vývoj vysoce účinných materiálů, které využívají specifických vlastností jak textilních, tak i netextilních hmot. Materiály jsou vysoce hodnoceny pro excelentní pevnost a výborné tepelně izolační vlastnosti, a proto jsou používány jak v průmyslu, tak i pro tkaniny membrán v architektuře.

Automatizace

Domníváme se, že je vhodná doba přemýšlet v duchu automatizace a robotizace o změně v přístupu k plánování staveb i v rámci tuzemského stavitelství a architektury. Pozornost obracíme k možnostem aplikace softwarů na principu CAD/CAM a CAD/CAE technologií nejen k přípravě modelů a prototypů, ale i k jejich výrobě. Snažíme se kontaktovat automatizované firmy, jež obsluhují několik CNC strojů, decentralizují produkci a přinášejí nejen nové metody, ale i výroby individuálních prvků rozmanité aplikace. Výhodou takového plánování jsou precizně na míru nadimenzované prvky stavby prakticky libovolného tvaru ve velmi krátkém čase. V rámci doktorského studia téma zpracovává mimo jiné i Michal Kutálek.

Nanotechnologie

Výzkum Miloše Floriána je založen na plánování nanostruktur z molekulární stavebnice, jejíž jednotlivé stavební bloky se skládají z molekul o desítkách až stovkách atomů a jež se dají pohánět elektrickým polem, světlem nebo proudem plynu. Konstrukce těchto materiálů s přesně definovanou adaptivní strukturou na atomární úrovní a s integrovanými molekulárními zařízeními vykonávají různé funkce, jako větrání, topení, chlazení, osvětlení a podobně. Tyto systémy lze programovat tak, aby se chovaly distribuovaným způsobem velmi podobně jako vzájemně spolupracující buňky v lidském těle, měnily tvar a přizpůsobovaly se změnám prostředí. I v tomto případě jednotlivé stavební prvky projektu získávají design pomocí CAD systémů a pak se pomocí speciálního softwaru buď přímo tisknou, anebo se vyrábějí v plně automatizované nanotovárně.

3D tisk modelů

Prezentace projektů využívá nejenom posterů, ale i předností techniky videa, virtuální reality a modelů na principu techniky e-manufacturingu. Technika Rapid Prototypingu představuje zařízení 3D printing, které tiskne model či prototyp tenkým vrstvením hmoty. Jemný prášek pryskyřice, sádry a podobně je pojen adhezivem v tenkých vrstvách a tištěn z trysek tiskárny v rozmanité škále barev. Alternativou je vrstvení materiálu, např. vosku, pomocí trysky. Inovaci představuje možnost tisknout i kov. Význam této techniky neustále roste a už v dnešní době jsou dostupná zařízení, která tisknou středně velké komponenty. Proto není daleko doba, kdy bude možné tisknout i komponenty aplikovatelné na běžné stavby.

Jako zajímavost bych ještě zmínil, že v poslední době probíhá v rámci biotechnologických experimentů výzkum vytváření živých tkání 3D tiskem živých buněk na modely z gelu. Bioprinting, organ printing, computer aided tissue engineering se staly základem poměrně nově formujícího se uměleckého směru – bio artu, který proniká i do oblasti architektury.

Trendy

Sledujeme rozpravy o současné avantgardní architektuře na jiných univerzitách, jako jsou Columbia, Yale, UCLA, Vienna Applied Art, AA London či Bartlett, jež prezentují vlastní styl jako výzkumný program. Ačkoliv se obtížně odhaduje budoucí vývoj, dovoluji si upozornit na jeden směr. Neoplazmatický design (Neoplasmatic design) představuje projektování, jež aplikuje výsledky mezioborové spolupráce mezi lékaři, biology, genetiky, inženýry a které vytváří hybridní technologie, novou materialitu a nové živé formy. Hranice mezi přírodním a umělým je postupně stírána. Neoplazmatický princip znamená částečně projektovaný a částečně živý materiál, což v důsledku znamená architekturu sestavenou z biokompozitů. Plánují se proto položivé systémy, jež mají naprogramované ovládání a udržování buněčných struktur, které rostou, vyvíjejí se a nakonec mutují. Výsledkem by měly být stavby křížené s biologickou hmotou.

Na architekturu a urbanismus je proto nutné pohlížet jako na multifunkční dynamické systémy. Důležité je proto věnovat pozornost biomimetice a klást důraz na klimaaktivní plánování založené na komplexním vyhodnocení působení vnějších i vnitřních vlivů. Cílem je vznik architektury, která má základní atributy biosystémů, jako malé množství energie, snadné recyklování, extrémní adaptibilitu a rozmanitost generovanou z prvků.

Ing. arch. Miloš Florián, Ph.D., * 17. 5. 1958

Ing. arch. Miloš Florián, Ph.D. působí v rámci Fakulty architektury ČVUT na plný pracovní úvazek. O října 1995 na Ústavu navrhování II. pod vedením prof. A. Navrátila, CSc., kde se spolupodílel na ateliérové výuce a cvičeních ze zdravotních i sportovních staveb. Od října 2002 do října 2003 působil na Ústavu dějin architektury a umění pod vedením prof. P. Ulricha, CSc. jako vědecký pracovník. Od října 2003 až do současnosti působí na Ústavu stavitelství I. pod vedením prof. M. Pavlíka, CSc. Hlavním oblastí odborného zájmu jsou sklo jako konstrukční materiál, inteligentní pláště budov, konstrukce volných forem, technologie CAD/CAM a nanotechnologie. Vede cvičení, seminární práce, bakalářské projekty, diplomové projekty a doktorandy jako školitel i jako pedagog-specialista. Podílí se na zkouškách, státních závěrečných zkouškách a vědecko-výzkumné činnosti ČVUT. Od října 2004 vede studio FLO(W). V říjnu 2005 získal titul doktora Ph.D. ve studijním programu „Architektura a pozemní stavitelství“.

Psáno pro časopis Architekt 1/2010

EDITORIAL 01 NA OKRAJ / JULIUS MACHÁČEK SLOVO 02 DIGITÁLNÍ ARCHITEKTURA NEMUSÍ BÝT JEN VIRTUÁLNÍ / PETR VANĚK REALIZACE 04 DŮM PRO RODINNOU REKREACI, HRABĚTICE / JOSEF FALTEJSEK / ATELIER 4 / RECENZE JIŘÍ DOSTÁL 14 ZAHRADNÍ ALTÁN U RYBNÍKA MÁSÍLKO, HUMPOLEC / LUDĚK RÝZNER, JIŘÍ VINCENC, RADEK KUBÁT / OK PLAN ARCHITECTS 20 ROZHLEDNA BÁRA II, CHRUDIM / MARTIN RAJNIŠ / E-MRAK 26 AKÁTOVÁ VĚŽ, ŽIDLOCHOVICE / PAVEL JURA REALIZACE 32 TŘI VĚŽE VLADA MILUNIĆE STUDIE 28 KRKONOŠSKÉ CENTRUM ENVIRONMENTÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ, VRCHLABÍ / PETR HÁJEK REALIZACE 40 BYT NA STŘEŠE BÝVALÉ ŠKOLKY, PARDUBICE / IVANA DOMBKOVÁ / DONLIĆ INTERIÉR REKONSTRUKCE 46 PŘESTAVBA TRAKTOROVÉ STANICE, DOBRANOV / RADOMÍR GRAFEK, ZDENĚK NAVRÁTIL / RG PROJEKT REALIZACE 54 NOVOSTAVBA ATELIÉRU JIŘÍHO DAVIDA, ZBRASLAV / JIŘÍ PELCL VÝSTAVA 60 BIOUTOPIE MICHALA BRIXE/TEXT MICHAL JANATA TÉMA DIGITÁLNÍ ARCHITEKTURA 65 FLO(W) / TEXT MILOŠ FLORIÁN / PRÁCE STUDENTŮ A ČLENŮ ATELIÉRU FLO(W) 106 SKOK Z ANALOGOVÉHO SVĚTA DO SVĚTA DIGITÁLNÍHO / PROFILOVÝ ROZHOVOR S JANEM KRATOCHVÍLEM / PŘIPRAVIL MICHAL JANATA 114 PARAMETRICKÁ STRUKTURA Č.2 / MICHAL KUTÁLEK / NEXT LEVEL studio,viktorjohanis KRÁTCE Z ATELIÉRŮ 120 ANKETA 123 ROZHOVOR 126 S MILOŠEM G. PARMOU HISTORIE 127 OD KOŇSKÉ BRÁNY K NÁRODNÍMU MUZEU / TEXT YVONNE JANKOVÁ 130 MĚNÍRNY ELEKTRICKÝCH PODNIKŮ HL. M. PRAHY / TEXT ZDENĚK LUKEŠ SOUTĚŽ 132 EUROPAN VÝSTAVA 134 DRNH:MĚ101 / TEXT ANTONÍN NOVÁK RECENZE 136 JEDINEČNÁ MONOGRAFIE O PŘÍBĚHU JEDINEČNÉ STAVBY / TEXT PAVEL HALÍK PUBLIKACE 137 SERVIS 138 SUMMARY 142