Form-finding architettonico tra genesi geometrica e parametrizzazione: sviluppo di un involucro a doppia curvatura

This thesis proposes a methodology for the development of a parametrically defined double curved envelope based on a set of design constraints established within the framework of an international architectural design competition organized by Not a Hotel Inc., in collaboration with the design team of Atelier Architettura Chinello Morandi. The competition focused on the feasibility study for a multi family villa located in the southern part of Yakushima Island, Japan, where the required level of detail and finish called for an in depth investigation into the project’s geometric and spatial composition. The geometric genesis of the envelope derives from compositional principles rooted in Japanese culture, in which the union of basic planar geometric forms such as the circle and the square embodies both symbolic depth and compositional clarity. The methodological approach adopted may be defined as form finding, with the aim of demonstrating how the complexity of the surface is governed by a geometric hierarchy. Within this framework, the curvature that characterizes the envelope is not resolved through ideal, non repeatable double curved components, a solution that would entail a significant increase in production costs. Instead, it is translated through a tessellation process into planar or single curvature elements whose overall composition adequately approximates the intended architectural form. Starting from the study of the topology of double curved surfaces, a preliminary distinction was made between surfaces generated from a clearly defined geometric origin and surfaces whose origin derives from the definition of design constraints, both practical and aesthetic. This distinction was developed through the analysis of several case studies classified according to their respective geometric genesis. In order to establish a solid basis on which development strategies, constraint analysis, and surface rationalization could effectively lead to the realization of a continuous curvature grounded in real construction methods, the processes of geometric generation, parametrization, and discretization were carried out using Rhino and Grasshopper. By developing a script based on a limited number of modules, it was possible to control the entire workflow. In this way, the process moved from the generation of the surface to its geometric parametrization through the identification of a point domain on the surface itself. Subsequently, the Rhino.Inside plugin was used within Autodesk Revit as a bridge between VPL based parametrization and BIM modeling. An adaptive generic model instance, corresponding to a roof tile, was assigned to each pair of points on the surface, thereby completing the workflow through tessellation. A further objective of the tessellation phase was to provide an automatic count of the roof elements required and, among them, to identify those requiring a specific cut during fabrication. The result was the definition of a methodological approach for the realization of complex roofs starting from a constrained design condition, one that makes it possible to interpret such constraints and integrate them as an essential part of the surface discretization process.

Il presente elaborato di tesi propone una metodologia finalizzata allo sviluppo di un involucro parametrico a doppia curvatura a partire da una serie di vincoli progettuali, definiti nel contesto di un concorso di progettazione architettonica internazionale bandito dalla società Not a Hotel Inc., in collaborazione con il gruppo di progettazione di Atelier Architettura Chinello Morandi. Il concorso ha avuto come oggetto lo studio di fattibilità di una villa plurifamiliare situata a sud dell’isola di Yakushima, in Giappone, dove il livello di dettaglio e finitura richiesto ha richiesto uno studio approfondito della composizione geometrica e spaziale del progetto. La genesi geometrica dell’involucro nasce da principi compositivi provenienti dalla cultura giapponese, all’interno della quale l’unione di forme geometriche piane base quali cerchio e quadrato rappresenta insieme profondità di significato e chiarezza compositiva. L’approccio metodologico utilizzato è definito form-finding, il cui fine è quello di evidenziare come la complessità della superficie venga governata da una gerarchia geometrica, per effetto della quale la curvatura che la caratterizza non è resa da elementi a doppia curvatura ideali e non ripetibili, soluzione che comporterebbe un aumento notevole dei costi di produzione; viene, invece, tradotta attraverso un processo di tassellizzazione in elementi planari o a singola curvatura, la cui composizione complessiva approssima adeguatamente l’intenzione architettonica prefigurata. Partendo dallo studio della topologia di superfici a doppia curvatura, è stata fatta innanzitutto una distinzione tra superfici aventi origine geometrica definita e superfici la cui origine nasce dalla definizione di vincoli progettuali tanto pratici quanto estetici, basata sull’analisi di diversi casi studio classificati secondo la relativa genesi geometrica. Al fine di stabilire una solida base per fare in modo che le strategie di sviluppo, analisi dei vincoli e razionalizzazione della superficie portassero al raggiungimento dell’obiettivo di realizzare una curvatura continua basata su metodi costruttivi reali, il processo di genesi, parametrizzazione e discretizzazione è stato conseguito partendo dall’utilizzo di Rhino con Grasshopper, per cui sviluppando uno script a partire da un una quantità limitata di moduli è stato possibile controllare l’intero procedimento. In questo modo, dalla genesi della superficie si è arrivati alla parametrizzazione geometrica della stessa attraverso l’individuazione di un dominio di punti sulla superficie. Successivamente, è stato utilizzato il plugin Rhino.Inside all’interno di Autodesk Revit come ponte tra la parametrizzazione mediante VPL e la modellazione BIM. Ad ogni coppia di punti sulla superficie è stata assegnata un’istanza di modello generico adattivo costituente una tegola della copertura, in modo da concludere il procedimento con la tassellizzazione. Obiettivo ulteriore della fase di tassellizzazione è stato, infine, fornire un conteggio automatico del numero di elementi di copertura necessari e, tra questi, individuare quelli per cui è necessario uno specifico taglio in fase di realizzazione. È stato quindi definito un approccio metodologico per la realizzazione di coperture complesse a partire da una situazione vincolata, il quale permette di interpretare questi vincoli e renderli parte integrante del processo di discretizzazione della superficie.