Η τυχαιότητα ως εργαλείο στην αρχιτεκτονική: διερεύνηση δομών και μορφών μέσω στοχαστικών διαδικασιών

Abstract

Τhis doctoral dissertation is titled: “Randomness as a tool in architecture: An investigation of structure and form through stochastic processes” and it attempts to explore the possible ways in which randomness, used as a parameter and/or as a process, can influence and contribute to the design and construction of an architectural project, in terms of its structure and form. The conscious and controlled use of randomness can be an innovative tool in architecture and under certain conditions and in selected applications can lead to the management and resolution of problems that are difficult to address with conventional approaches. In Part A of the thesis, through a bibliographic and theoretical investigation, the concept and use of randomness in science, art and particularly in relation to architecture, is examined. The perception of randomness in different historical periods and by different scholars is briefly presented. Selected reference works of art that include and use the parameter of randomness as a new means of expression and artistic tool are also presented. The distinction between the two types of randomness: true/natural randomness and artificially constructed randomness/pseudo-randomness that exist is also mentioned, along with methods for creating and using them. Subsequently, an attempt is made to present characteristic and selected examples of randomness in architecture, in order to better understand the parameters related to it (unintentional or intentional randomness, degree, means of creation, influence, etc.). Finally, the ways in which randomness can be incorporated into a design process in an architectural project are examined, in terms of criteria, specifications, constraints, assumptions and parameters. In Part B of the thesis, a case study experiment is conducted to investigate in greater depth the relationship between randomness, primarily in relation to structure, but also to form. This experiment examines randomness in a load-bearing case study construction, as this category of applications (randomness, structural system and load bearing capacity) is considered to be the most demanding and critical. Software is used to digitally design samples with random voronoi structures (27 cylindrical samples with a diameter of 10,5cm and a height of 20,5cm) as well as solid samples (3 cylindrical samples with a diameter of 10cm and a height of 20cm), which then, through the file to factory logic, are manufactured as physical samples by using 3d printing technology. The physical samples are then tested in an experimental setup in the laboratory for their load bearing capacity. The test results of the experiment are recorded and are evaluated quantitatively, qualitatively and statistically. In Part C of the thesis, the results of the experimental process are evaluated and the specific and general conclusions are presented, in relation to the more general consideration of the use of randomness as a design tool in architecture. The research question whether randomness is important in architecture is confirmed, as it is demonstrated how randomness can influence structure and form and could be useful and controllable under certain conditions, therefore contributing as a tool to the overall design process and outcome. Finally, possible uses and applications of randomness in architecture are proposed, as well as next future research stages in the same direction. After the conclusion of Part C of the thesis, chapters that were not incorporated in the main part of the thesis are presented in 4 appendices, as complementary parts of the specific research.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει τίτλο: «Η τυχαιότητα ως εργαλείο στην αρχιτεκτονική: Διερεύνηση δομών και μορφών μέσω στοχαστικών διαδικασιών» και επιχειρεί να διερευνήσει τους πιθανούς τρόπους με τους οποίους η τυχαιότητα, ως παράμετρος ή/και ως διαδικασία, μπορεί να επηρεάσει και να συμβάλει στο σχεδιασμό και στην κατασκευή ενός αρχιτεκτονικού έργου, ως προς τη δομή και τη μορφή του. Η συνειδητή και ελεγχόμενη χρήση της τυχαιότητας μπορεί να είναι ένα καινοτόμο εργαλείο στην αρχιτεκτονική και υπό προϋποθέσεις και σε επιλεγμένες εφαρμογές να οδηγήσει σε διαχείριση και επίλυση προβλημάτων τα οποία είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν με συμβατικές προσεγγίσεις. Στο Α’ μέρος μέρος της διατριβής γίνεται βιβλιογραφική και θεωρητική διερεύνηση του ζητήματος της έννοιας και της χρήσης της τυχαιότητας γενικά στις επιστήμες και στην τέχνη και ειδικά σε σχέση με την αρχιτεκτονική. Παρουσιάζεται συνοπτικά πώς γίνεται κατανοητή η τυχαιότητα σε διάφορες περιόδους και από διαφορετικούς μελετητές της. Γίνεται αναφορά σε ενδεικτικά έργα τέχνης, τα οποία περιλαμβάνουν την παράμετρο της τυχαιότητας και τη χρησιμοποιούν ως νέο μέσο έκφρασης και εικαστικό εργαλείο. Αναφέρεται επίσης η διάκριση ανάμεσα στα δύο είδη τυχαιότητας που υπάρχουν: την πραγματική-φυσική τυχαιότητα και την τεχνητά κατασκευασμένη τυχαιότητα–την ψευδοτυχαιότητα, καθώς και τρόποι δημιουργίας και εφαρμογές της τυχαιότητας. Ακολούθως, γίνεται προσπάθεια να παρουσιαστούν χαρακτηριστικά και επιλεγμένα παραδείγματα τυχαιότητας στην αρχιτεκτονική, προκειμένου να γίνουν καλύτερα κατανοητές οι παράμετροι που σχετίζονται με την τυχαιότητα στα αρχιτεκτονικά έργα (ακούσια ή εκούσια τυχαιότητα, βαθμός, τρόπος δημιουργίας, επιρροή κ.λπ.). Στη συνέχεια, εξετάζονται οι τρόποι με τους οποίους μπορεί η τυχαιότητα να ενσωματωθεί σε μια διαδικασία σχεδιασμού σε ένα αρχιτεκτονικό έργο, όσον αφορά στα κριτήρια, στις προδιαγραφές, στους περιορισμούς, στις παραδοχές και στις παραμέτρους. Στο Β’ μέρος της διατριβής, για να διερευνηθεί σε μεγαλύτερο βάθος η σχέση της τυχαιότητας κυρίως με τη δομή, αλλά και με τη μορφή, διεξάγεται πείραμα παραδείγματος εφαρμογής, το οποίο εξετάζει την τυχαιότητα σε σχέση με παράδειγμα φέρουσας κατασκευής, ως την πιο απαιτητική και κρίσιμη περίπτωση εφαρμογής της. Χρησιμοποιείται λογισμικό για τον ψηφιακό σχεδιασμό δοκιμίων με τυχαίες δομές τύπου voronoi (27 ραβδωτά δοκίμια κυλινδρικής μορφής διαμέτρου 10,5cm και ύψους 20,5cm) καθώς και συμπαγών δοκιμίων (3 κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 10cm και ύψους 20cm), τα οποία στη συνέχεια, μέσω της λογικής file to factory, κατασκευάζονται ως φυσικά δοκίμια με χρήση τεχνολογίας 3d printing. Ta φυσικά δοκίμια ελέγχονται εργαστηριακά σε πειραματική διάταξη ως προς τη φέρουσα ικανότητά τους. Τα αποτελέσματα των δοκιμών του πειράματος καταγράφονται και αξιολογούνται ποσοτικά, ποιοτικά και στατιστικά. Στο Γ΄ μέρος της διατριβής, γίνεται αποτίμηση των αποτελεσμάτων της εργαστηριακής πειραματικής διαδικασίας και παρουσίαση ειδικών και γενικών συμπερασμάτων, σε σχέση με τον γενικότερο προβληματισμό χρήσης της τυχαιότητας ως εργαλείο σχεδιασμού στην αρχιτεκτονική. Επιβεβαιώνεται το ερευνητικό ερώτημα ότι η τυχαιότητα είναι σημαντική όσον αφορά στη δομή και στη μορφή μιας κατασκευής, καθώς διαπιστώθηκε πώς μπορεί να τις επηρεάσει και να είναι χρήσιμη και ελέγξιμη υπό προϋποθέσεις, συνεισφέροντας ως εργαλείο στη συνολική διαδικασία του σχεδιασμού στην αρχιτεκτονική και του αποτελέσματός του. Τέλος, προτείνονται πιθανές χρήσεις και εφαρμογές της τυχαιότητας στην αρχιτεκτονική, καθώς και επόμενα στάδια της έρευνας προς την ίδια κατεύθυνση. Μετά το τέλος του Γ’ μέρους της διατριβής, παραθέτονται σε Παραρτήματα 4 κεφάλαια που δεν παρουσιάστηκαν στο κύριο μέρος της διατριβής, ως συμπληρωματικά τμήματα της συγκεκριμένης έρευνας.