Integrarea fabricației digitale în Bazele Proiectării de Arhitectură

Justificarea intenției unui workshop de fabricație digitală

Fabricația digitală este un domeniu vast care include proiectarea, testarea, prototiparea și elaborarea strategiilor de producție pentru obiecte de toate dimensiunile, cu ajutorul metodelor computaționale oferite de calculator. În domeniile proiectării, ea poate fi aplicată în design de produs, inginerie, design de interior, instalații, arhitectură și urbanism. În afara domeniilor ce țin de proiectare, metodele fabricației digitale se utilizează și în medicină și stomatologie.

Având o aplicabilitate atât de vastă și venind în completarea numeroaselor domenii de specialitate, se poate considera că fabricația digitală ar trebui să facă parte din pachetul de cultură generală al tinerilor, să fie la îndemâna oricui. Aplicând această judecată, se poate justifica integrarea unui curs de fabricație digitală încă din anul I al Facultății de Arhitectură. Pornind de la această premisă, profitând de faptul că în anul universitar 2021-2022 s-a făcut o trecere treptată de la activitățile didactice online la cele cu prezență fizică, am decis să organizăm un workshop de fabricație digitală cu studenții grupei 10.

Activitățile workshop-ului s-au derulat în Atelierul Experimental MAC Popescu din cadrul Universității de Arhitectură și Urbanism „Ion Mincu”. În scopul cercetării academice și paracademice, atelierul a fost dotat atât cu stații grafice (calculatoare configurate specific activităților de proiectare și vizualizare de arhitectură), echipament de vizualizare a mediilor virtuale (căști VR, ecrane pentru realitate augmentată), licențe de software dedicat modelării 3D (din care am utilizat Rhinoceros 3D și Blender) cât și cu mijloace de prototipare rapidă¹ (software și hardware pentru printare 3D). Întrucât în scopul activităților experimentale de proiectare și fabricație natura dotărilor tinde către domeniul prototipării rapide, Atelierul Experimental MAC Popescu este, la momentul actual, folosit în mare parte de studenții Facultății de Arhitectură de Interior, respectiv Design de Produs.

Participanții au fost aleși în funcție de interesul față de subiect. Aceștia au avut de completat un formular de început prin care s-a putut determina nivelul de cunoștințe și de înțelegere a domeniului fabricației digitale. Un alt rol util al formularului a fost centralizarea așteptărilor și nevoilor studenților.

S-a optat pentru un grup de maxim 10 participanți, o dimensiune relativ mică. Numărul de participanți s-a dovedit potrivit întrucât, pe lângă faptul că aceștia dobândeau cunoștințe de utilizare a mai multor unelte de software cu care nu mai avuseseră contact până la momentul workshop-ului, s-a constatat că aceștia aveau lacune în ceea ce privește utilizarea efectivă a calculatorului. Așadar, aproape jumătate din timpul alocat ședințelor a fost atribuit interacțiunii unu la unu cu fiecare participant în parte.

Conținutul workshop-ului a fost elaborat în strânsă legătura cu activitatea Atelierului de Proiectare (Bazele Proiectării anul I) pentru a se folosi cât mai direct unealta fabricației digitale în activitățile săptămânale obligatorii ale studenților grupei 10. Astfel, în mediul virtual al proiectării asistate de calculator, s-a putut realiza studiul ergonomiei locuirii prin analiza spațială digitală, respectiv analiza de sit real. Cele două studii au avut aplicabilitate directă pentru exercițiile în curs ale Atelierului de Proiectare An I.

S-a constatat deci o necesitate imperioasă a utilizării software-ului CAD (Computer Aided Design – proiectare asistată de calculator) în următoarele activități didactice din cadrul Atelierului de Proiectare:

• - Aproprierea tipologiilor spațiale prin studierea efectivă a modelelor date în modelul 3D, folosind metode interdisciplinare de inginerie inversă;
• - Studii de configurare a spațiilor modulare cu ajutorul comenzilor automatizate de proiectare parametrică;
• - Analiza sitului real, identificat prin coordonate geografice, prin intermediul uneltelor GIS (Geographic Information System - sistem informatic geografic).

Descrierea detaliată a activităților workshopului de fabricație digitală

Disponibilitatea accesului la Atelierul Experimental MAC Popescu a determinat programarea ședințelor workshopului de două ori pe săptămână, respectiv în zilele de miercuri și joi. Durata ședințelor a fost limitată la două ore pentru a nu fi obositoare iar studenții să nu își piardă concentrarea.

Faptul că ședințele au avut loc săptămânal, în două zile consecutive, a permis extinderea subiectelor de studiu pe durata a două ședințe. Cu activități variind de la prelegeri, urmărirea și efectuarea comenzilor, lucru individual și colaborare în echipe, ședințele au tratat în paralel un subiect esențial în activitatea atelierelor de arhitectură din anul I (Bazele Proiectării de Arhitectură).

Primele două ședințe au avut ca temă Villa Savoye și cele 5 Puncte către o Arhitectură Modernă iar metoda de studiu a fost o variantă de „ingineria inversă”² . Studenții au învățat să analizeze critic modelele 3D disponibile online³ și să își aplice cunoștințele teoretice⁴ pentru a reconstrui corect modelul de arhitectură.

Următoarele două ședințe au venit mai direct în completarea activității universitare. La ședința a treia, participanții au aplicat altă variantă de inginerie inversă, reconstruind Le Cabanon, de data aceasta folosindu-se doar de desenele de arhitectură disponibile online și informații de dimensionare a spațiilor și a mobilierului, disponibile în Neufert - Manualul Arhitectului.

Ședința a treia s-a sincronizat cu începerea proiectului „Locuință pentu o persoană” din cadrul atelierului de proiectare, iar activitățile practice de la workshop și-au propus să vină în completarea acestuia. În același timp, studenții învățau proiectarea scărilor elicoidale în cadrul seminariilor de Geometrie Descriptivă. De aceea, la ședința a patra, participanții au învățat comenzi automatizate și proiectare parametrică pentru a putea dezvolta proiecte complexe care să poată fi modificate cu ușurință.

La penultima ședință, participanții au învățat atât despre programe open-source⁵ și diferența dintre software-ul gratuit și cel comercial, cât și despre GIS⁶ . Ca aplicație practică, utilizând plugin-ul BlenderGIS⁷ (dezvoltat de comunitatea de utilizatori), participanții au extras informația topografică a sitului dat la atelierul de proiectare de arhitectură. Utilizând și cunoștințele de modelare 3D, participanții au pregătit, la scară, în scopul fabricației digitale, un model 3D pentru macheta de sit necesară activităților din cadrul atelierului.

Cea de a șasea și ultima ședință a reprezentat o recapitulare a tuturor comenzilor învățate în cadrul workshopului, aplicat pe o creație proprie a participanților. Studenții au colaborat în a concepe un obiect coerent de arhitectură împărțit în opt spații, câte patru camere pe două niveluri, cu circulații atât pe orizontală, cât și pe verticală.

La încheierea workshop-ului, modelul 3D al terenului a fost predat unui atelier de fabricație digitală pentru a se putea obține macheta de sit necesară atelierului de arhitectură. Modelul 3D a fost adus în realitate prin prelucrarea unor blocuri de polistiren cu ajutorul unui CNC⁸ . Macheta de sit rezultată a fost expusă la Muzeul Universității de Arhitectură și Urbanism „Ion Mincu”, cu ocazia evenimentului „Noaptea Muzeelor”, ediția 2022.

Concluzii

La finalizarea celor șase ședințe de workshop, participanții au avut de completat un formular de încheiere, pentru ca noi, organizatorii, să înțelegem în ce măsură au deprins informațiile prezentate, respectiv cum putem îmbunătăți modulele ulterioare.

O constatare a fost că, în cazul deprinderii unor cunoștințe noi, folosind unelte tehnologice noi, ideal este să existe două cadre didactice, unul activ, care face exercițiile în paralel cu studenții și altul pasiv, care să fie atent la progresul fiecăruia dintre participanți.

În urma activităților dezvoltate în cadrul workshopului de fabricație digitală am avut o serie de constatări pozitive.

Experiența de a împărți un atelier experimental cu studenți de alte specializări, provenind de la alte facultăți din cadrul UAUIM, s-a dovedit a fi una benefică. Participanții noștri, studenții de la Facultatea de Arhitectură, au intrat în contact cu studenți din cadrul Facultății de Arhitectură de Interior, respectiv Design de Produs. Prin comunicarea dintre aceștia, studenții au aflat despre alte metode de proiectare și alte software-uri, din afara ariei proprii de studiu. Se poate considera că există potențial în colaborarea constantă între studenți de specializări diferite, făcând loc unor noi tipuri de proiecte experimentale, cu puternic substrat educațional.

Reducând evaluarea aspectelor pozitive la workshopul efectiv, s-a constatat că participanții au avut o mai bună înțelegere asupra modelelor arhitecturale și tipologiilor spațiale. Lucrul direct pe modelul 3D a permis o cunoaștere mai intimă a aspectelor arhitecturale particulare.

Nu în ultimul rând, creșterea numărului de iterații în procesul de proiectare, datorat trecerii în mediul virtual, s-a dovedit și ea benefică. Participanții au putut experimenta mai multe variante, mai multe idei, într-o perioadă scurtă de timp, încercând, făcând deducții logice și luând în final deciziile cele mai bune pentru propriile proiecte. Prin comparație cu activitatea din cadrul atelierului de arhitectură, unde munca se realizează pe hârtie iar iterațiile sunt anevoioase, modelarea 3D este mai permisivă.

Limitările workshopului și direcții viitoare de dezvoltare

Pe parcursul activităților, am constatat că workshop-ul a avut o serie de limitări. Nu trebuie contestat faptul că pentru programa didactică obligatorie a studenților Facultății de Arhitectură introducerea unei activități extracurriculare vine cu timp alocat limitat. Workshop-ul de fabricație digitală ar putea fi echivalat cu discipline obligatorii, însă la anul I nu există o corelare a unui asemenea workshop cu activitățile practice specifice, respectiv întocmirea unui releveu. O echivalare mai directă ar fi cu activitățile de cercetare cuantificate în credite la ani mai mari, din cadrul Departamentului Sinteza de Proiectare în Arhitectură (anii IV-V).

O altă limitare a fost accesul studenților într-un atelier experimental dedicat mai multor facultăți. Presupunând că un participant ar avea timp de alocat între activitățile didactice obligatorii și, deci, ar putea să lucreze în Atelierul Experimental MAC Popescu, realitatea este că accesul tuturor studenților necesită o programare prealabilă și supraveghere din partea unui cadru didactic.

Dificultatea fabricației efective a modelelor duce la nevoia externalizării producției. Producția este un domeniu în sine iar modelele realizate în atelierul experimental au nevoie de timp și specializare pentru a fi fabricate. Deși Atelierul Experimental este dotat în scopul activităților de prototipare rapidă, în cazul acestui workshop, procesul de fabricație cu ajutorul utilajului tip CNC a avut loc în afara facultății, implicând terți colaboratori cu abilități specifice. Acest dezavantaj este doar parțial diminuat în cazul optării pentru printare 3D ca metodă de fabricație. Deși este o metodă mai facilă de fabricație, realitatea este că orice echipament necesită mentenanță și operare specializată, dedicată. La momentul desfășurării workshopului, Atelierul Experimental MAC Popescu nu avea o echipă dedicată spațiului și echipamentelor, fiind doar un număr limitat de cadre didactice care utilizează anumite dotări ale atelierului.

Ca direcții viitoare pentru scalarea demersului de integrare a fabricației digitale în cadrul Departamentului Bazele Proiectării de Arhitectură, Atelierul Experimental MAC Popescu ar trebui să aibă echipă dedicată care să administreze întregul echipament și să faciliteze utilizarea de către studenți.

Astfel s-ar putea facilita o activitate constantă a studenților pe tot parcursul anului universitar și nu doar în module de workshop specifice. Informațiile și abilitățile deprinse ar fi mai bine asimilate de către studenți iar varietatea activităților didactice în studiul arhitecturii ar fi o completare propice programei atelierului.

Dacă activitățile didactice din domeniul fabricației digitale ar fi constante pe întregul parcurs al anului universitar, acestea ar putea fi corelate cu fiecare început de exercițiu al Atelierului de Proiectare. Ar fi o oportunitate pentru a oferi o altă perspectivă asupra subiectelor abordate la atelier.

Activitatea constantă pe tot parcursul anului universitar ar permite și formarea mai multor studenți aparținând mai multor grupe, întrucât numărul ideal de participanți este 10 iar o grupă de anul I are circa 30 de studenți.

O activitate propice Atelierului Experimental MAC Popescu, integrată cu parcursul didactic al primilor ani de studiu, ar fi workshop-uri de reprezentare arhitecturală. Domeniul reprezentării de arhitectură este unul vast, cu atât mai mult cu cât mijloacele digitale avansează rapid. Astfel că se poate aduce în discuție și partea teoretică, pe lângă activitățile practice de realizare a diferitelor forme de reprezentare a arhitecturii.