Διπλωματική εργασία: Μεταβαλλόμενα χωρικά όρια. Ένα ανοικτό
εργαλείο σχεδιασμού.
Φοιτήτρια:
Χαρά Χούλη
Επιβλέπων:
Ματθαίος Παπαβασιλείου
Σύμβουλος:
Γιάννης Τιμαγένης
Σχολή: Αρχιτεκτόνων Μηχανικών ΕΜΠ – Φεβρουάριος 2022
Ερευνητικός
στόχος εργασίας
Βασικό
προβληματισμό στην αφετηρία της εργασίας αποτέλεσε το γεγονός ότι ο χώρος και
οι ποιότητες που τον προσδιορίζουν αποτελούν ένα δυναμικό και συχνά
μεταβαλλόμενο σύστημα. Αναδεικνύεται έτσι συχνά η ανάγκη για προσαρμοστικότητα
ορισμένων χώρων με βάση επιλεγμένες παραμέτρους της λειτουργίας του, με στόχο
τη βελτιστοποίησή τους ή την προσαρμογή τους στις απαιτούμενες συνθήκες. Στόχο
της εργασίας λοιπόν αποτέλεσε η δημιουργία κινούμενων αρχιτεκτονικών στοιχείων
τα οποία να μεταβάλλονται με οργανωμένο τρόπο, επιτρέποντας στο χρήστη να έχει
μια δυναμική αλληλεπίδραση με το χώρο. Η εργασία αυτή έχει ερευνητικό
χαρακτήρα, και ακολουθώντας μια εργαλειακή προσέγγιση της σχεδιαστικής
διαδικασίας προτείνει ένα σχεδιαστικό εργαλείο, το οποίο αποσκοπεί στη δυναμική
μεταβολή επιφανειών με ρόλο ορίου, διερευνώντας έτσι μια μέθοδο οργάνωσης της
προσαρμοστικότητας του χώρου μέσα από την κίνηση αρχιτεκτονικών στοιχείων. Στον
άξονα αυτό, στην εργασία μελετάται η αναδίπλωση επιφανειών και σχεδιάζεται με
αυτή τη λογική ένας μηχανισμός περιστρεφόμενων πανέλων.
Πορεία έρευνας
Η εργασία
οργανώνεται σε τέσσερα στάδια. Αρχικά, στο πρώτο στάδιο της εργασίας
παρουσιάζονται οι πειραματισμοί μέσα από τους οποίους αποκρυσταλλώθηκε το
σύστημα του σχεδιαστικού εργαλείου. Στο δεύτερο στάδιο της εργασίας
παρουσιάζεται η δομή και η λειτουργία του σχεδιαστικού εργαλείου που
προτείνεται. Στη συνέχεια στο τρίτο στάδιο προτείνεται μια ενδεικτική χρήση σε
εσωτερικό χώρο, που αναδεικνύει τις δυνατότητες του εργαλείου και δείχνει πώς
με τη χρήση του μπορεί να παραχθεί χώρος μεταβαλλόμενος ως προς τις ποιότητές
του. Η πρόταση συνίσταται στην κατασκευή ακουστικών πανέλων, που μεταβάλλουν το
χρόνο αντήχησης μιας αίθουσας. Στο τέταρτο και τελευταίο στάδιο της εργασίας
παρουσιάζεται η εφαρμογή του σχεδιαστικού εργαλείου και των ακουστικών πανέλων
που προέκυψαν από αυτό σε αίθουσα αναφοράς, και αξιολογούνται τα αποτελέσματά
του.
Α.
Πειραματισμοί: Επιφάνεια – Δύναμη - Μεταβολή
Στην
αρχή της ερευνητικής διαδικασίας αναζητήθηκαν στοιχεία που μπορούν να μεταβάλλουν
την κατάστασή τους ώστε να λαμβάνουν πολλαπλές μορφές και να εξυπηρετούν
πολλαπλές ανάγκες, αφορμώμενα όμως από μια κοινή αρχική κατάσταση.
Διεξάχθηκαν πειραματισμοί με μια
δύναμη που επιδρά σε μια επιφάνεια με δυνατότητες μεταβολής, εν προκειμένω μια
μεμβρανώδη επιφάνεια. Έτσι, διερευνώνται τρόποι με τους οποίους μια δύναμη,
όπως ένα χέρι που πραγματοποιεί διαφορετικές χειρονομίες, μπορεί να μεταβάλλει
με δυναμικό τρόπο τόσο τη μορφή μιας μεμβράνης όσο και τις ποιότητές της,
καθιστώντας τη περισσότερο ή λιγότερο «διαπερατή» καθώς αυτή διαστέλλεται και
συστέλλεται. Στη συνέχεια, αναζητώντας μια κανονιστική αρχή που να διέπει τη
μεταβολή της μορφής της μεμβράνης, εγκαταστάθηκε πάνω της κάναβος από κανονικά
πολύγωνα. Τα πολύγωνα είναι κατασκευασμένα από άκαμπτο υλικό που δε μεταβάλλει
το εμβαδόν του. Παρατηρήθηκε λοιπόν πως όταν η δύναμη – χέρι επιδρά επάνω στην
καναβοποιημένη μεμβράνη δίνει τη δυνατότητα οργάνωσης της μεταβολής της μορφής.
Άκαμπτος κάναβος
– Origami
Έχοντας
διαπιστώσει τα πλεονεκτήματα της ύπαρξης ενός άκαμπτου κανάβου επιπέδων που
οργανώνει τη μεταβαλλόμενη επιφάνεια, ο πειραματισμός οδηγήθηκε στις κατασκευές
origami (ori = διπλώνω),
όπου μια επιφάνεια, εν προκειμένω ένα κομμάτι χαρτί, υποδιαιρείται σε επίπεδα
τα οποία αναδιπλώνονται, δηλαδή περιστρέφονται γύρω από τις ακμές τους με στόχο
τη δημιουργία ποικιλίας σχημάτων με αφετηρία μια επίπεδη επιφάνεια χαρτιού.
Παρατηρώντας το έντονο αποτέλεσμα της
παραμόρφωσης που επιφέρει η άσκηση μιας δύναμης μεταβολής στο χαρτί,
διεξάχθηκαν πειραματισμοί με υλικά όπως πλαστικοποιημένος χάρτινος κάναβος.
Παρατηρώντας ακόμη την αδυναμία διατήρησης της μορφής όταν η παραμορφωτική
δύναμη σταματά να επιδρά στην επιφάνεια, έγιναν πειραματισμοί με μεταλλικά
νεύρα τα οποία με την παραμόρφωσή τους σταθεροποιούσαν τη συνολική παραμόρφωση
της επιφάνειας.
Ωστόσο,
οι πειραματισμοί με τη λογική του origami ανέδειξαν το
ζήτημα της διαχείρισης της μεταβολής του κενού καθώς τα επίπεδα
μετασχηματίζονται. Η τεχνική του origami ανέδειξε το ζήτημα της διαχείρισης της μεταβολής του
κενού καθώς τα επίπεδα μετασχηματίζονται. Η τεχνική του origami προϋποθέτει πως
τα επιμέρους επίπεδα παραμένουν πάντοτε συνδεδεμένα σε μια ενιαία επιφάνεια
χωρίς κενά στο εσωτερικό της, με αποτέλεσμα το κενό να εμφανίζεται πάντοτε
περιμετρικά της συνολικής γεωμετρίας, η οποία συρρικνώνεται και διαστέλλεται.
Ωστόσο, καθώς η έρευνα είχε αρχίσει να προσανατολίζεται προς επιφάνειες
αρχιτεκτονικών ορίων οι οποίες κάλυπταν πάντα ένα προκαθορισμένο εμβαδόν, στην
πορεία η τεχνική του origami και η προσκόλληση αποκλειστικά στην αναδίπλωση κρίθηκε
ανεπαρκής για τον ερευνητικό στόχο που είχε τεθεί.
Αποκόλληση
επιπέδων – Kirigami
Για την επίλυση
του ζητήματος της μεταβολής του εμβαδού που καλύπτεται από την επιφάνεια, στη
συνέχεια διεξάχθηκαν πειραματισμοί με την τεχνική του kirigami (kiru = κόβω), η
οποία συγγενεύει με το origami, με τη διαφορά πως επιτρέπει όχι μόνο την αναδίπλωση των
επιπέδων αλλά και την αποκοπή τους από το επίπεδο του κανάβου. Στην ερευνητική
διαδικασία εισάχθηκε λοιπόν η κατά τόπους αποκόλληση των επιπέδων από την
ενιαία επιφάνεια. Η αποκόλληση εντείνει στην κίνηση της αναδίπλωσης την έννοια
της περιστροφής γύρω από επιλεγμένη ακμή του επιπέδου που αποκολλάται από την
ενιαία επιφάνεια. Επιπλέον, αναζητήθηκε ένας δομισμός στην πράξη της
αναδίπλωσης-περιστροφής, κι έτσι οι ακμές των αναδιπλούμενων επιπέδων
αντικαταστάθηκαν από άξονες περιστροφής.
Αποκρυστάλλωση
σχεδιαστικού εργαλείου
Συνεχίζοντας
τους πειραματισμούς με την τεχνική του kirigami επιχειρήθηκαν
παραλλαγές για τη διερεύνηση διαφορετικών βαθμών ευελιξίας σε τρόπους
αναδίπλωσης-περιστροφής και αποκόλλησης των επιπέδων. Επιχειρήθηκε η θεώρηση
της επιφάνειας ως ένα επίπεδο σταθερού περιγράμματος από το οποίο αποκολλώνται
υποεπίπεδα, περιστρεφόμενα γύρω από άξονα που αντιστοιχεί σε μια ακμή τους. Το
σύνολο των πειραματισμών και η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων του κάθε σταδίου
οδήγησαν στην τελική επιλογή του συστήματος που διαμορφώνει το εργαλείο
σχεδιασμού που προτείνεται στη συνέχεια.
Β. Δομή και
λειτουργία σχεδιαστικού εργαλείου
Στο δεύτερο στάδιο της έρευνας
προτείνεται ένα εργαλείο σχεδιασμού για τη δυναμική μεταβολή επιφανειών με ρόλο
ορίου. Το εργαλείο αυτό έρχεται να απαντήσει στον προβληματισμό που τέθηκε στην
αρχή της ερευνητικής διαδικασίας, δηλαδή το πώς θα μπορούσε να οργανωθεί η
δυναμική μεταβολή μιας αρχικής επιφάνειας, θέτοντας ορισμένες κοινές αρχές από
τις οποίες όμως μπορούν να προκύψουν αποτελέσματα που διαφέρουν μεταξύ τους
τόσο στη μορφή όσο και στη λειτουργία τους. Επιπλέον, κρίθηκε σημαντικό να
είναι ανοικτό και επεξεργάσιμο από τον εκάστοτε σχεδιαστή του χώρου. Αυτό
σημαίνει ότι οι αρχές που θέτει το εργαλείο σχετικά με την οργάνωση της
μεταβολής μπορούν να τροποποιηθούν σε ορισμένες παραμέτρους τους αλλά και να
εμπλουτιστούν ανάλογα με τις ανάγκες του εκάστοτε χρήστη. Το εργαλείο
σχεδιασμού που προτείνεται οργανώθηκε στο περιβάλλον του Grasshopper, το οποίο
αποτελεί παραμετρική επέκταση του Rhino και βασίζεται
σε μεγάλο βαθμό στον ανοικτό κώδικα (opensource), δηλαδή την
επέκταση των δυνατοτήτων του από τους χρήστες και τα εξαρτήματα που αυτοί
κατασκευάζουν. Για το σχεδιαστικό εργαλείο που προτείνεται κατασκευάστηκαν
λοιπόν δύο εξαρτήματα στο Grasshopper.
Το
εξάρτημα Α αφορά την περιστροφή επιφανειών σχεδιασμένων από το χρήστη,
ανεξαρτήτως γεωμετρίας, γύρω από άξονες επίσης ορισμένους από το χρήστη. Αρχικά
οι επιφάνειες και οι άξονες περιστροφής που αφορούν κάθε μια σχεδιάζονται στο
περιβάλλον του Rhino, ομαδοποιούνται
σε layers ανάλογα με τη
φορά και το μέτρο περιστροφής και εισάγονται ως δεδομένα εισόδου στο εξάρτημα
Α, μαζί με τις επιθυμητές γωνίες περιστροφής που αφορούν κάθε ομάδα επιφανειών
και οι οποίες μπορούν να μεταβάλλονται δυναμικά από το χρήστη. Κρίθηκε
σημαντικός ο αρχικός ορισμός των επιφανειών και των αξόνων στο περιβάλλον του Rhino, καθώς δίνει τη
δυνατότητα στο χρήστη να προσεγγίσει τη μεταβαλλόμενη επιφάνεια με άμεσο τρόπο
μέσω μιας σχεδιαστικής διαδικασίας. Στο εσωτερικό του εξαρτήματος, κάθε ένας
άξονας «αντιστοιχίζεται» στο ανάλογο επίπεδο, το οποίο περιστρέφεται γύρω από
τον άξονα. Το σύνολο των περιεστρεμμένων επιφανειών αποτελεί το δεδομένο εξόδου
του εξαρτήματος Α.
Το εξάρτημα Β
αναλύει τα αποτελέσματα της περιστροφής των επιφανειών γύρω από τους ορισμένους
άξονες. Αξιολογεί δηλαδή τη σχέση των περιεστρεμμένων επιφανειών με τις
σχεδιασμένες επίπεδες επιφάνειες. Ως δεδομένα εισόδου εισάγονται οι
σχεδιασμένες επιφάνειες από το χρήστη, και οι περιεστρεμμένες επιφάνειες που
αποτέλεσαν δεδομένο εξόδου από το εξάρτημα Α που περιεγράφηκε προηγουμένως.
Επίσης, δεδομένο εισόδου αποτελεί και η επιθυμητή απόσταση των περιεστρεμμένων
επιπέδων από την αρχική επίπεδη επιφάνεια αναφοράς, ώστε να είναι
κατασκευαστικά εφικτή η περιστροφή τους, η οποία μπορεί επίσης να μεταβληθεί
δυναμικά από το χρήστη ανάλογα με τις ανάγκες.
Ως δεδομένα εξόδου του εξαρτήματος Β προκύπτουν οι περιεστρεμμένες
επιφάνειες μετατοπισμένες κατά την ορισμένη απόσταση από τις αρχικές
σχεδιασμένες επιφάνειες, το ακάλυπτο τμήμα της συνολικής αρχικής επιφάνειας που
έχει προκύψει λόγω της περιστροφής των επιπέδων, καθώς και η προβολή των περιεστρεμμένων
επιφανειών επάνω στην αρχική συνολική επιφάνεια. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η
εφαρμογή του σχεδιαστικού εργαλείου σε επιφάνειες αποτελούμενες από διαφορετικά
σχήματα, οι οποίες στηριζόμενες στις κοινές αρχές που προτείνονται από το
εργαλείο με τη χρήση των εξαρτημάτων του μεταβάλλονται με δυναμικό τρόπο
δίνοντας διαφορετικά αποτελέσματα όσον αφορά τη μορφή τους, αλλά ορμώμενα από
κοινή αφετηρία.
Διαφορετικές
μορφές – Κοινές σχεδιαστικές αρχές
Γ. Πρόταση αρχιτεκτονικής
εφαρμογής - Δυναμική μεταβολή χωρικών ποιοτήτων
Έχοντας
περιγράψει το σχεδιαστικό εργαλείο οργάνωσης της μεταβολής επιφανειών,
προτείνεται η εφαρμογή του στη διαμόρφωση ενός δυναμικού περιβάλλοντος
ακουστικής σε αίθουσες πολλαπλών χρήσεων.
Συγκεκριμένα
προτείνεται η κατασκευή ακουστικών πανέλων, τα οποία επενδύουν τα όρια αιθουσών
πολλαπλών χρήσεων. Τα πανέλα σχεδιάζονται και περιστρέφονται με τη χρήση του
εξαρτήματος Α. Αποτελούνται από ξύλινες επιφάνειες, οι οποίες περιστρέφονται
οργανωμένα αποκαλύπτοντας ηχοαπορροφητικό υλικό. Η περιστροφή των ξύλινων
επιφανειών αφήνει ακάλυπτο διαφορετικό ποσοστό ηχοαπορροφητικού υλικού, το
οποίο υπολογίζεται με τη χρήση του εξαρτήματος Β και επηρεάζει τον χρόνο
αντήχησης μιας αίθουσας, προσαρμόζοντάς τον στην επιθυμητή χρήση ή διατηρώντας
τον στις επιθυμητές τιμές.
Χρόνος
αντήχησης (RT) ονομάζεται ο
απαιτούμενος χρόνος για την απόσβεση του ήχου σε μια αίθουσα όταν η ηχητική
πηγή έχει σταματήσει να εκπέμπει και ο επικρατέστερος τύπος για τον υπολογισμό
του είναι ο τύπος του Sabine. Στον τύπο αυτό ο χρόνος αντήχησης μιας αίθουσας είναι
ανάλογος του ενεργού ακουστικού όγκου της αίθουσας, και αντιστρόφως ανάλογος
της συνολικής ηχοαπορρόφησης της αίθουσας. Η ηχοαπορρόφηση μιας αίθουσας
συσχετίζεται με τα υλικά της, καθώς διαφορετικά υλικά χαρακτηρίζονται με
διαφορετική απορροφητικότητα ως προς τον ήχο ανά συχνότητα, η οποία
υποδεικνύεται από τον συντελεστή ηχοαπορρόφησης κάθε υλικού (α), ο οποίος
τείνει προς το 1 για τα περισσότερο ηχοαπορροφητικά υλικά, και προς το μηδέν
για τα λιγότερο ηχοαπορροφητικά υλικά. Ο
συντελεστής αυτός, πολλαπλασιαζόμενος με το εμβαδόν της επιφάνειας του υλικού,
μας δίνει την ηχοαπορρόφηση του υλικού (Α).
Ως συνολική ηχοαπορρόφηση της αίθουσας λοιπόν υπολογίζουμε το άθροισμα
των ηχοαπορροφήσεων των υλικών της, λαμβάνοντας υπόψιν τις επιφάνειες που
εκτίθενται στον ήχο.
Καθώς
η κίνηση των πανέλων μεταβάλλει την εκτεθειμένη ηχοαπορροφητική επιφάνεια,
κατασκευάστηκε ένα ακόμη εξάρτημα στο Grasshopper με σκοπό την
αξιολόγηση του χρόνου αντήχησης μιας αίθουσας πολλαπλών χρήσεων, ο οποίος
μεταβάλλεται λόγω της περιστροφής των πανέλων και κατά συνέπεια του
διαφορετικού ποσοστού έκθεσης ηχοαπορροφητικού υλικού. Ως δεδομένα εισόδου το
εξάρτημα λαμβάνει τον όγκο της αίθουσας, καθώς και τη γεωμετρία της σχεδιασμένη
στο Rhino και οργανωμένη
σε layers ανάλογα με το
υλικό κατασκευής. Για κάθε υλικό που γίνεται δεκτό ως δεδομένο εισόδου έχει
εισαχθεί ο ανάλογος συντελεστής ηχοαπορρόφησης στο εσωτερικό του εξαρτήματος.
Στη συγκεκριμένη περίπτωση έχουν ληφθεί υπόψιν ορισμένα υλικά, όμως καθώς
πρόκειται για ένα εργαλείο σε περιβάλλον ανοικτού κώδικα ο χρήστης μπορεί να
τροποποιήσει τα υλικά και τους συντελεστές ανάλογα με την περίπτωση χρήσης. Ως
δεδομένα εξόδου προκύπτει ο χρόνος αντήχησης της αίθουσας αξιοποιώντας τον τύπο
του Sabine, καθώς και ένα
μήνυμα αξιολόγησης της ακουστικής καταλληλόλητας του χώρου. Εάν ο χρόνος
αντήχησης κυμαίνεται μεταξύ 0.8 και 1.2 s, ο χώρος εμφανίζεται ως κατάλληλος
για ομιλία, ενώ εάν κυμαίνεται μεταξύ 1.2 και 1.3 ο χώρος εμφανίζεται ως
κατάλληλος για μουσική. Χρησιμοποιώντας ως παράδειγμα μια τυπική αίθουσα
πολλαπλών χρήσεων διαστάσεων 10x20 m και όγκου 1080 m3 περίπου, διαπιστώθηκε με τη χρήση
του εξαρτήματος πως όταν στο εξάρτημα Α δίνεται τιμή γωνίας περιστροφής ίση με
0º, δηλαδή τα πανέλα παραμένουν σε αδράνεια, ο χρόνος αντήχησης είναι 1.17 s, ενώ όταν δίνεται τιμή γωνίας
περιστροφής ίση με 60º και αποκαλύπτεται ηχοαπορροφητικό υλικό ο χρόνος
αντήχησης μειώνεται στα 1.01 s. Σημειώνεται ότι στη συγκεκριμένη αίθουσα τα καθίσματα
θεωρούνται υφασμάτινα, με αποτέλεσμα η πληρότητα του αμφιθεάτρου να μην επηρεάζει
τη μεταβολή του χρόνου αντήχησης της αίθουσας.
Κατασκευή
ακουστικών πανέλων
Καθώς το
εργαλείο σχεδιασμού από το οποίο προέκυψαν τα ακουστικά πανέλα που προτείνονται
έχει τη λογική να είναι ανοικτό και επεκτάσιμο, αντίστοιχα δόθηκε έμφαση στο να
είναι τα πανέλα εύκολα υλοποιήσιμα σε makerspace ανοικτά στο
κοινό, με τη συναρμολόγηση προκατασκευασμένων στοιχείων αλλά και στοιχείων τα
οποία σχεδιάζονται σε ψηφιακό περιβάλλον και τυπώνονται από 3D εκτυπωτές οι οποίοι είναι
προσβάσιμοι σε makerspaces. Κρίθηκε
σημαντική η δυνατότητα υλοποίησης των αποτελεσμάτων του σχεδιαστικού εργαλείου
από ομάδες ατόμων που θέλουν να μεταβάλλουν τις συνθήκες του χώρου τους, χωρίς
την ανάγκη ιδιαίτερης εξειδίκευσης, με σχετικά μικρό χρόνο παραγωγής και
κόστος. Η κατασκευή χωρίζεται σε δύο
ενότητες, το πλαίσιο και τα πανέλα.
Το πλαίσιο
κατασκευάζεται από καδρόνια διατομής 4x4 εκατοστών και προκατασκευασμένες
μεταλλικές γωνίες που τα συνενώνουν σύμφωνα με το διάγραμμα κατασκευής. Τα
καδρόνια τοποθετούνται στον τοίχο με προκατασκευασμένες υποδοχές επιτοίχιας
στήριξης. Σαν ηχοαπορροφητικό υλικό το πλαίσιο ενσωματώνει επιφάνειες
πετροβάμβακα επενδεδυμένες με ύφασμα. Επιπλέον τοποθετείται προαιρετικά μια
μεταλλική ντίζα ως αποστάτης. Για την κίνηση των πανέλων, επάνω στα κατακόρυφα
καδρόνια βιδώνονται σε κατάλληλα ύψη μοτέρ servo 0º-180º, μέσα
σε θήκες σχεδιασμένες ψηφιακά και εκτυπωμένες με 3D εκτυπωτή. Επάνω στα μοτέρ προσαρτώνται
βραχίονες περιστροφής, επίσης εκτυπωμένοι σε 3D εκτυπωτή. Για τη στήριξη των
πανέλων, επάνω στα κατακόρυφα καδρόνια βιδώνονται εκτυπωμένοι κόμβοι
περιστροφής, επάνω στους οποίους προσαρτώνται εκτυπωμένοι βραχίονες
περιστροφής. Τα πανέλα αποτελούνται από κομμάτια κόντρα πλακέ σημύδας 40x40 εκ., επάνω στα οποία βιδώνονται οι
βραχίονες κίνησης. Τέλος, στους αρμούς μεταξύ των πανέλων όπου προβάλλουν τα
κατακόρυφα καδρόνια τοποθετείται ελαστικό ύφασμα χρησιμοποιώντας ξύλινα πηχάκια
διατομής 1x2 εκ. ώστε να βιδωθεί
στα πανέλα. Το ύφασμα αυτό διαμορφώνει την όψη των πανέλων, προσδίδοντάς της
έναν επιπλέον βαθμό ευελιξίας καθώς η εκτεθειμένη επιφάνεια του μεταβάλλεται με
την κίνηση των πανέλων. Ωστόσο, η επιφάνεια που καλύπτει το ύφασμα στην όψη των
πανέλων είναι ανακλαστική, γιατί σε αντίθεση με την υφασμάτινη επιφάνεια του
πετροβάμβακα δεν κρύβει ηχοαπορροφητικό υλικό αλλά το ξύλινο καδρόνι.
Η μεταβολή της
συνολικής επιφάνειας που διαμορφώνουν τα παρατεταγμέναπανέλα μπορεί να αποδώσει
διαφορετικά αποτελέσματα όψης. Οργανώνοντας την επιφάνεια σε κύτταρα
αποτελούμενα από τέσσερα πανέλα το καθένα, και ονοματίζοντας διαφορετικές
θέσεις των πανέλων σε περιστροφή, μπορεί κανείς να παρατηρήσει τη διαφορά τόσο
στη μορφή όσο και στις ποιότητες του διαμορφούμενου ορίου.
Αυτοματοποίηση
κίνησης πανέλων
Ολοκληρώνοντας
το στάδιο της αρχιτεκτονικής εφαρμογής, παρουσιάζεται η μέθοδος για την
αυτοματοποίηση της κίνησης των πανέλων με τη χρήση μικροεπεξεργαστή Arduino. Για την κίνηση
των πανέλων χρησιμοποιούνται μοτέρ servo με εύρος
κίνησης 0º – 180º, τα οποία λαμβάνουν εντολές για την κίνησή τους μέσω του
μικροεπεξεργαστή στον οποίο έχει εισαχθεί ο κατάλληλος κώδικας που ορίζει τον
τρόπο που κινούνται. Με τη χρήση ενός διακόπτη τα μοτέρ περιστρέφονται ως την
επιθυμητή γωνία, την οποία ο χρήστης έχει εξάγει μέσω του εργαλείου. Τα μοτέρ
εκκινούν από μια αρχική κατάσταση, και αρχίζουν να περιστρέφονται έως ότου
φτάσουν στην επιθυμητή γωνία, όπου και σταματούν ώσπου ο χρήστης να μεταβάλλει
την κατάστασή τους.
Κατασκευή
πρωτοτύπου
Δ. Εφαρμογή
σε αίθουσα αναφοράς
Στο
τελικό στάδιο της έρευνας, εφαρμόστηκε η εφαρμογή του σχεδιαστικού εργαλείου
και των ακουστικών πανέλων που προέκυψαν από αυτό σε αίθουσα αναφοράς.
Επιλέχθηκε το αμφιθέατρο ΤΜΑΧ της σχολής Αρχιτεκτόνων Μηχανικών ΕΜΠ, καθώς
πρόκειται για έναν χώρο με μεγάλο ακουστικό όγκο και μεγάλο ποσοστό
ανακλαστικών επιφανειών. Τα καθίσματά του είναι ξύλινα και όχι υφασμάτινα
(ηχοαπορροφητικά), επομένως ο χρόνος αντήχησής του μεταβάλλεται με την αλλαγή
της πληρότητας της αίθουσας, καθώς τα γεμάτα καθίσματα απορροφούν τον ήχο σε
μεγαλύτερο βαθμό από τα άδεια. Ως εκ τούτου, λόγω των ακουστικών δυσκολιών που
παρουσιάζει κρίθηκε πρόσφορο πεδίο εφαρμογής ενός εργαλείου που να καθιστά το
περιβάλλον δυναμικό ως προς την ακουστική του, προσαρμόζοντάς το στις
επιθυμητές τιμές ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες.
Στους τοίχους
του αμφιθεάτρου σχεδιάζονται επιφάνειες, οι οποίες ομαδοποιούνται ανάλογα με το
μέτρο και τη φορά της γωνίας περιστροφής τους. Με παρόμοιο τρόπο σχεδιάζονται
και ομαδοποιούνται οι αντίστοιχοι άξονες περιστροφής. Οι γεωμετρίες των
επιφανειών και των αξόνων εισάγονται στο εξάρτημα Α, το οποίο δίνει τις περιεστρεμμένες
επιφάνειες. Αυτές εισάγονται με τη σειρά τους στο εξάρτημα Β, το οποίο
υπολογίζει τις προβολές τους, που θα λειτουργήσουν ως ηχοανακλαστικές
επιφάνειες, και τις ακάλυπτες επιφάνειες που λειτουργούν ηχοαπορροφητικά. Οι
επιφάνειες αυτές εισάγονται στο εξάρτημα υπολογισμού του χρόνου αντήχησης, μαζί
με τις επιφάνειες του μοντέλου της αίθουσας ομαδοποιημένες ανά υλικό. Για
περιστροφή των πανέλων σε γωνία μέτρου 60 μοιρών και πληρότητα αίθουσας 50%, ως
τελικό δεδομένο εξόδου προκύπτει ο χρόνος αντήχησης Rt 1.06 s, καθώς και η ένδειξη καταλληλόλητας
για χρήση ομιλίας. Η μεταβολή στην περιστροφή των πανέλων συνεπάγεται τη
μεταβολή του εκτεθειμένου ηχοαπορροφητικού υλικού και ως εκ τούτου τη μεταβολή
του χρόνου αντήχησης.
Υπολογίζοντας
τον χρόνο αντήχησης του αμφιθεάτρου ΤΜΑΧ πριν και μετά την τοποθέτηση των
πανέλων διαπιστώνει κανείς τη δυνατότητά τους να παράξουν ένα δυναμικό
ακουστικό περιβάλλον. Αξιολογώντας το χρόνο αντήχησης του αμφιθεάτρου ΤΜΑΧ
χωρίς ακουστικά πανέλα και με πληρότητα 0%, όπου λόγω των ξύλινων καθισμάτων
είναι η δυσμενέστερη περίπτωση για την απορρόφηση του ήχου, ο χρόνος αντήχησης
που προκύπτει είναι 1.74 s και παρεκκλίνει από τις επιθυμητές τιμές του χρόνου
αντήχησης για χρήση ομιλίας. Με την προσθήκη των ακουστικών πανέλων και πάλι
για πληρότητα 0%, ο χρόνος αντήχησης προσεγγίζει τις επιθυμητές τιμές και
γίνεται 1.19 s όταν τα πανέλα
βρίσκονται σε στροφή 60 μοιρών. Καθώς το αμφιθέατρο γεμίζει με κόσμο, άρα
γίνεται περισσότερο ηχοαπορροφητικό, τα πανέλα μπορούν σταδιακά να
προσαρμόζονται σε μικρότερες γωνίες, καθώς η απαιτούμενη ηχοαπορρόφηση από αυτά
είναι πια μικρότερη.
Τέλος, απεικονίζεται μια τοποθέτηση
των ακουστικών πανέλων στο αμφιθέατρο ΤΜΑΧ, καθιστώντας τον χώρο του δυναμικά
μεταβαλλόμενο ως προς τον ήχο. Η τοποθέτηση είναι μη καταστροφική ως προς τις
όψεις και αναστρέψιμη, και είχε ως στόχο να μην αλλοιώσει τις υπάρχουσες όψεις
αλλά να αγκιστρωθεί σε αυτές ως μια παρέμβαση κάποιας ομάδας χρηστών του χώρου
που επιχειρούν την προσαρμογή της ακουστικής του χώρου στις εκάστοτε συνθήκες
αξιοποιώντας τα μεταβαλλόμενα όρια των επιτοίχιων πανέλων.
Συμπεράσματα
Συμπερασματικά,
η έρευνα αυτή πρότεινε έναν εργαλειακό τρόπο οργάνωσης
της μεταβολής ποιοτήτων επιφανειών με βάση κοινές αρχές, καθώς επίσης και μια
πρακτική εφαρμογή του εργαλείου στη δημιουργία ενός δυναμικού περιβάλλοντος. Τα
αποτελέσματα που προκύπτουν από την εφαρμογή του εργαλείου μπορεί να
αξιοποιηθούν πρακτικά, όπως για τη μεταβολή του χρόνου αντήχησης όπως
παρουσιάστηκε, αλλά και με έναν δημιουργικό χαρακτήρα, όπως για παράδειγμα με
τη σκόπιμη μεταβολή του ηχητικού περιβάλλοντος για δρώμενα που περιλαμβάνουν τη
χρήση ήχου. Συνολικά διαπιστώθηκε η ικανότητα του προτεινόμενου εργαλείου να
μεταβάλλει επιφάνειες και χωρικές ποιότητες με έναν ευρύ και ευέλικτο τρόπο,
που θα μπορούσε εξελισσόμενο να βρει εφαρμογή σε ποικίλες πτυχές της
αρχιτεκτονικής δημιουργίας.
Σύνδεσμος για την πλήρη διπλωματική
εργασία:
Βιβλιογραφικές αναφορές
• Callens S., Zadpoor A., 2017, “From
flat sheets to curved geometries: origami and kirigami approaches”, Materials
Today
• Kang J., 2002, “Acoustics of Long
Spaces: Theory and Design Guidance, Thomas Telford Publishing, London, p. 14
• Tachi T., 2010, “Geometric
Considerations for the Design of Rigid Origami Structures”, Proceedings of the
International Association for Shell and Spatial Structures - Permanent and
Temporary, Shanghai
