Parametric design and daylighting: A literature review

Ahmad Eltaweel, Yuehong SU

در طراحی معماری متداول، تمامی جوانب و ابعاد طراحی می توانند به عنوان پارامتر در نظر گرفته شوند.مانند موقعیت، جهت گیری، شکل، تابش آفتاب و … در طراحی معمولی متداول زمانی که طرح  اولیه ایجاد شد اگر طراح بخواهد پارامتری را تغییر دهد کل فرایند طراحی باید تکرار شود که اینکار کاملا زمان براست. و برعکس در طراحی پارامتریک نرم افزارهای خاصی به کار گرفته میشوند (مانند گراس هاپر) تا طرح با یکپارچه سازی و هماهنگی عناصر طراحی بصورت هم زمان بطور موثر اصلاح شود و توسعه یابد.بنابر این هر تغییری و یا اصلاح یا گسترشی بصورت اتوماتیک و بلافاصله بر روی مدل اعمال خواهد شد.که مانند یک “مسیر میانبر”برای مدل نهایی است.

مقایسه گرافیکی بین طراحی معماری معمولی و طراحی پارامتریک در تصویر شماره ۱ آمده است.

بطور عمومی روند طراحی معمولی در یک پروه ساده به این صورت شناخته شده که متشکل از روند طراحی و هماهنگی است که در آن ،تغییر دادن و ویرایش کردن یا گسترش دادن یک فرآیند معمولی است و در این فرآیند باید تا زمانی که به طرح بهینه و بهترین راه حل نرسیده تکرار شود. هرچند برای یک شرکت معماری ، این فرایند مقداری پیشرفته تر خواهد بود بر اساس شرایط و بزرگی پروژه به علاوه دیگر جوانب طراحی  تغییر خواهد کرد. بنابراین کار کردن با این روابط پیچیده بسیار سخت، پیچیده، زمان بر و ریسک پذیر خواهد بود. بنابراین این روابط پیچیده باید با استفاده از متد های پارامتریک یکپارچه شوند. همانگونه که قبلتر هم اشاره شد روش های پارامتریک در طرح های پیچیده می توانند به عنوان ابزار هماهنگ کننده به منظور آسان کردن روابط بین انتظام های مختلف و حتی در کار کردن با تغییرات، بطور کارآمدی استفاده شوند. این تغییرات بر روی تمامی انتظام های پروژه موثر خواهد بود بدون نیاز به تکرار تمامی مراحل طراحی چون تمامی پارامتر ها، عناصر و انتظامات بصورت پارامتریک بهم متصل هستند.(۴)

۲.منشا اصطلاح پارامتریک

“Daniel Davis” پژوهشگر تکنولوژی صنعت ساختمان در دانشگاه RMIT است.  پایانامه ی دکترای وی در مورد طراحی محاسباتی است. در مورد منشا طراحی پارامتریک رساله ای با عنوان”تاریخ پارامتریک” می نویسد.(۱) بر اساس رساله وی، او مدعی می شود که اصطلاح پارامتریک از ریاضیات نشئت میگیرد و شروع استفاده از این لغت نامعلوم است. محقق دیگری David Gerber (5) در رساله خود مدعی است که “پارامتریک”را موریس رویتر Maurice Ruiter در کتاب خود بنام ” پیشرفت ها در گرافیک کامپیوتریIII” در سال ۱۹۸۸ به کار برده است.(۶).

در همان سال (۱۹۸۸) ریاضی دان پروفسور Samuel Geisberg ، “PTC” را بینان نهاد”Parametric Technology Corporation” (۷) و اولین نرم افزار مدلسازی پارامتریک را بنام Pro/Engineer را ایجاد کرد که با تکنولوژی های (CAD/CAM/CAE)  یکپارچه است و اولین نرم افزار مبتنی بر قانون شرایط کاربردی است که امروز در بسیاری از شرکت های طراحی مکانیکی استفاده میشود.(۸). در سال ۱۹۹۸ Hillyard و   Braid (9)  سیستمی را ایجاد کرد اند که میتوانست بین دو پارمتر نظیر ابعاد و تلورانس به منظور طراحی عناصر مکانیکی ترکیب ایجاد کند که میتوان آن را به عنوان رویکر پارامتریک در نظر گرفت.

از طرف دیگر Robert Stiles استدلال می کند که اولین حضور مفهوم پارامتریک در اوایل ۱۹۴۰ توسط Luigi Moretti در کتاب وی بنام writing of architecture (10) بوده است که به مقدار زیادی در مورد معماری پارامتریک نوشته دارد. هرچند Daniel  (11) در رساله خود تحقیق کرده که نمونه قبلتری نیز بوده؛  James Dana در سال ۱۸۸۸، کسی که از کلمه متغییر ها و نسبت ها برای تعریف گام های کلی برای رسم گستره کریستال ها استفاده کرد که در مقاله خود بنام on the Drawing of figures of crystals توضیح داده است.(۱۲)

Moretti معماری پارامتریک را به عنوان مطالعه سیستم های معماری با هدف “مشخص کردن روابط بین اندازه ها” وابسته به پارامترهای مختلف تعریف میکند. او یک استادیوم را بکار میبرد تا توضیح دهد که فرم استادیوم چگونه می تواند به پارامترها تقسیم شود با در نظر گرفتن عواملی مانند زاویه های دیدن و هزینه های مالی مربوط به بتن ریزی، که در تصویر شماره ۲ نشان داده شده است.استادیوم پارامتریک وی به عنوان بخشی از معماری پارامتریک وی در ۱۲امین نمایشگاه Milan triennial در سال ۱۹۶۰ ارایه شد.(۱و۱۱)

۳.اصول و اجرای طراحی پارامتریک:

بصورت پایه ، اصطلاح پارامتریک از ریاضیات نشئت میگیرد و به استفاده از پارامتر ها و یا متغییر های خاصی اشاره میکند که میتواند با نتایج مطالعات مورد هدف تغییر و دستکاری قرار گیرند.(۲). بنابراین اصول طراحی پارمتریک می تواند به عنوان پارامترهای نشان داده شود که میتواند دوباره فرمول بندی شود در جهت ایجاد هندسه های پیچیده، هندسه هایی که بر اساس پارامترهای عناصر هستند که با تغییر این پارامترها شکل جدید بصورت هم زمان ایجاد می شود.برای مثال اگر ما نیاز داشته باشیم که مدل یکپارچه ای متشکل از پنجره کرکره ای بکشیم و این پرده ها جهت چرخش خاصی برای پاسخگویی به حرکت خورشید داشته باشند در این صورت معادله ریاضی برای این پرده ها باید ایجاد شود که مقدار زوایه مورد نیاز را بدست اورد. در حقیقت ما باید در معادله ایجاد کرده زاویه جدید را هر وقت که خورشید تغییر مکان داد جایگزین کنیم. هرچند این فرآیند بسیار طولانی و زمان بر خواهد شد. برای ساده سازی این فرایند پیچیده این معادله ریاضی به راحتی در فرمول پارامتریک با استفاده از نرم افزار های خاصی انجام شود. در این صورت جایگذاری بصورت اتوماتیک یا در عبارت بهتر بصورت پارامتریک انجام خواهد شد.

بنابراین هر تغییری در اطلاعات یا پارامترها بر روی سایر پارامترها در معادله نیز تاخیر خواهد گذاشت که می تواند در مدل نهایی بروز یابد.تصویر شماره ۳

نمونه های متعددی از کاربرد روش طراحی یکپارچه مدرن وجود دارد مانند آنتونی گاوئودی که طراحی فضا را با استفاده از مدل های قیاسی انجام می داده.(۲)

اخیرا رابطه ی مشهودی بین اصطلاح پارامتریک و سیستم های طراحی به کمک کامپیوتر(CAD) ایجاد شده است. (۱۳).

سیستم های CAD رسم کرن مدل بر اساس روابط هندسی با پارامترهای مخصوص و ابعاد را تسهیل کرده است.هرچند اگر ما نیاز داشته باشیم که عنصری را از مدل تغییر دهیم یا اصلاح کنیم آن فقط پارامترهای عنصر مورد نظر را تغییر خواهد داد مستقلا و بدون در نظر گرفتن عناصر مرتبط. برای مثال اگر ما نیاز داشته باشیم ارتفاع طبقه بنا را تغییر دهیم ما مقدار بالا آمدن دیورا را تغییر خواهیم داد در همین حال سایر پارامترها نیاز دارند که اصلاح شوند. مانند در ها، پنجره ها و… تا اینکه با ارتفاع فضا مطابقت داشته باشند. بر همین اساس این روند تکراری و زمان برخواهد شد  مخصوصا زمانی که مدل مورد نظر پیچیده باشد از طرف دیگر این اطلاحات می تواند بصورت هم زمان انجام پذیرند  با متصل کردن عناصر به همدیگر در یک رابطه الگوریتمیک که به اسم “طراحی پارامتریک شناخته می شود.” بنابراین طراحی پارامتریک میتواند به عنوان سیستم به روز شده ای از سیستم های CAD در نظر گرفته شود در حالی که می توان  با ان طرح ها و راه حل های الگوریتمیک را از طریق فرمول ها بجای هندسه های معمولی بررسی کرد.

 4. نرم افزار طراحی پارامتریک:

نرم افزار های پارمتریک زیادی وجود دارد از قبیل: grasshopper 3d,Revit,3Ds MAX,MAYA,Catia,Genrative component, Dynamo for Revit,…

هرچند نرم افزاری که بیشترین استفاده را در این زمینه دارد گراس هاپر است. گراس هاپر پلاگین های مختلفی در زمینه های بسیاری مانند معماری،برنامه ریزی شهری، مطالعات سازه ای، آنالیز های محیطی، مهندسی مکانیک، مطالعات صوتی، پزشکی، مد ،دکوراسیون و دیگر زمینه ها دارد. برای مثال پلاگیم ladybug (14) در گراس هاپر کمک میکند که اطلاعات جامعه ای از شرایط محیطی برای موقعیت های جغرافیایی خاص را توسط وارد کردن فایل اطلاعات آب و هوایی (.ewp) Energy Plus ایجاد کند.که این اطلاعات را میتوان بصورت آنلاین از آدرس وب سایت انرژی پلاس بدست آورد.به علاوه ان اطلاعات محیطی میتواند بصورت پارامتریک به اطلاعات پروژه متصل شود و به منظور دریافتن مقدار تاثیر آب و هوا و موقعیت بر روی پروژه ی مورد مطالعه  استفاده شوند.

مثال دیگر پلاگین Honey bee که پلاگین دیگری برای گراس هاپر است که به عنوان رابط برای نرم افزارهای Open Studio,Daysim,Radiance ,Energy Plus استفاده میشود.(۱۴)

که این نرم افزار ها ابزار های شناخته شده ی شبیه سازی هستند و ابزار های وسیعی برای آنالیز نور روز، تابش آفتاب، مطالعه تابش، سرعت باد، رطوبت، مصرف انرژی برای سرمایش و گرامایش و.. هستند.تمامی این نرم افزارها می توانند بطور هم زمان و متقابل با همدیگر به Honey Bee  وصل شوند برای بدست آوردن نتایج دقیقتر و بهینه تر (۱۵).

همچنین گراس هاپر می تواند بصورت همزمان با بسیاری از پارامتر ها با سیستم های ضعیف نیز کار کند.و نیز گراس هاپر میتواند نتایج دقیقتر و سریعتری را نسبت به سایر نرم افزارها ارایه دهد.

همانگونه که پیشتر نیز اشاره شده گراس هاپر نرم افزار الگوریتمیک گرافیکی است که به عنوان ابزار طراحی پارامتریک به محیط راینو متصل میشود و به طراحان کمک میکند که بدون هیچ پیش زمینه ای از دانش اسکریپت نویسی به راحتی به تولید فرم پارامتریک بپردازند (۱۶). مدلسازی پارامتریک به تولید اتوماتیک بر اساس پارامتر هر عنصر پروژه گفته میشود. این بدین معنی است که تولید و تغییر هر عنصر داخل هر پروژه ای توسط قوانین خاصی که توسط الگوریتم ها تنظیم شده اند کنترل می شوند. عناصر بصورت اتوماتیک رسم می شوند بر اساس الگوریتم های تعریف شده توسط کاربر و با تغییر پارامتر ها داخل الگوریتم، طرح میتواند به راحتی کنترل شود(۱۷).  بنابراین گراس هاپر کنترل کامل و دقیق برای تغییر دادن عناصر مدل از طریق کامپوننت های تعریف کننده فرم ایجاد میکند که میتواند از طریق تغاییر داده ها و فرمول های ریاضی بهینه شوند. تصویر ۳. یا حتی با استفاده از کدنویسی ساده نیز میتوان این تغییرات را بهینه کرد.

درحالی که سایر بسته های نرم افزاری کامپوننت های لازم را برای ایجاد فلوچارت کاری به نرمی و راحتی که راینو و گراس هاپر ایجاد میکنند را مهیا نمیکند.

گراس هاپر مشخصات ویژه ای را در مطالعات بهینه سازی داد:

کامپوننتی که به اسم Galapagos شناخته میشود برای بدست آوردن بهینه ترین نتیجه بین چندین پارامتر براساس نیاز های کاربر به کار می رود. بسیاری از محققین از این ابزار برای بدست آوردن بهینه ترین راه حل ها استفاده کرده اند. مانندPratt KB  و  Bosworth DE (18) که برای بدست آوردت بهینه ترین عملکرد پنجره دارای سایبان در ساختمان مورد مطالعه خود به کار برده اند.

۵. اجرای پارامتریک:

امروزه طراحی پارامتریک در بسیاری از زمینه هایی که ترکیب پیچیده ای از روابط الگوریتمیک، کارهای بین رشته ای، فرم های خلاقانه و معادلات چند پردازشی بکار میرود. این ممکن نیست که به سادگی بتوان این عملیات ها را با استفاده از ابزارهای معمولی کنترل کرد و یا آن ها را در ذهن خود تجسم کرد بنابراین نیاز است که از سیستم های اجرایی پیچیده ، ابزارهای پارامتریک و نرم افزارهای خاص استفاده کرد. بخاطر این پیشرفت ها در زندگی میتوانیم کاربرد های فرآوانی از طراحی پارامتریک را در بسیاری از زمینه ها پیدا کنیم مانند دکوراسیون، مد ، معماری، برنامه ریزی شهری، آنالیز های سازه ای و …

۵.۱ کاربرد در برنامه ریزی شهری:

طراحی پارامتریک میتواند چندین آلترناتیو را در گستره ی وسیعی از طراحی مهیا کند و نتایج مشخصی را در فرآیند تکراری طراحی بدهد ، نتایجی که بدست آوردن آنها از طریق متدهای معمولی بسیار سخت است. روش گسسته حل مسله میتواند با لایه های متعددی در طراحی شهری با صرف جویی در زمان برای نوشتن فرمول ها و مرزبندی بین لایه ها کار کند.

 Saleh MM و Al-Hagla (19) پژوهشی را در مورد استفاده از روش های پارامتریک برای دستیابی به محیط های کارآمد تر و مورفولوژی پایدار شهری که در رابطه با مقادیر راحتی انسان است، مانند مطالعات باد، سطوح تابشی، و امکان دسترسی به نور روز را انجام داده اند.

۵.۲ در معماری:

طراحی پارامتریک میتواند راه حل های خلاقانه ای ایجاد کند و با روابط پیشرفته کار کند و یا آنها را بصورت پارامتریک کنترل کند. و میتواند پارامترها را برای روابط بین عناصر طراحی در جهت تعریف گستره آلترناتیو های فرم تنظیم کند. و حتی طراحی پارامتریک بررسی گستره ای از راه حل های متعدد را برای مسائل طراحی با کمک روش های الگوریتمیک مهیا میکند.از این رو طراحی پارامتریک فرصت های بزرگی برای معماران خلاق مهیا میکند تا در مراحل طراحی راه حل های خلاقانه ای را ایجاد کنند (۲۰،۲۱). تصویر۶

۵.۳  در دکوراسیون:

طراحی پارامتریک فرم های خلاقانه ای ایجاد میکند و اشکال تکرار شوند و پویا که از طبیعت الهام گرفته شده و براساس روابط الگوریتمیک و ارتباطات الگوریتمی است را ایجاد میکند. تصویر ۷

۵.۶ مطالعات سازه ای:

طراحی پارامتریک میتواند فرمول های الگوریتمیک را محاسبه کند و با ارتباط پیچیده کار کند و روابط پیشرفته ای را با انواع زیادی از متریال ها ایجاد کند تصویر ۱۰

در مطالعه برای ساختمان اسپیرال شکل برای مطالعات سازه ای سیستم دایاگرید برای این سازه بر اساس مزیت های این شکل سازه ای  انتخاب شد (۳۰) . روش های پارامتریک برای این ساختمان اجرا شد تغییر شکل ها و رفتار متریال ها بررسی شد این مطالعه با آنالیز الگوریتمیک که نشان میداد ستون های اسپریال دیگر نیازی نیست انجام شد. و همچنین نشان داد که پروفیل تیرها میتواند کوچکتر از مقدار استاندارد باشد و درنهایت میتواند توسط سیستم تیرهای اسپیرال جایگزین شود.تصویر ۱۱.

۵.۷.  مطالعات محیطی:

نرم افزارهای پارامتریک میتوانند تمامی تغییرات اقلیمی را درمحیط، مانند حرکت خورشید، تاریخ، موقعیت، شدت تابش، رطوبت، روشنایی، الگوی تابش، سرعت باد، گرمای دریافتی، سایه ها، سایه اندازه ها و ..را آنالیز و بصورت پارامتریک کنترل کنند.به علاوه میتوانند شبیه سازی را در ۴ بعد با استفاده از جنبه زمان انجام دهند که میتواند بر روی ساختمان در واقعیت تاثیر بگذارد، اینکه زمان چگونه میتواند عملکرد ساختمان را بصورت پارامتریک تغییر دهد. بنابراین ما میتوانیم مسائل بسیاری را در مراحل اولیه طراحی حل کنیم (۳۱،۳۳).    تصویر ۱۲

۶. طراحی پارمتریک و نور روز

نور روز جنبه مهمی در زندگی ما دارد مخصوصا تصمیمات معمارانه مانند، کانسپت های طرح، نماها، فرم ها، عملکرد ها، جهت گیری ها و حتی متریال ها. نور روز توسط معیارهای مختلفی مانند طول و عرض جغرافیایی، مسیر خورشید، نقاط انقلاب فصل ها، انقلاب های سالانه، نقطه اعتدالین شب و روز، نوع آسمان، سرعت باد، تابش آفتاب، رطوب و ناحیه زمینه مورد تاثیر است. تمامی این جنبه ها پارامتریهای متفاوتی دارند و توسط یکدیگر متاثر هستند. بنابراین طراحی پارامتریک میتواند این اطلاعات را با استفاده از نرم افزارهای مشخصی بهم متصل کند و مدلسازی و حل کردن مسائل را راحتر کند. و حتی میتواند راه حل بهینه را برای طراحی ساختمان مخوصا با آنالیز تاثیر نور روز پیش بینی کند.

۶،۲. طراحی کرکره ها:

طراحی کرکره ها در مطالعه ای (۳۱) با استفاده از رویکر پارامتریک با بررسی تمامی ترکیب بندی های ممکن برای نور روز انجام شد. روش کار با استفاده از محاسبه موازی الگوریتم ها انجام شد که اجاز میدهد درک بهتری از تاثیر پارامترهای کرکره ها و تاثیر آن ها بر روی عملکرد نور روز داشته باشه اند. این پارامترها شامل تعداد کرکره ها، نسبت عمق کرکره ها، زاویه شیب، نسبت پنجره به دیوار و مقدار انعکاس آن است که بصورت پارامتریک به ۱۶۰۰ مورد داده شده متصل شد و این تعداد به ۲۰۰ گروه تقسیم شده اند تصویر ۱۳ و ۱۴. روند کار با شبیه سازی موازی و روند شبیه سازی با استفاه از اتصال گراس هاپر با رادینس از طریق الگوریتم مشخصی بنام DIVA انجام شد که به عنوان موتور برای  محیط های Energy Plus و Radiance است.(۳۴)

در نهایت مطالعه نشان میداد که تعداد کرکره ها تاثیر قابل توجهی بر روی (spatial Daylight Autonomy) با نسبت عمق کرکره ها – که بصورت نسبی تاثیر بیشتری بر روی (spatial Daylight Autonomy)  دارد- نمیگذارد.

سودمندی این تحقیق این است که تمامی پارامترها در تمامی صفحه ها مورد بررسی قرار گرفته اند که از این رو ارزیابی آزمایش ها موثر بوده است و تقسیم بندی پارامترها با مشخص کردن راه حل بهینه صحیح بوده است. هرچند نقص این مطالعه این است که پارامترهای زیاد باهم دیگر نتوانسته اند به یک نتیجه کلی صحیح برسند بنابراین شاید مناسب باشد که هر پارامتر بصورت مستقل و با ثابت نگه داشتن پارامترهای دیگر مطالعه شود.

El Sheikh و Gerber (35) نیز مطالعه ای بر روی کرکره ها از طریق مطالعه بر روی طراحی پوسته هوشمند ساختمان و تاثیر آن بر روی عملکرد نور روز با استفاده از رویکر پارمتریک داشته اند. روش کار این مطالعه با استفاده از گراس هاپر، راینو،DIVA و Galapagos  برای کنترل و بررسی طرح ترکیب نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک سیستم کرکره های  پوشش بیرونی بنا انجام شده است. مطالعه نشان میداد که عمکلرد نور روز در فضای داخلی با در نظر گرفتن خواسته های ساکنان و نیازهای ساختمان بهبود می یابد و مطالعه اثبات میکند که  استفاده از تنظیم زاویه شیب خودکار  میتواند باعث ارتقا سیستم هوشمند ساختمان به اندازه دو برابر بیشتر از سیستم های متداول با درنظر گرفتن استفاده از نور روز شود.

Sjarifudin  و  Justina(36) نیز مطالعه ای بر روی اتوماتیک سازی کرکره ها با استفاده از نوع جدیدی از روش به نام parametric camshaft  (میل بادامک پارامتریک) انجام داده اند. در این مطالعه یک محیط کاری در جاکارتا شبیه سازی شد همراه با امکان تغییر زاویه سایه انداز ها در جهت مهیا ساختن نور روز داخل فضا. مطالعه نشان میداد که آسایش بصری ساکنین میتواند از طریق تغییر در زاویه سایه انداز ها بین ۱۵ درجه تا ۷۵ درجه بدست آید.

 However, Jaepil, Taekyoung, Euisoon  و   Gensong (37)  نیز از کرکره های پارامتریک در مطالعه خود برای بهینه سازی عمکرد حرارتی در ساختمان با استفاده از آنالیز بهترین تنظیم برای کرکره ها انجام داده اند. تحقیق در زمینه عملکرد کرکره ها از سه جنبه مورد بررسی قرار گرفت؛ فاصله از پوشش شیشه ای، عمق کرکره ها و زاویه شیب کرکره ها. شبیه سازی این تحقیق با استفاده از راینو سوروس ، گراس هاپر، اکوتک و گالاپاگوس انجام شد.

Maria  و Aris (38) تحقیقی در مورد تاریخچه سیستم های داینامیک و خودکار سایه اندازی با استفاده از نقاط سنسوری و کنترل آنها با استفاده از الگوریتمی که به حرکت خورشید و شرایطت آب و هوایی  واکنش نشان میداد انجام داده اند. مطالعه نشان میداد که محبوبترین سیستم اتوماتیک و  پرده های موتور داری تهویه میتواند به ۲۰% تا ۵۰%  به ترتیب در ذخیر مصرف انژی برای سرمایش و روشنایی در مقایسه با کرکره های معمولی برسند.

۶.۲. طراحی پنجره های سقفی:

تحقیقی توسط  vitor وjose (33) ، بر روی سیستم واکنشی (ریسپانسیو) برای پنجره سقفی انجا شد که هدف آن ایجاد سیستم پنجره سقفی است که به شرایط محیطی پاسخ دهد و همچنین به نیاز های عملکردی داخلی نیز پاسخگو باشد.سیستم سه جنبه را در نظر میگیرد: موقیعت ، زمان، شرایط آسمان. این تحقیق برای مطالعه پروسه برای کنترل نور روز بصورت داینامیکی از یک پاویلون آزمایشی ۵ کدی استفاده میکند که هدف آن فراهم کردن روشنایی مناسب . حداقل سازی تضاد بصری است. آزمایش بصورت پارامتریک با نرم افزار آنالیز محیطی برای تولید معیارهای ارزیابی نتایج انجام شد. مدل به خورشید در یک حالت آفتابگردانی heliotropic واکنش نشان میدهد که حالتی طبیعی است که در برخی از گونه های گیاهی نیز به منظور دریافت انرژی بیشتر خورشیدی مشاهده می شود که در آن گیاه بصورت طبعی مسیر خورشید را دنبال میکند مانند آفتابگردان و گل آلاله. اتوماتیک سازی این فرایند توسط گراس هاپر انجا شد و ترکیب بندی پاویلون توسط تعداد کمی از متغییر ها انجام شد که شامل فرم پایه، موزاییک بندی سطح(شبکه بندی) و بافت که مقادیر قابت بوداند و مقدار باز بودن دریچه ی پانل های پنجره سقفی که مقادیر اتوماتیک بوده اند (۳۹).تصویر ۱۶و۱۵   

نتایج با استفاده از روش درون یابی محاسبه شد که درصد تقریبی خطای ۴.۳%-۷.۳% را نشان میداد.نتایج کاملتر در رساله دکترای نویسنده درج شده است. سیستم طراحی پارامتریک برای تولید ترکیب بندی پنجره های سقفی استفاده شد که می تواند برای شکل هر نوع پاویلون دیگری به کار رود با هر نوع هندسه و موقیت جغرافیایی. مزیتسیستم تعاملی این است که ترکیب بندی برای عملکرد نور روز میتواند در زمان واقعی تنظیم شود.

تمامی نتایج مطالعات شامل، شبیه سازی نور روز، ابتکارات و کشفیات، مقادیر بازشدگی روزنه ها، و موقعیت های بهترین و بدترین نمونه ها در دیتابیس ذخیر شده است.این دیتابیس می تواند به منظور مشخص کردن مقدار بازشدگی روزنه های پنجره های سقفی که برای مهیا ساختن نور مورد نیاز و نتایج تضاد بصری است بکار رود.

تحقیق بیشتر در همین موضوع توسط Michela, Peter, Axel و Rudi (40) انجام شده است. که اینها علاوه بر آن تحقیقی در رابطه با طراحی سازه سقف های بزرگ بر اساس عملکرد گرایی برای فضای نیم باز با هدف بهبود عملکرد محیطی فضا در مراحل اولیه طراحی و مطالعات استراتژی های انرژی خورشیدی غیر فعال که نیاز به وارد کردن انرژی را از طریق آنالیز نور روز و شرایط آسایش ، کاهش میدهد را انجام داده اند. پژوهش از هندسه پارامتریک برای تولید آلترناتیو های طرح استفاده میکند و بررسی عملکرد توسط ابزار پارمتریکی بنام Para Gen انجام شد که پلاگینی برای اتصال به گراس هاپر است و سیستم سازه ای و عملکرد سازه ای آنها را با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام میدهد(۴۱). تصویر۱۷   

مطالعه نشان میدهد که برای دستیابی به استراتژی های طراحی انرژی غیر فعال برای آسایش حرارتی، دما باید توسط فرم تعیین شود بجای اینکه توسط قسمت مهندسی تاسیسات بنا تعیین شود. و حتی موقعیت جغرافیای قرارگیری آن، ابعاد، حجم، جهت گیری بازشوها و سایبان ها به منظور دست یابی به فضای انرژی صفر باید مورد مطالعه قرار گیرند(۴۲).

در این تحقیق نتیجه میشود که طرراحی پارامتریک می تواند کنترل کامل برای کار کردن با هندسه پیچیده مهیا کند. که همچنین محیط گرافیکی کار آمد همراه با گستره ای وسیع از اسکریپت ها وعلاوه بر آن افزایش تطبیق پذیری و روانی برای روند طراحی را مهیا میکند که امکان ایجدا مدل های هندسی بیشتری را میدهد.

در همان موضوع M. Turrin, E. Van, A.Kilian  و S.Sariyildiz(43) مطالعه ای را برای طراحی پارامتریک در جهت افزایش عملکرد دهانه ی سقف گسترده ای در bologna انجام داداند: این مطالعه قصد دارد از منابع تجدید پذیر موجود در سایت با استفاده از کاهش سایبان های تابستانی ، افزایش نور روز، و فراهم کردن تهویه مناسب برای پروژه، بهره برداری کند. در این تحقیق از طراحی پارامتریک برای تغییر و تحول در ریخت شناسی سازه ساختمان با استفاده از کنترل روزنه ها بر اساس تنوع ابعاد و توزیع در جهت جواب گویی به نیاز های سامانه غیر فعال ساختمان استفاده شد.  هندسه سه بعدی سازه سقف متشکل از مدول های بادی ETFE هست که توسط لایه ی قابل حرکت دادن در سه جهت جانمایی شده است، حاتی که موقعیت بسته حالت مات را ایجاد میکند و در حالت باز اجاز میدهد نور از بین پترن بگذرد.

  Patric Paul  و Kera(44) چندین طرح آتریوم را برای دانشگاه ماساچوزت در جهت روشنایی طبقات ساختمان و آوردن نورروز به عمق داخل فضاها ارائه داداند. آنها از رویکر پارامتریک در روند طراحیشان استفاده کرده اند نرم افزارهایی ماند Diva برای راینو و گراس هاپر. روش شناسی این مطالعه وابسته به استفاده از سیستم های انعکاسی برای بهره برداری از نور روز و وارد کردن نور به داخل سطح داخلی بنا با آنالیز تعادا زیادی از تکنیک های سیستمی مورد استفاده در ساختمان های متفاوت است.تصویر ۱۸.

سیستم انعکاسی مورد استفاده در این تحقیق استفاده از جفت سازی دو تکنیک عمده روشنایی روز است. اولی پنجره بزرگ جهت شمالی به عنوان نور پراکنده(Diffuse) و دومی آینه منعکس کننده جنوبی که از داخل آتریوم آویزان است .تصویر ۱۹.

Jong  و  Bharat (45) تکنیک نوآورانه ای را برای روشنایی یک سالن ورزشگاه در کره ارائه کرده اند که بصورت پارامتریک ازترکیب برهمنهی چشم های حیوانات الهام گرفته شده است (۴۶و۴۷). که میتوانند طیف گسترده ای از نور را بهتر از چشم معمولی جذب کنند. سیستم از اپتیک های برهمنهی انعکاسی تشکیل شده که میتواند نور را  داخل گنبد ساختمان  دریافت و پخش کند و حتی میتواند به حرکت خورشید واکنش نشان دهد. مدل بیوتقلیدی پیشنهاد شده بصورت پارامتریک با استفاده از گراس هاپر و راینو مدل شده است. سطح سقف ورزشگاه به سازه ی مکعبی تقسیم شده است که به صورت منشور مخروط قائم شکل داده شده است. هر عضو نما داخل مکعب میتواند خود را از طریق حرکت دادن قسمت انتهایی عضو به منظور براورده کردن نیاز های عملکردی بر اساس شرایط اقلیمی ، نسبت به حرکت خورشید تنظیم کند و واکنش نشان دهد تصویر ۲۰.

مکانیزم حرکتی(کنتیکی) این سیستم میتوان خود را بر اساس دو هدف انطباق دهد: اول نگه داشتن فعال قسمتی که روشن است به پاسخگویی به موقعیت خورشید و دوم تغییر شرایط نورپردازی برای نیازهای عملکردی. مطالعه نتیجه میگیرد که که طراحی پارامتریک امکان بررسی گسترده ی طراحی را میدهد و فرصت های بیشتری را برای سیستم های خلاقانه ساختمان برای هماهنگ سازی آن ها با تغییرات محیط اطراف انها را به منظور بهره وری انرژی بیشتر غیر فعال را در استفاده از منابع طبیعی میدهد . هرچند به منظور کارکرد بی نقص سیستم نیازمند استفاده از تعداد زیادی سنسور های واکنش دهنده به تغیییرات محیطی است. به علاوه پیچیده گی سیستم های الکترومکانیکی و هزینه های نگهداری نیز وجود دارد.

۶.۳ مطالعات سایه و حجم:

William, Aswin  و Heru(4)  از رویکرد پارامتریک در مطالعات خود برای حل مسائل در طول فرآیند طراحی برای سایت و حجم استفاده کرده است.مطالعه بر روی برج اداری درجاکارتا انجام شد هدف مطالعه ارزیابی امکان استفاده از روش های طراحی پارامتریک بود.از این رو روشی که برای حل هریک از این پروژه استفاده شد ایجاد فرمول در گراس هاپر با دربرداشتن تمامی اطلاعات از یک پارامتر مشخص بود.در این تحقیق سایه ها با آنالیز ساختمان های مجاور که سایه هایشان بر روی سایت می افتد مطالعه شد که در آن از دیاگرام مسیر خورشید برای تعقیب سایه ساختمان در ساعات خاص استفاده شد . تصویر ۲۱

مطالعات سایه اندازی مشخص کرد که قسمت غربی سایت در بعد از ظهر ها بیشترین مطلوبیت را دارا خواهد بود چون توسط سایه های ساختمان های مجاور از ساعت ۳ بعد از ظهر هر روز ماه فوریه تا اکتبر پوشش داده میشود.به همین ترتیب (تصویر ۲۲) در مطالعه برای مطلوبترین قسمت ها در طول سال، قسمت های مناسب دارای سایه برای فعالیت های عمومی انسانی نیز مشخص شد.

مزیت طراحی پارامتریک در این شرایط راحتی کنترل موقعیت خورشید است که میتواند در ساعات خاص بر اساس موقعیت مشخص که از فایل آب و هوایی وارد شده تکرار شود.

حجم جنبه دیگری است که در این پژوهش برای بدست آوردن راه حل بهینه برای کاهش دریافت گرما مطالعه شده است.از آنجایی که حجم این بنا به عنوان لندمارک نیز مطرح بود. طراحی پارامتریک در این بنا برای کاهاش دریافت گرما با مشخص کردن مقدار چرخش بنا به درجه استفاده شد که بر روی زیبایی شناسی، فرم هاسی سازه ای و زوایه شیب های دیوارها اثر گذار بود که آن نیز بر روی فضای داخلی تاثیر گذار است.تصویر ۲۳.

شبیه سازی ها مشخص کرد که تاثیر چرخش ۹۰ درجه ای ساختمان مقدار گرمای دریافتی را ۱.۳۲۱۲۶ wh/m2 کاهش می دهد که کمترین مقدار دریافت گرما است.

پژوهش نتیجه میگیرد که رویکرد پارامتریک عملی تر از روش های معمول دیگر برای هماهنگ سازی و نتیجه گیری همزمان است.

 بر اساس کانسپت مورفولوژی Vasiliki و Odysseas (48)  ساختمان مسکونی را در قبرس پیشنهاد داداند که بر اساس مسائل اقلیمی و عملکردی طراحی شده است. روش طراحی ساختمان وابسته به تابش آفتاب و نور روز در این موقعیت جغرافیایی  است و همچنین بر اساس این که طراحی پارامتریک چگونه میتواند کمک کند که این طرح اجرا شود و آلترناتیو های زیادی را به عنوان سیستم بیواقلیمی ایجاد کند (۴۹). هدف مطالعه مهیا ساختن نور کافی روز برای تمامی فضاهای ساختمان و استفاده از انرژی خورشیدی برای کاربرهای گرمایشی بود. این پارامترهای اقلیمی بصورت پارامتریک بهم متصل خواهد شد تا با استفاده از تغییر جهت گیری های واحد ها برای جوابگویی به نیاز های محیطی مورد استفاده قرار گیرند. مدل با استفاده از گراس هاپر به عنوان نرم افزار الگوریتمیک اجرا شد که در آن آنالیزهای اقلیمی با استفاده از نرم افزار Geco به عنوان موتور نرم افزار Ecotect اجرا شد که به عنوان نرم افزار محیطی استفاده شد.

آنالیز های انجام شده چهار پیشنهاد برای ساختمان مسکونی ارائه می دهد که میتواند تمامی نیاز های احتمالی بیواقلیمی را با در نظر گرفتن سیستم سازه ای جهت گیری و زیبایی شناسی را در برگیرید تصویر ۲۴.

نتایج پژوهش نشان  داد که نورپردازی و انرژی خورشیدی می با اضافه کردن سایبان اضافیی که با ۳ متر عرض که از شرق شروع شده و با ۱.۵ متر عرض در غرب تمام میشود به حد مطلوب کاهش یابد تواند (در این موقعیت جغرافیایی شدت نور و گرمای ناشی از انرژی خورشیدی بیشتر از شرایط آسایش است.). مطالعات پیشنهاد داد که چند عضو بیواقلیمی مانند سیستم های غیر فعال گرمایشی و سرمایشی را نیز اضافه کنند. پژوهش نشان میداد که میزان نورگیری و سطح تهویه میتواند با استفاده از روش پارامتریک تغییر پارامترهای مورفولوژی و از طریق آنالیز های بیواقلیمی بهبود یابد. در مقایسه با سایر بناهای موجود در همان منطقه استفاده از اصول بیواقلیمی میتواند زندگی کیفیت زندگی مردم ر افزایش دهد از طریق در نظر گرفتن جنبه های مورفولوژی و کارکردی.

۶.۴ طراحی پنجره ها:

El Daly (50) پژوهشی را در باب طراحی بازشوها برای بهینه سازی نور روز داخل ساختمانی چند منظور در Cairo انجام داده است مدعی است که پنجره های معمولی هم اکنون موصوع بحث برانگیری است با در نظر گرفتن سیستم نمره دهی محیطی استLEED (51).

وی از طراحی پارامتریک به عنوان الگوریتم های اکتشافی با ترکیب با سیتم نمره دهی LEED به منظور دستیابی به مقدار نیاز روشنایی روز با حداقل تابش خورشید در داخل ساختمان استفاده کرد. از این رو روش طراحی وابسته به پیدا کردن مقدار مناسب تخصیص برای پنجره ها برای برآورده کردن نیاز های LEED است.دلیل استفاده از الگوریتم های اکتشافی در این پژوهش، برای حل مسئله در مراحل محدود است که سعی میکند راه حل بهینه را از میان تمامی راه حل های احتمالی پیدا کند.

شبیه سازی ساختمان در گراس هاپر بر اساس راینو با کمک پلاگین Geco  انجام شد که برای بدست آوردن آنالیز های محیطی اطلاعات را به ECOTECT انتقال می دهد. سپس بهینه سازی اطلاعات با استفاده از ابزار Galapagos  انجا شده که به عنوان الگوریتم ژنتیک نیز شناخته میشود که عمومی ترین الگوریتم بهینه سازی است که در طراحی پارامتریک استفاده میشود.تصویر ۲۵

استفاده از متد های بهینه سازی در این پژوهش باعث شد که بار تابش کل سالانه به ۲۶% کاهش یابد که مقدار کمتری از بارهای کل است که در پارامترهای اولیه یافت شد. همینطور پژوهش نشان می دهد که اتوماتیک سازی اختصاص پنجره بندی براساس طراحی پارامتریک و با درنظر گرفتن LEED میتواند از طریق سه مرحله بدست آید. اول:طراحی نیازهای LEED بصورت پارامتریک. دوم: انتخاب اتوماتیک راه حل ها از طریق ترکیب یکپارچه سازی بین برنامه شبیه سازی و الگوریتم ژنتیک، و آخرین مرحله: انتخاب راه حل بهینه برای طراحی نما.

در همین موضوع Burak  و  Soofia (52)  پژوهشی را در رابطه با استفاده الگوریتم های زایشی برای بررسی آلترناتیو های طرح برای سیتسم پنجره بندی ساختمان در اقلیم گرم در قبرس انجام داده است. هدف پژوهش سفارشی سازی ابزارهای سایه اندازی برای ساختمان بود که بتوان نور روز را بهینه کند و دریافت گرمای خورشید را کاهش دهد. این پژوهش با سافتاده از DIVA برای راینو به منظور آنالیز محیطی انجام شده از گراس هاپر به عنوان ابزار مدلسازی پارامتریک و پلاگین Galapagos به عنوان بهینه ساز نتایج شبیه سازی استفاده کرد.

مقدار ambient Boounces در مطالعه در نرم افزار Radiance  به منظور افزایش سرعت شبیه سازی ها بر روی ۲ نگه داشته شد. از طرف دیگر این بر روی دقت مقدار DF تاثیر گذار است. پژوهش نتیجه میگیرد که متوسط DF تا ۲۵%-۶۷%  در تمامی تغییرات افزایش پیدا میکند برهمین اساس نرم افزار طراحی یکپارچه میتواند عملکرد ساختمان را بار اساس جوانب فرم و عملکرد بهبود دهد. و حتی چندین آلترناتیو برای طراحی در مراحل اولیه طراحی فراهم کند.

Pil  و Steffen (53) پژوهشی را در رابطه با طراحی پارمتریک با استفاده از گراس هاپر انجام داداند برای ایجاد سیستم های متفاوت پنجره بندی برای یک اتاق، با در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی داخلی، نور روز و ذخیر انرژی که معیار های نیاز های عملکردی را جواب بدهد تصویر .۲۶ روش بکار رفته شامل پلاگین جدیدی برای گراس هاپر بود که ICE bear نامیده می شود که برای شبیه سازی سالانه اقلیم داخلی indoor و نور روز و عملکرد انرژی در هندسه های پیجیده بر اساس اطلاعات آب و هوایی ساعت به ساعت است. این ابزار بطور هم زمان با گالاپاگوش به کار رفت تا راه حل های طراحی را بر اساس ایده های کانسپت چوال طراحان ایجاد کند. هدف این روش دست یابی به حداکثر انرژی استفاده شده برای بهره برداری ساختمان است. ۳۲kwh/m2/year

در حالی که کلاس II حرارتی را بدون داشتن ۱۰۰ ساعت بالای ۲۶ درجه سانتی گراد جوابگو باشد و حداقل استقلال نور روز از ۶۰% در نقطه ای در وسط اتاق داشته باشد. مطالعه نشان میدهد که این روش میتواند تقریبا راه حل بهینه ای را بر اساس کانسپت طراح ایجاد کند که میتواند نیاز های محیطی داخلی را جوابگو باشد.

۶.۵ طراحی پنجره ها:

 Ma  و Hiroatsu (54) در پژوهش خود برای بهینه سازی نور روز و دریافت نور در داخل ساختمان اداری از روش طراحی پارامتریک استفاده کرداند. هدف پژوهش پیدا کردن بهترین مساحت پنجره برای هر دیوار به منظور حداقل سازی مصرف انرژی و حداکثر سازی روشنایی نور روز است. آزمایش با مدلسازی در گراش هاپر بر اساس راینو و شبیه سازی اقلیمی با استفاده از  Ladybug وHoney bee به عنوان موتور برای انرژی پلاس و رادیانس و Daysim  به منظور مطالعه شرایط محیطی به صورت پارامتریک انجام شد.

به علاوه در مطالعه از گالاپاگوس به عنوان بهینه ساز استفاده شد که پلتفرم الگوریتم ژنتیک را برای بکار بردن الگوریتم های تکاملی برای استفاده در گستره وسیعی از مسائل توسط غیر برنامه نویس ها مهیا میکند. و حتی همانطور که پیشتر نیز اشاره شد گالاپاگوس کاربرد آسان ، سرعت محاسبه بالا، و گستره ای از نتایج بهینه شده را ارائه میکند نتایج مطالعه نشان می داد که پنجره جهت جنوب بهترین جهت گیری و بعد از آن جهت گیری شمالی برای این منطقه انتخاب بهتری است که هدف آن حداقل سازی انرژی حرارتی سالانه است.

در حالی که انرژی گرمایش در این موقعیت جغرافیایی بیشتر از نیاز انرژی سرمایشی است و پژوهش نتیجه میگیرد که پنجره های عمودی بهینه ترین راه حل برای ۶۳% اوقات است همراه با ۳.۰۶۳ متر ارتفاع و ۱.۹۵۹ متر عرض به منظور بهبود روشنایی نور روز که بالاتر از  300Lux  است درمقایسه با پنجره مربعی و افقی در همان موقعیت جغرافیایی  باشد.

در کل پژوهش نتیجه میگرید که طراحی پارامتریک می تواند انتخاب استراتژی های طراحی پنجره را با در نظر گرفتن نوپردازی و آنالیز انرژی در جهت حداقل سازی انرژی سالانه کل را بهینه کند و بهترین جهت گیری را بدست آورد. به علاوه استفاده از تکنولوژی طراحی پارامتریک در مراحل اولیه طراحی میتواند کیفیت طرح را افزایش دهد و راه حل های عملی و جهانی برای بهینه سازی را به منظور طراحی ساختمان ارایه دهد.

۶.۶ طراحی نماها

بهینه سازی نور توسط Y. Elghazi, A. Wagdy, S. Mohamed  و A. Hassan (55)  با استفاده از تکنیک طراحی Kaleidocycle در نمای مسکونی در Cairo  بر اساس اوریگامی انجام شد که به منظور بهبود نور روز در نشیمن و دست یابی به معیار های LEED V4  بوده است.۵۶. روش شناسی بر اساس تمرکز بر استفاده از پارامترهای Kaleidocycle logic  بوده است که بر اساس اجرای طراحی پارامتریک در نرم افزار راینو و گراس هاپر، Diva ، بوده است. DIVA به عنوان موتور برای Radiance و Daysim به کار رفته است (۵۷).

همانطور که در تصویر ۲۷ میتوان دید ارویگامی یک تکنیک تا کردن کاغذ است که مجموعه محدودی از اشکال کاغذ را بر اساس تکنیک های متوالی تا کردن و روابط بین سطح و نقاط است که میتواند توسط قوانین تعریف شود و حتی نوعی الگوریتم دستی نیز حساب میشود که میتواند به اشکال پارامتریک تبدیل شود(۵۸) . کانسپت نمای مورد مطالعه در این پژوهش بصورت پوسته ی Kaleidocycle بر اساس تکنیک اوریگامی شکل گرفته است.

Kaleidocycle به عنوان حلقه های چرخنده ی چهار ضلعی هایی که معمولا با معادلات ریاضی استفاده میشوند تعریف شده است. هر چهار ضلعی در چرخه چهار ضلعی قبلی خود متصل است و در لبه مخالف قرار میگیرد جایی که تکنیک حرکتی با هر چهارضلعی بصورت عنصر مستقل رفتار میکند (۵۹) روند این تحقیق با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی نتایج انجام شد.

نتایج نشان داد که حلقه های Kaleidocycle با عرض ۳۰ سانتی متر و ۶۴ درجه چرخش به پخش ۱۰۰ % نور روز دست یافته است که از معیار های استاندارد LEED V4  نیز فراتر است (معیار LEED V4  75% است).

تحقیق دیگر در این زمینه توسط کانسپت ارویگامی با طراحی پارامتریک توسط y Avergauw, Lalegria, Kroovers  و Niels (60) انجام شد. مطالعه بر روی استفاده از سیستم های سایه اندازی ادپتیو است که به شرایط محیطی پاسخ میدهد. این سیستم بر اساس تکنیک های تا کردن خط منحنی است که وابسته به رفتار سیستمی کنیتیکی است. این تکنیک فرصت گسترده ای را برای تولید اشکالی منعطف ایجاد میکند که میتواند با حرکت دادن نفاط خاصی در هندسه شکل با استفاده از خطوط منحنی که به راحتی میتوانند کشیده شوند ایجاد شوند تصویر ۲۸.

مشخصه اصلی این سیستم آن است که میتواند جابجایی بیشتری را برای شکل خود با اضافه کردن نیرو های کم به رئوس آن ایجاد کند (۶۱).  مورفولوژی مدل بصورت پارامتریک توسط گراس هاپر ایجاد و کنترل شد. این مطالعه در نظر داشت که انرژی مصرفی را ذخیر کند و آسایش داخلی را افزایش دهد با استفاده از کانسپت رفتار حرکتی بر اساس طراحی پارامتریک. مطالعه نشان داد که استفاده پارامتریک  از سایه انداز های ادپتیو می توان ذخیره انرژی و بهره وری از نور روز را افزایش داد.

در ابوذبی  Aedas  (62)  دوبرج البهار را Al Bahartowers با ۲۵ طبقه اداری طراحی کرده است که بصورت پارامتریک طراحی شده اند و از عناصر معماری اسلامی بنام Mashrabiya الهام گرفته شده با تکرار شکل ۶ ضلعی برای ایجاد حالت موزاییکی بر روی نما. تصویر ۲۹

نما از تعداد ۱۰۰۰ عدد پانل مثلثی متصل به هم تشکیل شده که در شکل های شش ضلعی آرایش یافته اند که بسمت بالا تا میشوند تا نمار را از تابش مستقیم نور خوردشی حفظ کنند. شکل شش ضلعی بصورت اتوماتیک به حرکت خورشید واکنش نشان می دهد در یک سیستم اتصال تطبیقی (۶۳) ،  به منظور عملکرد نوری بهتر و ذخیر انرژی . طرح موفق شد تا گرمای ناشی از تابش آفتاب را ۵۰% کاهش دهد با ایجاد شکل های اسلامی. نمای پارامتریک همراه با پانل های خورشیدی برای آب گرم و پانل های فتوولتیک بر روی سقف باعث کاهش نیاز به انرژی الکتریکی برای روشنایی و سرمایش بنا شد و باعش کاهش انتشار کربن مونوکسید به مقدار ۷۵۰ تن در سال شد.

 Lee و Narangerel (64) در رابطه با همین موضوع پژوهشی را با استفاده از پترن های سه بعدی جهت گیری شده به سمت جنوب را برای بهبود عملکرد روشنایی روز و کاهش مصرف الکتریسیته در کره انجام داده است. در محیطی خالی از بافت شهری. پژوهش با استفاده از رویکرد پارامتریک بر اساس گراس هاپر Lady Bug  و Honey bee انجا شده است.تصویر ۳۰

مدل با افزایش تعداد نقاط بر روی نمای مسطتیلی بنا و اتصال رئوس گوشه های روزنه های نما ایجاد شد. روش این پژوهش طول های بهینه را در نقاط داده شده و ترکیب متریال های سطح که از طریق Deannay Triangulation از طریق بهینه سازی چند هدفی ایجاد شده را ارائه میکند (۴۱). متد ارائه شده در این پژوهش نشانگر انعطاف بالا و سازگاری تولید هر نوع نما با تکنیک پیشنهادی است. پژوهشگران این روش معتقداند که این متد میتواند بصورت موثری برای ایجاد چندین آلترناتیو از ساختمان اداری به کار رود و برای ارزیابی عملکرد نور روز بر اساس موقعیت خواسته شده عمل کند.

در تحقیق نشان داده میشود که در مدل ارایه شده ، نمای مدل میتواند عملکرد نور روز و ذخیر انرژی را افزایش دهد.

M. Gomaa and W. Jabi (65) تحقیقی در رابطه با نماهای پیچیده با استفاده از ابزار های پارامتریک (Autodesk Revit,3DsMax)  در جهت ارزیابی و مقایسه آنالیز های عملکردی نور روز را با استفاده از این دو نرم افزار انجام داده اند. آزمایش با ساختن ۳ مدل با رویت و مکس و مدل فیزیکی مقیاس شده انجام شد. مدل فیزیکی با استفاده از پرینت سه بعدی و برش لیزری انجام شد که به عنوان مدل مرجع برای مقایسه استفاده شد.

تست اولیه با یک اتاق بدون پوشش برای پنجره ها انجام شد. آزمایشات بعدی از ۳ نوع پترن پارامتریک برای فرم دادن هندسه نما استفاده میکند. تصویر ۳۱  که شبیه به اشکال متداول مورد استفاده در پوشش نماهای ساختمان های مدرن است. آنالیز عمکلرد نور روز توسط ابزار های موجود در هریک از نرم افزارها اجرا شد. تخمین نتایج بصورت گسترده ای وابسته به ارزیابی تفاوت ها در مقادیر روشنایی بود که هرکدام از نرم افزار ها گزارش می دادند و سپس مقایسه آن ها نسبت به مقادیر نمونه فیزیکی.

تحقیق نشان داد که Revit در استفاده از هندسه های ساده و سریع در آنالیز های نور روز بهتر عمل میکند البته زمانی که سطح دقت بالایی مدنظر نباشد و در مقابل ۳DsMax در رابطه با مدل های پیچیده هندسی عملکرد بهتری دارد.

به علاوه پیشرفت سریع مدلسازی پارامتریک که با تکنولوژی ساخت یکپارچه شده آنالیز نور زو هندسه های پیچیده را کمتر منطقی میکند نسبت به مدل واقعی. از این رو ابزارهای شبیه سازی موجود نیاز به اعتبار سنجی و ارتقاع های بسیار زیادی دارند به منظور کنترل شکاف در حال گسترش موجود بین پیش بینی و فیزیک واقعی.

در تحقیقی مشابه Elliot  و Christoph (66) از طراحی پارامتریک و ابزار های شبیه سازی انرژی برای مشخص کردن تاثیر نور روز بر طراحی سایبان های نما و انرژی استفاده شده مورد نظر در ساختمان، هزینه ی بهینه سازی برای ساختمان و مقدار کربن تولیدی ساختمان در سال به کار برده است. پژوهش با استفاده از گراس هاپر برای مدلسازی شبیه سازی، انرژی پلاس براساس Diva برای مطالعات محیطی و گالاپاگوس برای بهینه سازی طرح انجام شد. پژوهش نشان می داد که تغییرات اقلیمی و نحوه کار کردن با پارامتر های فیزیکی ساختمان ثابت را برای مطابقت دادن تغییرات محیطی با گذشت زمان را در نظر داشته باشند.  بنابراین طراحی پارامتریک می تواند گستره ای از سناریو ها را برای ساختمان داشته باشد تا بنا عملکرد بهینه را داشته باشد.

 Mahmoud  و Elghazi (67) پژوهشی را در رابطه نماهای Kinetic (68و۶۹) انجام داداند با استفاده از طراحی پارامتریک برای بهینه سازی نور روز در نمای جنوبی در Cario .

نما متشکل از پترن های ۵ ضلعی قابل حرکت بود که توسط گراس هاپر کنترل میشود که به منظور مطالعه پخش نور روز در داخل ساختمان با هدف دستیابی به نیازمند های LEED V4   است. مطالعه بهبود در نور روز را به مقدار ۵۰-۲۰% در چهار فصل در مقایسه با نماهای معمولی نشان میداد . متد این پژوهش بر اساس سیستم حرکتی Kinetic با کنترل چرخش ۵ ضلعی های نما هست. تصویر ۳۲

۶.۷ طراحی فتوولتیک ها:

Hend, Ayman, Paolo, Robert  و John (70) پژوهشی در رابطه با یکپارچه سازی بین تکنولوژی فتوولتیک و سازه بنا انجام داده است در حالی که آنها استفاده انرژی تجدید پذیر را توصیه میکنند. هدف اصلی این مطالعه استفاده از طراحی پارامتریک با پوسته سازه ای فتوولتیک به منظور حل رابطه پیچیده بین آنها و شکل گیری پوسته است مانند: هندسه پوسته، جهت گیری پلان، سایه اندازی، آنالیز پترن نور روز بر روی سطح پوسته، محاسبه پخش تنش در شرایط آب و هوایی مختلف و حداکثر تغییر شکل مجاز برای سطح پوسته ها تحت شرایط بارهای متفاوت است. مطالعه استدلال میکند که این موارد می تواند بصورت پارامتریک از طریق الگوریتم های گراس هاپر باهم ترکیب شود در حالی که این نرم افزار پارامتریک ابزار های متعددی را در روند واقعی برای این موراد پیچیده مهیا کند. مطالعه نشان میدهد که روش پارامتریک موارد زیادی از شرایط محیطی را مانند حداکثر جذب نور روز و ذخیره انرژی را بهینه میکند. هرچند مطالعه نیازمند تحقیقات بیشتر برای آنالیز راه حل های هندسی بیشتر با پارامتر های سازه ای متفاوت است.

۷. جمع بندی:

از مطالعات انجام شده میتوان متوجه شد که طراحی پارامتریک میتواند اثر قابل توجه ای بر روی بهبود عمکلرد روشنایی روز در ساختمان و همچنین کاهش میزان مصرف انرژی داشته باشد. مخصوصا در پروژه های پیچیده و کانسپت های نوآورانه. طراحی پارامتریک میتواند تکرار های سریع، نتایج رئال تایم، آنالیز داده ها و صرفه جویی زمان را همراه با امکانات بهینه سازی به ارمغان بیاورد.

منابع:

[۱] Davis DA. History of parametric. Available at: 〈http://www.danieldavis.com/d/

history〉; ۲۰۱۳.

[۲] Frazer J. Parametric computation: history and future. Archit Des

۲۰۱۶;۸۶(۲):۱۸–۲۳.

[۳] Wang J, Li J, Chen X Parametric design based on building information modeling

for sustainable buildings. In: proceedings of the International Conference on IEEE

Challenges in Environmental Science and Computer Engineering (CESCE); 2010.

[۴] Hanan IIH, et al. Parametric approach as a tool for decision-making in planning

and design process. case study: office tower in kebayoran lama. Procedia – Soc

Behav Sci 2015;184:328–۳۷.

[۵] Gerber DJ. Parametric Practices: Models for Design Exploration in Architecture.

Harvard University; 2007.

[۶] de Ruiter MM. Advances in computer graphics III. Springer Science & Business

Media; 1988, pages 34, 218, 224, 254.

[۷] Reddy EJ, Sridhar C, Rangadu VP. Knowledge based engineering: notion,

approaches and future trends. Am J Intell Syst 2015;5(1):1–۱۷.

[۸] Ahamed SN, Kumar JV, Sravani P. Weight optimization of empennage of light

weight aircraft. Int J Technol Enhanc Emerg Eng Res 2014;3(4):40–۵۷.

[۹] Hillyard RC, Braid IC. Analysis of dimensions and tolerances in computer-aided

mechanical design. Comput-Aided Des 1978;10(3):161–۶.

[۱۰] Moretti L, Bucci F, Mulazzani M. Luigi Moretti: opere e scritti. Electa 2000.

[۱۱] Davis D. Modelled on software engineering: flexible parametric models in the

practice of architecture. RMIT University ; 2013, pages 19,31.

[۱۲] Dana JD. On the drawing of figures of crystals. Publisher not identified; 1888.

[۱۳] Monedero J. Parametric design: a review and some experiences. Autom Constr

۲۰۰۰;۹(۴):۳۶۹–۷۷.

[۱۴] Rogler K. Energy Model Implement Complex Build Syst 2014.

[۱۵] Yu X, Su Y. Daylight availability assessment and its potential energy saving

estimation –A literature review. Renew Sustain Energy Rev 2015;52:494–۵۰۳.

[۱۶] Lagios K, Niemasz J, Reinhart CF. Animated building performance simulation

(abps)-linking rhinoceros/grasshopper with radiance/daysim. Proceedings of

SimBuild; 2010.

[۱۷] Erlendsson O. Daylight optimization-a parametric study of atrium design: early

stage design guidelines of atria for optimization of daylight autonomy; 2014.

[۱۸] Pratt KB. and Bosworth DE. A method for the design and analysis of parametric

building energy models. In: Proceedings of building simulation 2011: 12th

conference of international building performance association, Sydney, Australia;

۲۰۱۱.

[۱۹] Saleh MM, and Al-Hagla KS. Parametric urban comfort envelope an approach

toward a responsive sustainable urban morphology. In: Proceedings of world

academy of science, engineering and technology. World Academy of Science,

Engineering and Technology (WASET); 2012.

[۲۰] Hudson R. Strategies for Parametric Design in Architecture: An Application of

Practice Led Research. University of Bath; 2010.

[۲۱] Zarei Y. The challenges of parametric design in architecture today: mapping the

design practice; 2012.

[۲۲] Pinterest. [cited 2016 19/12/2016]; Available from: 〈https://www.pinterest.com/

source/grasshopper3d.com〉.

[۲۳] Ali M. 2016 [cited 2016 19/12/2016]; Available from: 〈http://www.grasshopper3d.

com/photo/dsc-0158?Context=latest〉; ۲۰۱۲.

[۲۴] Levin G Interactive Art & Computational Design. 2015 24/3/2015 [cited2016 19/

۱۲/۲۰۱۶]; Available from: 〈http://golancourses.net/2015/jackkoo/03/24/lookingoutward-

۶/〉.

[۲۵] Sood G. Biomimicry shoe that mimics bird’s cranium is created using 3D printing.

۲۰۱۲, ۲۰۱۶ [cited 2016 19/12/2016]. Available from: 〈http://www.atcrux.com/

۲۰۱۲/۰۷/۲۰/۳۵۳۴/biomimicry-shoe-that-mimics-birds-cranium-is-created-using-

۳d-printing.html〉.

[۲۶] arch2o. Shoes – Tea Petrovic; 2015 [cited2016 19/12/2016]; Available from:

〈http://www.arch2o.com/shoes-tea-petrovic/〉.

[۲۷] Davidson S Grasshopper. Sonic 2016 [cited2016 29/7/2016]; Available from:

〈http://www.grasshopper3d.com/group/sonic〉.

[۲۸] Pinterest. 2009 2016 [cited 2016; Available from: 〈https://www.pinterest.com/

milleychin/grasshopper_kangaroo/〉.

[۲۹] Inhabitat. Twisted ContemPLAY Pavilion. 2012 [cited2016; Available from:

〈http://inhabitat.com/mcgill-university-students-build-twisted-contemplaypavilion-

out-of-locally-sourced-materials/contemplay-pavilion-1/〉.

[۳۰] Boake TM. Diagrid Structures: systems, Connections, Details. Birkhäuser; 2014.

[۳۱] Wagdy A, Fathy F. A parametric approach for achieving optimum daylighting

performance through solar screens in desert climates. J Build Eng 2015;3:155–۷۰.

[۳۲] Banihashemi S, et al. Climatic, parametric and non-parametric analysis of energy

performance of double-glazed windows in different climates. Int J Sustain Built

Environ 2015;4(2):307–۲۲.

[۳۳] Henriques GC, Duarte JP, Leal V. Strategies to control daylight in a responsive

skylight system. Autom Constr 2012;28:91–۱۰۵.

[۳۴] Larson GW, Shakespeare R. Rendering With Radiance: The Art And Science Of

Lighting Visualization. Booksurge Llc; 2004.

[۳۵] El-Sheikh M. and Gerber D. Building skin intelligence. In: Proceedings of ACADIA;

[۳۶] Sjarifudin FU. and Justina L. Daylight adaptive shading using parametric camshaft

mechanism for SOHO in Jakarta. In: Proceedings of the EPJ web of conferences.

EDP Sciences; 2014.

[۳۷] Choi J, et al. Parametric Louver Design System Based On Direct Solar Radiation

Control Performance. J Asian Archit Build Eng 2014;13(1):57–۶۲.

[۳۸] Konstantoglou M, Tsangrassoulis A. Dynamic operation of daylighting and shading

systems: a literature review. Renew Sustain Energy Rev 2016;60:268–۸۳.

[۳۹] Henriques GC. TetraScript: a Responsive Pavilion, From Generative Design to

Automation. Int J Archit Comput 2012;10(1):87–۱۰۴.

[۴۰] Turrin M, et al. Performative skins for passive climatic comfort: a parametric

design process. Autom Constr 2012;22:36–۵۰.

[۴۱] Turrin M, von Buelow P, Stouffs R. Design explorations of performance driven

geometry in architectural design using parametric modeling and genetic algorithms.

Adv Eng Inform 2011;25(4):656–۷۵.

[۴۲] Nicol F, Roaf S. Progress on passive cooling: adaptive thermal comfort and passive

architectureAdvances in Passive Cooling. London, UK: Earthscan; 2007. p. 1–۲۹.

[۴۳] Turrin M. et al., Integrated design of a large span roof: a parametric investigation

on structural morphology, thermal comfort and daylight. In: Proceedings of the

ICCCBE; 2010.

[۴۴] Cunningham P, Zaferiou P, Kera Lagios. A case study in reflective daylighting.

Perkins+Will Res J 2014;6(1):30–۵۳.

[۴۵] Park JJ, Dave BBio-inspired parametric design of adaptive stadium facades. In:

Proceedings of the Australasian journal of construction economics and building

conference series; 2014.

[۴۶] Land MF. Eyes with mirror optics. J Opt A: Pure Appl Opt 2000;2(6):R44.

[۴۷] Land MF. Superposition Imag Formed Reflect Eyes Some Ocean Decapod

Crustacea 1976.

[۴۸] Sarvani V, Kontovourkis O. Parametric design of a high-rise habitation unit system

through lighting and solar energy performances. J Sustain Archit Civ Eng

۲۰۱۳;۳(۴):۹–۱۸.

[۴۹] Chronis A, Liapi KAParametric Approach to the Bioclimatic Design of a Student

Housing Building in Patras, Greece. In: Proceedings of the eCAADe 2010

Conference; 2010.

[۵۰] El Daly HMT. Automated fenestration allocation as complying with LEED rating

system. Alex Eng J 2014;53(4):883–۹۰.

[۵۱] USGBC L. For new construction and major renovations. US green building council,

version, 2; 2009, p. 24–۲۸.

[۵۲] Ercan B, Elias-Ozkan ST. Performance-based parametric design explorations: a

method for generating appropriate building components. Des Stud 2015;38:33–۵۳.

[۵۳] Lauridsen, PKB. and Petersen S. Integrating indoor climate, daylight and energy

simulations in parametric models and performance-based design. In: Proceedings

of the third international workshop on design in civil and environmental

engineering; 2014.

[۵۴] Qingsong M, Fukuda H. Parametric office building for daylight and energy analysis

in the early design stages. Procedia – Soc Behav Sci 2016;216:818–۲۸.

[۵۵] Elghazi Y. et al. Daylighting driven design: optimizing kaleidocycle facade for hot

arid climate. In: Proceedings of the aachen: fifth German-Austrian IBPSA

conference, RWTH Aachen University; 2014.

[۵۶] USGBC L. Reference Guide for Building Design and Construction v4. US Green

Building Council; 2014.

[۵۷] Ward GJ. The radiance lighting simulation and rendering system. In: Proceedings

of the 21st annual conference on computer graphics and interactive techniques.

ACM; 1994.

[۵۸] Gao W, Ramani K, Kaleidogami™: multi-primitive reconfigurable artistic structures.

school of mechanical engineering school, electrical and computer engineering,

purdue university: by courtesy.

[۵۹] Fowler P, Guest S. A symmetry analysis of mechanisms in rotating rings of

tetrahedra. in Proceedings of the royal society of london a: mathematical, physical

and engineering sciences. The Royal Society; 2005.

[۶۰] Vergauwen A. et al. Parametric design of adaptive shading elements based on

Curved-line Folding. In: Proceedings of the first conference transformables; 2013.

[۶۱] Schleicher S. et al. Adaptive façade shading systems inspired by natural elastic

kinematics. In :Proceedings of the international conference on adaptive architecture;

۲۰۱۱.

[۶۲] Aedas. Al Bahr Towers in Abu Dhabi. 2012, 2016 [cited 2016 20/12/2016];

Available from: 〈http://www.designboom.com/architecture/aedas-al-bahartowers/〉.

[۶۳] Drozdowski Z, Gupta S Adaptive fritting as case exploration for adaptivity in

architecture. In: ACADIA 09: reForm ()-building a better tomorrow [ Proceedings

of the 29th annual conference of the association for computer aided design in

architecture (ACADIA); 2009.

[۶۴] Narangerel A, Lee J-H, Stouffs R, Daylighting based parametric design exploration

of 3D facade patterns.

[۶۵] Mohamed Gomaa WJ. Evaluating daylighting analysis of complex parametric

facades, in eCAADe; 2016.

[۶۶] Glassman EJ, Reinhart C, Facade optimization using parametric design and future

climate scenarios.

[۶۷] Mahmoud AHA, Elghazi Y. Parametric-based designs for kinetic facades to

optimize daylight performance: comparing rotation and translation kinetic motion

for hexagonal facade patterns. Sol Energy 2016;126:111–۲۷.

[۶۸] Ramzy N, Fayed H. Kinetic systems in architecture: new approach for environmental

control systems and context-sensitive buildings. Sustain Cities Soc

۲۰۱۱;۱(۳):۱۷۰–۷.

[۶۹] Barozzi M, et al. The sustainability of adaptive envelopes: developments of Kinetic

architecture. Procedia Eng 2016;155:275–۸۴.

[۷۰] Ibrahim H, et al. Applicability of flexible photovoltaic modules onto membrane

structures using grasshopper integrative model. Procedia Eng 2016;155:379–۸۷.

A. Eltaweel, Y. SU Renewable and Sustainable Energy Reviews 73 (2017) 1086–۱۱۰۳

۱۱۰۳

استفاده از مطالب با ذکر منبع بلامانع است.

هسته فناور انرژی تبریز