DrAFT 2.0: An algorithmic framework for the design, optimization, and fabrication of facades

Inês Alexandra do Côrro Caetano

Key information

Authors:

Inês Alexandra do Côrro Caetano (Inês Alexandra do Côrro Caetano)

Supervisors:

António Paulo Teles de Menezes Correia Leitão (António Paulo Teles de Menezes Correia Leitão); Francisco Manuel Caldeira Pinto Teixeira Bastos (Francisco Manuel Caldeira Pinto Teixeira Bastos)

Published in

03/21/2023

Abstract

A arquitetura tem continuamente explorado os avanços tecnológicos para melhorar a representação e produção de soluções arquitetónicas. Ultimamente, as abordagens de Design Algorítmico (DA) têm tido um papel importante na prática da arquitetura, permitindo ultrapassar várias das limitações encontradas na resolução de problemas mais complexos. Contudo, o DA não é trivial de usar pois requer experiência em programação. No sentido de facilitar a resolução de problemas arquitetónicos complexos e não convencionais, esta tese propõe uma metodologia e um framework para sistematizar o uso de DA, avaliando a sua aplicação no desenvolvimento de soluções de fachada. Para tal, são identificados os problemas e estratégias recorrentes que são relevantes incluir na metodologia, os quais são posteriormente categorizados numa estrutura modular e formalizados numa perspetiva matemática. O objetivo é tornar a aplicação da metodologia o mais universal possível, sendo assim capaz de responder a diversas práticas e problemas de projeto e ao mesmo tempo adaptar-se à variabilidade e singularidade dos processos arquitetónicos. Para avaliar a validade e rigor da proposta, a metodologia é implementada no framework algorítmico DrAFT 2.0 e usada para reproduzir um conjunto de soluções já existentes. De modo a provar a sua aplicabilidade e mais-valia para a prática arquitetónica, o framework é usado num conjunto de casos de estudo reais respondendo a diversas intenções criativas e problemas projetuais. A análise dos resultados e do feedback obtido nestas experiências permite responder às questões de investigação, provando a capacidade da proposta em simplificar o uso de DA na resolução de problemas complexos e ao mesmo tempo aumentar a flexibilidade e a eficiência dos processos de projeto. A análise anterior também revela a capacidade da proposta em potenciar o pensamento criativo e crítico dos arquitetos, aumentando não só as possibilidades de projeto consideradas, mas também a probabilidade de se obterem melhores soluções. Architecture has always explored the latest technological advances in terms of design representation and production. Nowadays, Algorithmic Design (AD) approaches play a critical role in the conception and production of architectural solutions, overcoming many of the practice’s limitations in solving more complex design problems, such as those of facade design. Nevertheless, AD is a complex design approach that requires programming skills and deviates from the visual nature of architecture. This research addresses this problem by focusing on the field of facade design, proposing a methodology and framework that reduces the complexity of AD in solving complex facade design problems. To that end, the thesis examines recurrent problems and strategies in facade design, identifying the existing design patterns, formulating their underlying principles, and organizing them in a categorical way. To generalize the proposal and facilitate its application in different design practices and briefs, the thesis adopts a mathematical approach and organizes the formulated principles in a modular way. Since the aim is to support design-to-fabrication AD workflows, it is important to ensure the adaptability of the proposal to the context-specificity and variability of architectural practice, as well as to the various methods and tools used. To assess the proposal’s validity and accuracy, the mathematical methodology is implemented in the algorithmic framework DrAFT 2.0 and is used to reproduce an existing set of building facades. Then, to evaluate the proposal’s applicability and usefulness for architectural practice, the framework is applied in a set of application studies involving architects with different AD skills and responding to various design intents and problems. After reflecting on the research findings, the thesis concludes that the proposal simplifies AD, increasing the flexibility and efficiency of facade design processes and thus the design space considered. It also demonstrates how the proposal enhances creative and critical thinking processes, increasing the likelihood of achieving better solutions.