uurimusi arhitektuurist ja teooriast
investigations on architecture and theory

Renee Puusepp. Retseptiarhitektuur

 

Ehitatud keskkonna kujundamine protsesside jälgimise, simuleerimise ja kontrollimise abil on arhitektide meeli köitnud vähemalt viimase poole sajandi jooksul. Siiski ei saa täie veendumusega öelda, et on tekkinud üksmeelne koolkond praktikuid ja teoreetikuid, kes käsitlevad protsessipõhist lähenemist keskkonna kujundamisel mingisuguste üldtunnustatud printsiipide alusel. Mõiste, mis kõnealust laialivalguvat seltskonda ehk kuidagiviisi kirjeldaks, on algoritmiline mõtlemine.

Arhitektuuri kontekstis on algoritmilise mõtlemise aluseks orienteeritus protsessidele, mille tulemusena tekib ruumiline keskkond. Selle asemel et pelgalt kirjeldada, kuidas lõpptulemus välja näeb, lõhnab või maitseb, kirjeldab algoritmiline mõtleja protsessi, mille läbimisel selleni jõutakse. Eduka lõpptulemuse saavutamiseks peab teadma osiste õigeid vahekordi ja oskama need osised õiges järjekorras ja õigetel tingimustel kokku segada – peab teadma retsepti. Hea ja ümbruskonnaga haakuva tulemuse saavutamiseks peaks iga retsept jätma ruumi loovusele ning olema piisaval määral kohaldatav retsepti teostaja eesmärkidele. Kes end võimalustest kammitsetuna tunneb, võib luua täiesti uue retsepti.

Arhitektuuriretsepti koostamisel võib lähtuda põhimõttest, et iga füüsiline toiming keskkonnas jätab endast maha füüsilise jälje ja nii looduslik kui ka tehiskeskkond on vaadeldav jäetud jälgede kogumina. Kitsamalt võttes ei tegele algoritmilist mõtlemist viljelev suund arhitektuuris niivõrd ruumiliste lahenduste loomisega, kuivõrd uute ruumiliste lahenduste tekkemehhanismide otsimise ja leiutamisega. Samal ajal ei tohiks tekkeprotsesse samastada nende tulemusel tekkiva ruumi funktsiooniga ja ilmselt ei julge keegi tõsiselt väita, et on vormi tuletanud otseselt funktsioonist.

Protsessipõhist lähenemist arhitektuuris saab liigitada kaheks erinevaks suunaks. Esimest suunda võib pidada insener-ehitusliku mõtlemisviisi väljundiks, kus algoritmide abil püütakse sammhaaval liikuda lõpplahenduse poole. Eesmärgiks ei ole toota ega uurida erinevaid lahendusi, vaid leida üks võimalikult optimaalne ja töökindel variant. Algoritm võib selles kontekstis olla väga liigendatud ja matemaatiliselt keeruline protsessi kirjeldus. Üheks levinud näiteks on parameetriline arhitektuur, mis võimaldab süstemaatiliselt uurida arhitektuursete või urbanistlike vormide variatsioone.[1] Parameetrilist mudeldamist kasutatakse täpse geomeetrilise lahenduse loomiseks, optimeerimiseks ja projekteerimisprotsessi hõlbustamiseks.

Kui esimene suund püüab lahendada eelnevalt püstitatud ruumilisi probleeme eelkõige teostatavuse või täpse geomeetrilise vormi leidmise seisukohalt, siis teine suund on avastuslikum ja tegeleb tüpoloogiliselt või topoloogiliselt erinevate ruumiliste lahenduste otsimisega. Teist suunda võib tinglikult pidada generatiivseks suunaks.[2] Suure hulga väikeste muutustega variatsioonide loomise asemel toodab algoritm siin mitmekesisust.

Keskkonna kavandamise protsessi käigus otsitakse erinevaid lahendusi, mis rahuldaksid vajalikul määral üldisi tingimusi nagu näiteks ligipääsetavus ja valgustatus. Ruumilise vormi leidmine on protsessi lahutamatu osa, tekkides ning arenedes protsessi käigus. Eelkõige on teise suuna lähenemine sobiv vormiotsinguteks arhitektuuriloome varajases faasis. Algoritm on siin lühike ja lihtne instruktsioonide jada, mille pideval kordamisel kerkivad lahendused pinnale.[3]

Lisaks levinud parameetrilisele mudeldamisele saab esimese suuna mõtteviisi kasutada ehitusprotsessi kontrollimiseks arhitektuuriprojekti teostamisel. Ilmselt leidub vähe arhitekte, kes ei usuks, et kavandamisprotsessi õiges järjekorras läbimine on tähtis kvaliteetse tulemuse saavutamiseks. Protsessipõhist lähenemist ei saa pidada erandlikuks või uudseks nähtuseks ka arhitektuursete ideede realiseerimisel. Lõpuks on ju maja ikkagi ehitamise tulemus ja ehitamine on protsess. Paraku toimub kavandamisprotsessist ehitusprotsessi üleminekul katkestus, kus kavandamise käigus loodud informatsioon muudetakse staatiliseks dokumendiks – ehitusprojektiks. Tavapäraselt kirjeldab selline dokument ehitamise protsessi läbimisel tekkivat tulemust, kuid mitte protsessi ennast. Vaatamata selle konventsiooni ebatõhususele on see tänaseni üldkasutatav.

Ajal, mil füüsilise ehitise täpse digitaalse koopia loomine on järjest tavapärasemaks saamas, on mõned algoritmilise mõtlemise esindajad püüdnud leida viisi, kuidas kirjeldada hoonet ja selle osasid protseduuriliste juhendite abil, mille alusel kõik hoone elemendid on paika seatud ja moodustavad terviku. Taoline protseduuriline juhend ei sisalda mõistagi mõõtkettidega koordinaatpunktide külge aheldatud jooniseid, vaid peamisi parameetreid, geomeetrilisi sõltuvussuhteid ja põhimõtteid, mille abil saab hoone täpse kuju ja detailide asetuse igal ajahetkel taasluua. Selle n-ö lähtekoodi põhjal saavad kõik projekteerimise ja ehitamisega seotud osapooled vabalt valitud tarkvaraga valmistada kolmemõõtmelise mudeli. Sellise mudeli valmistamisel on oluline üksipulgi järgida arhitekti poolt etteantud koostealgoritmi, mis dikteerib erinevate geomeetriliste elementide sõltuvussuhted ja tuletamise järjekorra.

Abdulmajid Karanouh, Aedase arhitektuuribüroo juhtfiguur Al Bahari kaksiktornide projektis, näeb hoone protseduurilist projekti kui ruumilist skeemi. Algselt tornide päikesevalgusele dünaamiliselt kohaneva fassaadi teostamiseks kavandatud informatsiooni edastamise viis osutus edukaks kirjeldusmeetodiks ning võeti kasutusele terve hoone projekteerimise ja ehitamise protsessi koordineerimisel. Ehitise assotsiatiivne skeem – hoone DNA nagu Karanouh seda lühemalt nimetab – lubab arhitektil kontrollida hoone väljanägemist ja toimimist kogu projekteerimise ja ehitusprotsessi vältel. Skeemi vorm koosneb joontel ja pindadel põhinevast assotsiatiivsest geomeetriast, millele on metaandmete lisamise tulemusel antud arhitektuurne ja ehituslik tähendus.

Skeem annab hoone erinevate osade projekteerijatele ja teostajatele ette kindlate tolerantsidega piirid oma osa kavandamiseks ja teostamiseks. Samas ei tulene need mitte ainult ehitise konstruktiivsest loogikast, vaid on seotud ka hoonele esitatud klimaatiliste nõuetega.

Assotsiatiivse skeemi kasutamine pakub arhitektile võimalust säilitada kontroll terviku üle, kuid samas jagada vastutust teiste projekteerimise ja ehitamisega seotud osapooltega. Arhitektilt teistele osapooltele saadetav informatsiooni hulk väheneb oluliselt, ent informatsiooni täpsus paraneb. Edukuse ühe näitajana toob Karanouh välja ehitusjooniste ebakõlade tõttu tekkivate vigade hulga dramaatilise vähenemise. Kuigi Karanouh peab sellise meetodi kasutamist paratamatuks vajaduseks keskkonna muutustele dünaamiliselt kohanduvate ehitiste puhul, on lähenemine kasutatav ka tehnoloogiliselt lihtsamate hoonete puhul.

Mõnes mõttes võib sellist lähenemist pidada alaspetsifitseerimiseks, sest tervik ei ole jäigalt defineeritud joonistega, vaid kõikidele osapooltele antakse mõningane vabadus oma ülesannete ja eesmärkide täitmiseks. Fuller ja Haque[4] usuvad, et alaspetsifitseerimine ei mõju hästi mitte ainult arhitektuuri võimele reageerida ehituse jooksul tekkivatele muutustele, vaid kergendab ka arhitekti kohustust näha ette kõiki võimalikke eriosade vahelisi konfliktsituatsioone. Ainukeseks pahupooleks assotsiatiivse skeemi juures võib ehk lugeda seda, et arhitekt peab skeemi loomisel olema piisavalt hästi kursis hoone ehitamise ja eriosade projekteerimise protsesside ja piirangutega. Samuti peab arhitekt olema äärmiselt ettevaatlik, kuna protsessi algfaasis tehtud viga võib liigse assotsiatiivsuse tõttu kontrollimatult võimenduda.

Hoone protseduuriline juhend võimaldab sujuvamat üleminekut projekteerimisest ehitusprotsessi. Sama efekti saavutamiseks võib aga ette kujutada ka algoritmide abil ehitajate tööprotsessi koordineerimist. Kõige lähemale on sellele ehk jõudnud Šveitsi arhitektid Gramazio & Kohler, kes teevad katsetusi jooniste ja vormi modelleerimise asemel hoopis tootmisprotsessi modelleerimisega. Nende lähenemise eripäraks on see, et nad lasevad ehitajatel etteantud instruktsioone jälgides ehitise plokk ploki haaval kokku panna. Ehitajad ei ole aga luust ja lihast töölised, vaid vajalike sensorite ja mootoritega varustatud robotid.

Ehk enim meediakajastust leidnud Gramazio & Kohleri ja Raffaello D’Andrea projekt Flight Assembled Architecture koostöös ETH Zürichiga kujutab endast ehitusprotsessi, kus nelja mootoriga varustatud lendavad robotid ehitavad üksikelementidest arhitektide poolt ette määratud ruumilise installatsiooni.[5]

Siinkohal tasub tähelepanu pöörata asjaolule, et nii lennult kokku pandud vorm kui ka üksikelementide paigaldusjärjekord on eelnevalt ära otsustatud ja selles mõttes on kavandamise ja ehitamise protsess üksteisest selgelt lahus. Projektis Fragile Structure on aga Gramazio & Kohler suutnud mobiilse roboti abil teostatavat koosteprotsessi kontrollida nii, et valmiv ruumiline struktuur arvestab teataval määral ka ümbritseva keskkonnaga.[6] Kavandamise ja ehitamise protsessi ühendamise seisukohalt jätavad Gramazio & Kohler siiski üpris lahtiseks küsimuse, kas roboteid saaks ka kasutada ilma lõpptulemust defineerimata, andes ette ainult koostereeglid või tööinstruktsioonid. Need lähtepunktid peaksid samuti olema paindlikud, sest nii jääks ehitajatele piisav vabadus vormi sobitamiseks ümbritsevasse keskkonda ning kontekstitundlikuma ja ruumiliselt paindlikuma ehitise rajamiseks.

Gramazio pakub[7], et robotite tegevuse intelligentsemaks muutmiseks võiks kasutusele võtta tagasiside. See aga eeldab omakorda nii paindlikumaid koostereegleid kui ka täiuslikumaid sensoreid, mille abil robotid olemasolevat keskkonda saaksid „tajuda”. Tagasiside kasutamine väldiks ehitamisel tekkivate vigade võimendumist ja aitaks paremini toime tulla ettemääramatusega – näiteks ehituse käigus ilmnenud uute geoloogiliste asjaoludega. Selles vallas oleks meil ilmselt päris palju õppida putukehitajatelt, kes suudavad ehitamise protsessi käigus oma pesa arhitektuuri paindlikult muuta. Termiitide (Macrotermitinae) pesa pealisehitus, millel on suur tähtsus pesa loomulikul ventileerimisel, on materjali kahe pideva vastandsuunalise liikumise tulem – ühest küljest kannavad termiidid pidevalt uut pinnast mööda käike üles ja teiselt poolt toimub kokkukantud materjali erosioon, mis on põhjustatud tuulest ja vihmast.[8] Selle tõttu on pesa arhitektuur pidevas muutumises ja reageerib dünaamiliselt keskkonnatingimustele. Juhul kui näiteks pealisehitus hakkab ehitamise käigus viltu vajuma, lisatakse materjali kuskil mujal nii, et vajumine peatub. Pesa arhitektuuri saab kohendada ka vastavalt valdavale tuulesuunale ja muudele ümbritseva keskkonna eripäradele.

Nagu paljude teistegi putukakolooniate pesaehitus, põhineb ka termiitide ehitustegevus suuresti protsessi koordineerimisel läbi keskkonna – sematektoonikal[9]. Ilmselgelt ei jälgi putukad mingeid etteantud jooniseid, vaid lähtuvad otseselt keskkonna füüsikalistest omadustest.[10] Ehitustegevus toimub reaktsioonina lokaalsele stimulaatorile, milleks võib olla ka näiteks teatud ruumikonfiguratsioon. Kui ehitustegevus konfiguratsiooni muudab, võib see valla päästa täiesti uudse ehitustegevuse. Tegemist on äärmiselt efektiivse ja vähe energiat vajava koordinatsioonimehhanismiga.[11] Kui sellist lähenemist kasutada robotehitajate koordineerimisel, võiks tõeliselt dünaamiliselt tekkiv ja planeeritav arhitektuur muutuda inimkonnale kättesaadavaks.

Tuleb siiski tunnistada, et tänasel päeval on putukakolooniate pesaehitusprotsessi põhimõtete reaalne kasutamine mõeldav ainult arvutisimulatsioonides ning seetõttu praktiliselt tarvitatav vaid planeerimise ja kavandamise etapis. Kuid isegi digitaalses keskkonnas on taoliste dünaamiliste süsteemide kasutamine ruumi kavandamiseks oodatust keerulisemaks osutunud. Seetõttu kaldub valdav osa algoritmiliselt mõtlevaid arhitekte esimesse suunda ehk insener-ehitusliku lähenemise poole. Ent tüüpilised selles suunas levinud algoritmid kipuvad olema puhtalt protseduurilised ja seega väga deterministlikud instruktsioonide jadad, kuuludes oma programmeerimisstiililt pigem eelmisesse sajandisse. Protseduurilise stiili on professionaalsest tarkvaraarendusest suuresti välja tõrjunud objektorienteeritud programmeerimine. Eelkõige eelistatakse objektorienteeritud lähenemist selle modulaarsuse tõttu, mis aitab keerulisi programme lihtsamini organiseerida ja arendada.

Vaatamata protseduurilise stiili valdavusele retseptiarhitektuuris, on objektorienteeritud stiilil üllatavalt otsesed seosed ruumilise arhitektuuriga. Seda isegi nii kaugele välja, et arhitekt Christopher Alexanderit peetakse üheks sellise programmeerimisstiili teoreetiliste alustalade loojaks.[12] Alexanderi seos programmeerimisega võib siiski paljudele arusaamatuks jääda. Arhitektidele pakub ehk rohkem äratundmisrõõmu Mitchel Resnicki programmeeritavate LEGO-klotside kontseptsioon[13], mis on esmaklassiline näide, kus objektorienteeritud stiil on otseselt väljendatud ruumilise idee kaudu. Resnicki käsitluses on programmeeritavatel LEGO-klotsidel standardiseeritud ühendused, et neid saaks teiste klotsidega kokku panna, kuid iga klotsi saab omakorda eraldi muuta ja edasi arendada ilma terviksüsteemi arhitektuuri mõjutamata.

Suhteliselt lihtsalt võib ette kujutada, kuidas selline programm võiks tööle hakata ruumilise keskkonna kavandamisel. Kui kujutame LEGO-klotsi asemel ette näiteks maja, võiks sellistest „klotsidest” kokku panna elamualasid. Kui üheks mooduliks oleks aga korter, oleks tulemuseks kortermaja. Iga mooduli kohta saaks kindlaks teha, kas peamised tingimused, nagu hea ligipääsetavus ja piisav päikesevalguse hulk, on tagatud. Juhul kui ei ole, peaks mooduli kuskile mujale paigutama. Reeglid, mille alusel mooduleid ümber paigutatakse, ei pea aga sugugi olema defineeritud terviksüsteemi, vaid mooduli enda seisukohalt vaadates. Paindliku lahenduse saavutamiseks oleks ilmselt kõige lihtsam defineerida interaktsioon teiste moodulitega. Igale moodulile võib anda võime reageerida erinevatele tingimustele koha, asendi või kuju muutuse kaudu ning loota, et uus positsioon või kuju vastab esitatud tingimustele paremini.

Hillier ja Hanson[14] väitsid juba 1980ndatel, et süsteemid, mis koosnevad ainult lokaalsetele stiimulitele reageerivatest mobiilsetest ühikutest, võivad justkui iseenesest tekitada globaalse struktuuri, kus kõikide ühikute individuaalsed „vajadused” on täidetud. Näiteks toob Hillier keskaegsed linnad ja planeerimata asulad ning tõestab seda arvutuslikult loodud mudeliga.[15] Iga „hoone” selles mudelis on lihtne ruumiline ühik, mis võib piiratud alal liikuda ja ümber oma telje pöörata – selle tulemusena tekib organiseeritud tänavatevõrgustik.

See lähenemine võib arhitektidele huvi pakkuda ka sellepoolest, et juhatab meid uudse arusaamiseni ehitatud keskkonnast. Resnick[16] arvab, et uudne keskkonnakäsitlus on detsentraliseeritud ja iseorganiseeruvate süsteemide puhul vältimatu. Selles käsitluses ei ole ruumiline keskkond enam passiivsete asjade kogum, mida seal tegutsevad olendid manipuleerivad. Keskkond ei olegi enam üheselt ja globaalselt defineeritav, vaid seda saab käsitleda ainult iga aktiivse ühiku seisukohalt eraldi. Nagu varem mainitud, võib selleks aktiivseks mooduliks olla arhitektuurne ühik – näiteks hoone või korter. Sellise aktiivse mooduli keskkond moodustub kõigest, mis antud moodulist väljapoole jääb, kaasa arvatud teistest moodulitest. Tulemuseks tekib palju samaaegselt eksisteerivaid ja erinevaid, ent samas kattuvaid keskkondi.

Kuidas võiks algoritmilist mõtlemist ja arhitektuuriretsepte praktiliselt kasutada, on muidugi omaette küsimus. Ilmselt ei ole eriti raske ette kujutada assotsiatiivsete skeemide ja robotehituse võimalikke rakendusi. Teatud hoonetüpoloogiate puhul võivad assotsiatiivsed skeemid tänased ehitusjoonised kõrvale tõrjuda. Samas on ehitusjooniste asendamisele ka palju populaarsemaid digitaalseid lahendusi, mis oluliselt suurema tõenäosusega lähiajal uueks ehitusprojekti traditsiooniks saavad ning skeemidest oluliselt rohkem tähelepanu pälvivad. Ehitamise totaalne automatiseerimine on aga suhteliselt tõenäoline ja meie planeedi kasvava inimpopulatsiooni ja jätkuva elustandardi parandamise vajaduse tõttu ka ilmselt paratamatu tulevik. Kuigi esialgsed sammud selles suunas on veel valdavalt akadeemilised, võib ehitajarobotite väljavaadet ehitamine inimkonnalt üle võtta pidada üpris tõenäoliseks.

Keskkonna kavandamise juures on arhitektuuriretseptidel natuke teistsugused väärtused. Kõige ilmsem neist on suurenev modelleerimise ja projekteerimise kiirus. Suurem kiirus võimaldab toota palju erinevaid variante ja variatsioone, mille hulgast saab automatiseeritud analüüside abil parimad välja sõeluda ja nii suurendada läbitöötatud variatsioonide arvu.

Ent lisaks pakub algoritmiline lähenemine ka võimalust katsetada uusi keskkonna kujundamise põhimõtteid. Arhitektuuriretseptid oleksid suureks abiks jätkusuutliku ja ebaloomulike katkestusteta keskkonna kavandamise, ehitamise ning kasutamise regulatsiooni väljatöötamisel. Fuller ja Haque[17] leiavad, et projekteerimise eraldamine ehitamisest ja ehitusprotsessi lahus hoidmine hoone kasutamisest ei vasta enam kaasaegsetele vajadustele ega elamise mudelile. Taoline eraldatus piirab keskkonna kujunemist ega jäta piisavalt ruumi muutustele ja võimalustele ruumi kasutusstsenaariumite ümbermängimiseks. Fulleri ja Haque’i arvates on planeerimise ja linnaehituse protsessid juba praegu algoritmilised. Kuigi neid juhitakse näiliselt muutumatute planeeringute ja ehitusmääruste abil, saaks kvaliteeti oluliselt parandada paremate retseptide väljatöötamisega. Retseptiarhitektuuri saaks kohandada ka väiksemas mastaabis näiteks osalusplaneerimise reeglite ning põhimõtete loomisel ja katsetamisel. Algoritmilise mõtlemise esindajatel võiks siin olla roll mitte ainult võimalike arengute visualiseerimisel kehtivate planeeringute ja ehitusmääruste piirides, vaid paindlikumate retseptide väljatöötamisel erinevate linnaosade, kvartalite ja ka ehitiste kujundamisel, ehitamisel ja kasutamisel.

Fragmendid Al Bahari torni „DNAst” ja valmiv torn. Pildid: A. Karanouh, 2012

Fragmendid Al Bahari torni „DNAst” ja valmiv torn. Pildid: A. Karanouh, 2012

Lendrobot installatsiooni ehitamas. Gramazio & Kohleri ja Raffaello D’Andrea projekt Flight Assembled Architecture koostöös ETH Zürichiga. Foto: François Lauginie

Lendrobot installatsiooni ehitamas. Gramazio & Kohleri ja Raffaello D’Andrea projekt Flight Assembled Architecture koostöös ETH Zürichiga. Foto: François Lauginie

   (↵ returns to text)

  1. Patrik Schumacher, „The Future Is Parametric,” Building Design (United Business Media, 2008).
  2. P. S. Coates, Programming. Architecture (London: Routledge, 2010).
  3. Chris Williams, „Practical Emergence,” Space Craft: Developments in Architectural Computing (London: RIBA Publishing, 2008), lk 72–79.
  4. Matthew Fuller ja Usman Haque, Situated Technologies Pamphlets 2: Urban Versioning System 1.0 (New York: The Architectural League, 2008).
  5. Jan Willmann, Fabio Gramazio, Matthias Kohler ja Silke Langenberg, „Digital by Material. Envisioning an Extended Performative Materiality in the Digital Age of Architecture,” Proceedings of Robotic Fabrication in Architecture, Art and Design (Springer, 2012), lk 12–27.
  6. Ibid.
  7. Veronika Valk, „Kogu võim lendrobotitele?”, Sirp 20.04.2012.
  8. Scott Turner, „Homeostasis, Complexity, and the Problem of Biological Design,” Complexity and Philosophy (Stellenbosch, 2007).
  9. ingl k sematectonics
  10. Eric Bonabeau, Marco Dorigo, Guy Theraulaz, Swarm Intelligence: From Natural to Artificial Systems (New York: Oxford University Press, 1999).
  11. Hadeli, Paul Valckenaers, Martin Kollingbaum, Hendrik van Brussel, „Multi-agent Coordination and Control Using Stigmergy,” Computers in Industry 53 (1) (2004), lk 75–96.
  12. Doug Lea, „Christopher Alexander: An Introduction for Object-Oriented Designers”, Software Engineering Notes 19 (1) (1994), lk 39–46.
  13. Mitchel Resnick, Turtles, Termites, and Traffic Jams: Explorations in Massively Parallel Microworlds (Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1994).
  14. Bill Hillier, Julienne Hanson, The Social Logic of Space (Cambridge: Cambridge University Press, 1984).
  15. Bill Hillier, „Architecture of the Urban Object,” Ekistics 56 (334/335) (1989), lk 5–21.
  16. „Decentralized Modeling and Decentralized Thinking,” Modeling and Simulation in Science and Mathematics Education (New York: Springer, 1999), lk 114–137.
  17. Matthew Fuller ja Usman Haque, Situated Technologies Pamphlets 2: Urban Versioning System 1.0