1. Introdução

Ateliês convencionais de arquitetura podem começar com pesquisa de lugar, programas ou tecnologias de construção específicas como condutores de um processo de design, utilizando ferramentas digitais como meio de apresentação. Nos últimos anos, testemunhamos um número maior de ateliês digitais, que têm sido ministrados com ênfase nas ferramentas digitais. Destacando a ferramenta, essas investigações frequentemente se focam na pesquisa de inovações formais para a arquitetura. Greg Lynn, Zaha Hadid e Patrick Schumacher conduzem este método nos cursos que ministram, tanto na Europa como nos Estados Unidos (TERZIDIS, 2004).

O ateliê que será discutido neste artigo é uma tentativa de tirar o foco da ferramenta e passá-la para a metodologia, como uma estrutura construtiva genérica. O método discutido é baseado na abordagem de Lars Spuybroek para ensinar design digital, desenvolvido na Universidade de Columbia, na Universidade de Kassel e no Instituto de Tecnologia da Geórgia. Certamente, abordagens semelhantes para design digital podem ser observadas na Architectural Association em Londres, na Universidade de Ciências Aplicadas de Viena, no MIT, na Universidade da Pensilvânia, e em outras universidades. Em vez de analisar as semelhanças e diferenças entre os diversos programas, este artigo focalizará particularmente a abordagem de design digital de Lars Spuybroek.

2. Pesquisa e Design

No prefácio da R&D, Lars Spuybroek (2009, p.7) afirma:

Informação era texto; forma era arquitetura. Hoje as coisas mudaram. Ferramentas não são mais fixas, modelo não é mais fixo, mapas demográficos têm sido completamente modificados, os produtos estão sendo substituídos por meios-produtos e tudo parece ser fluido e vago. Design requer mais pesquisa, uma vez que na transferência para a arquitetura não há códigos prefixados, nem formas e procedimentos prefixados. Pesquisar não é mais suficiente antes de entrarmos em fase de projeto: agora temos que pesquisar o projeto em si¹.

Nesse contexto ele postula que os nossos métodos de ensino e de concepção de projeto devem se tornar mais rigorosos e mais claros.

O trabalho de Lars Spuybroek no Instituto de Tecnologia da Geórgia é o melhor documentado das três escolas mencionadas acima. O Programa Ventulett do Instituto de Tecnologia da Geórgia permite que ele publique o trabalho de cada ano na série Research and Design (R&D). R&D I e II, que presentam trabalho de 2007 e 2008, respetivamente, já foram publicados. A metodologia de ensino apresentada nesses livros é baseada em um programa de dois semestres, com dois ateliês de design subsequentes, dois seminários teóricos e um simpósio que está ligado ao tema específico do ano. Em R&D I, o tema foi Uniformidade e Variação; em R&D II, o tema foi Tectônica Têxtil. Em 2009 o tema foi Ver e Sentir, em 2010, Artesanato Digital e em 2011, A Beleza. O programa é aberto a estudantes do final do curso de pós-graduação e doutorado. O ateliê acontece durante dois semestres: o primeiro semestre é estruturado em uma parte de pesquisa e uma parte de projeto. O segundo semestre é estruturado em uma investigação sobre sítios de implantação e uma segunda parte que estuda a fabricação.

Por exemplo, o ateliê Tectônica Têxtil, ministrado em 2008 e publicado na R&D II, foi focado na estrutura dos tipos de construção vertical.

Na primeira parte do primeiro semestre, os alunos foram orientados a pesquisar as técnicas têxteis. Tópicos dentro desta pesquisa incluíram figuras góticas, trança, espuma, radiolários e sistemas de trançado simples, baseados nos experimentos de exploração formal com fios de lã de Frei Otto (KOLODZIECJZYK, 1992). Para cada tópico os alunos foram orientados a fazer diagramas dos padrões, como sistemas de números variáveis e suas configurações. Estes sistemas foram interpretados pelos alunos através de computação analógica - Gaudi e Frei Otto - e através de diagramação rigorosa, seguida da tradução para sistemas digitais. Esses diagramas eram paramétricos e ainda eram capazes de variar dentro de uma determinada escala definida. Durante esta fase, os alunos trabalharam em pares, promovendo uma abordagem com base no diálogo.

Na segunda parte do primeiro semestre, os estudantes foram desafiados a usar os sistemas-padrão, analisados na primeira parte do semestre, para influenciar a arquitetura em um ou mais de três sistemas interligados. Por exemplo, sistemas de fachadas diferentes poderiam ter sido um resultado da associação de um sistema estrutural com um sistema ornamental, ou a relação entre um sistema estrutural e um volume ou um conjunto voluméntrico. Um padrão, por exemplo, poderia ter sido utilizado pela primeira vez para formar um sistema estrutural, que também influenciou a distribuição de elementos do programa, o posicionamento das lajes de chão, a composição da fachada, a formação de aberturas e possíveis relações com um sítio específico. Os estudantes nesta abordagem foram desafiados a desenvolver uma vasta gama de protótipos diferentes, de componentes e elementos de edifícios, e suas possíveis relações. Sistemas tectônicos foram desenvolvidos como sistemas baseados em regras que eram flexíveis o suficiente para potencialmente responder a diferentes forças externas e internas, tais como do local de implantação e do programa, sem serem adaptadas a um contexto específico.

Na primeira parte do segundo semestre os alunos usaram os sistemas arquitetônicos que eles tinham desenvolvido no primeiro semestre para responder às padrões paramétricas de um local e um programa específicos. Como conseqüência desse processo, os projetos se auto atualizaram. Os estudantes selecionaram seu próprio local e o programa com base no potencial que o antigo sistema desenvolvido teria para um determinado local e um determinado programa. A segunda parte do segundo semestre concentrou-se na exploração de propriedades tectônicas através da fabricação digital com o objetivo de produzir modelos grandes. Todos os modelos exigiram muito controle numérico por computador, o que por fim se somaria ao potencialmente infinito "zoológico" borgiana, um Wunderkammer de variações e estudos (SPUYBROEK, 2009, p.7). Estes modelos incluíam estruturas de 2m de altura bem como maquetes de estruturas de fachada em escala completa.

3. Metodologia do ateliê para Design 1

No verão de 2011, Lars Spuybroek e nós fomos requisitados para desenvolver um novo método de ensino para um ateliê do segundo ano de graduação da Faculdade de Arquitetura do Instituto de Tecnologia da Geórgia. Adaptar um quadro pedagógico, que se baseia na exploração de conceitos arquitetônicos específicos, foi um desafio, mas forneceu uma série de vantagens para a situação específica do currículo da nossa Faculdade de Arquitetura. Depois do Common Fist Year, a disciplina Design 1 é o primeiro ateliê de design no currículo de graduação da arquitetura. O segundo ano é seguido por ateliês facultativos que são oferecidas em um formato de ateliê vertical que combina estudantes dos terceiro e quarto anos.

O primeiro ano comum [Common First Year] apresenta aos alunos uma ampla gama de métodos diferentes de perceber o mundo e métodos para ajudá-los a se engajar com ele. Um ateliê semelhante ao de Lars Spuybroek, como o elaborado acima, poderia proporcionar aos alunos mais tempo e feedback para desenvolver um método específico muito mais profundamente e mostrar como uma compreensão específica do mundo poderia influenciar no desenho de um edifício. Como sequência, o segundo ano também vai preparar os alunos para o ano seguinte com, uma compreensão dos fundamentos da pesquisa em design, um processo de design arquitetônico de um edifício de uma determinada complexidade, e as convenções de apresentação em arquitetura. Um semestre precisamente estruturado como um único projeto de pesquisa e de criação, também possibilitam a formação dos objetivos de aprendizagem estabelecidos desde a partir do primeiro ano. Enquanto no primeiro ano, o foco está na grande variedade de mídias e ferramentas, este semestre permite que os alunos ampliem seus conhecimentos e habilidades através do desenvolvimento de um método único e de um conjunto específico de ferramentas. Elaborar um semestre em 2 partes, uma focada em pesquisa e uma em design vai mais longe ainda promovendo objetivos de aprendizagem claramente estruturados.

Na parte de pesquisa, objetivos de aprendizagem podem ser os seguintes: Concentrando-se em um tópico de pesquisa por um período de tempo mais longo, os estudantes serão capazes de elaborar mais sobre um tema e um método específicos e serão capazes de apresentar uma pesquisa de forma muito precisa e detalhada. A análise dos sistemas de fora da disciplina de arquitetura permite a introdução de um processo de design sistemático sem favorecer um determinado tipo de arquitetura ou estilo, uma vez que a pesquisa pode ser formal, estrutural ou mesmo decorativa. A orientação para uma estrutura de pesquisa muito rígida pode dar suporte a construção paralela de habilidades, usando metodicamente ferramentas digitais. Utilizando um rígido processo de design, os estudantes aprenderão como o mesmo pode ser estruturado de forma metódica. Desenvolvendo uma estrutura precisa que permite a formulação de objetivos de aprendizagem igualmente precisos.

Na parte de design os objetivos de aprendizagem expandirão os objetivos anteriores, com a meta de aplicar uma compreensão analítica própria através do desenvolvimento de ideias arquitetônicas. Isso fornecerá uma estrutura que permite aos alunos gerir e responder a um complexo conjunto de parâmetros que incluem locais e programas. Os objetivos de aprendizagem na segunda parte do ateliê também incluem a convenção de representação arquitetônica. Usando um projeto que não é demasiado complexo em termos de local e programa é possível desenvolver o projeto em si mais detalhadamente. Isso promove um contato direto com aspectos como material ou estrutura. Deste modo, o ateliê, que apresenta um programa de arquitetura, pela primeira vez servirá de transição para ateliês de design mais abrangentes nos anos seguintes.

A adaptação de um ateliê de pesquisa de pós-graduação para um ateliê de segundo ano de graduação é claro que não acontece sem mudanças organizacionais. Diferente do estudo optativo de pós-graduação de Lars Spuybroek, que normalmente é co-ensinada com cerca de 15 alunos, nós tivemos 60 alunos e em vez de um ano, fomos desafiados a comprimir a sequência dentro de um semestre.

A fim de gerenciar o grande grupo de alunos, nós os dividimos em quatro grupos de 15 alunos cada. As quatro partes do ateliê de pós-graduação eram: Pesquisa e design no primeiro semestre e investigação local e foco em fabricação no segundo semestre, o que foram modificados em 4 partes ligeiramente diferentes, tudo dentro de um semestre. 1) Técnicas de agregação: análise. 2) Técnicas de agregação: diagramação digital. 3) Diferenciação e integração: programação e implantação da agregação. 4) Novas habilidades: desenho, modelagem e renderização. A fim de maximizar a consistência da abordagem, da estrutura e do resultado, todas as seções compartilharam uma agenda muito detalhada e revisada como os mesmos horários. As quatro seções foram ensinadas por Marcelo Bernal, Jihan Stanford, Sarah Soh e Alice Vialard. Isso favoreceu a movimentação entre as diferentes seções com o objetivo de atingir as metas de aprendizagem consistente. Este formato foi escolhido para introduzir essa metodologia específica aos professores.

Além do desafio de comprimir um ateliê que, normalmente, Lars Spuybroek ministra durante dois semestres, em um só, um dos principais desafios foi transformar um ateliê de nível superior especializado em um ateliê de conteúdo básico de design. Esta mudança levantou uma série de questões relativas à "representação" e à agenda geral do curso: Como respondemos à agenda do conteúdo do currículo e abranger aspectos tais como programas e as relações entre programas e locais, e como integrar o ensino de software ao ateliê.

3.1. Representação

O atêlie diferencia dois tipos de representação:

1) Representação com um vetor regressivo: o conhecimento de um objeto comanda a representação e a representação é um ato passivo de documentar o conhecimento existente.

2) representação com um vetor progressivo: a representação é um processo ativo que nos permite reunir conhecimento através desse processo.

É claro que ambos os tipos de representação podem ser encontrados em um processo de design. Mas dentro do plano de estudo apresentado, a representação progressiva é explorada por um processo que continuamente acrescenta novos conjuntos de aspectos arquitetônicos ao sistema original de agregação: Enquanto os estudantes diagramam uma revoada de pássaros, uma manada fugindo de um predador, pessoas na praia ou o processo de cristalização, eles entendem que há arquitetura incorporada dentro desses padrões. Como a metodologia apresenta aspectos arquitetônicos em um procedimento passo a passo, cada representação - diagramas, modelos, representações 3D, etc. - é informada pelo conhecimento adquirido antes (tipo de representação 1) e pelo conhecimento adquirido durante a execução da representação, que responde aos aspectos estudados no momento (que poderiam ser estrutura, textura, massing, fenestração, programa etc.). Este processo é obviamente bi-direcional, quando olhamos para a quebra de gelo, por exemplo, isso influencia a quebra dos elementos do programa. O diagrama original de gelo quebrado é re-visitado com o pré-conhecimento de como partes de um programa de arquitetura interagem. Então, a informação é enviada a partir do diagrama do programa para o diagrama original do agregado, mas ao mesmo tempo o sistema de agregação envia informação para o programa, que cria momentos de inovação. A representação e conhecimento resultantes são formadas por ambas as entidades enquanto negociação.

O programa e o local de implantação foram introduzidos na metade do semestre. Isto permitiu aos alunos desenvolverem sistemas independentes das limitações de local e programa. A estratégia de deixar Local e Programa para depois da primeira metade do semestre reforçou a idéia de analisá-los através de uma estrutura previamente desenvolvida. Isso ajudou os alunos a desenvolverem segurança e tranqüilidade para responder ao programa e ao local de maneira não convencional. A introdução de convenções da representação arquitetônica, tais como planta de projeto, secçãos e elevaçãos, teve lugar no final do semestre. A sensibilidade para os desenhos 2D e 3D e as técnicas de modelagem foram desenvolvidas na parte de pesquisa do semestre. Dependendo dos diferentes tópicos de pesquisa, cada aluno desenvolveu uma linguagem, disponibilizado no final do semestre, para apresentar os sistemas que eles analisaram. Na segunda metade do semestre os alunos foram orientados a usar a sua linguagem de modelagem e desenho de acordo com a convenção de apresentação de arquitetura, tais como plantas, secções e elevações.

3.2. Integração de currículo

O desafio foi introduzir um grande volume de material para os estudantes dentro de um quadro de horário muito restrito. Isso não era um problema para os ateliês facultativos de nível avançado, nos quais se pressupõe que os alunos já tenham as habilidades em software adequadas, estejam familiarizados com a convenção de representação arquitetônica e já tenham lidado com problemas arquitetônicos que envolvem uma certa complexidade de programa e local. O desafio de introduzir o software, técnicas de representação e questões complexas de arquitetura em um só curso, abriu a oportunidade para reconstruir a maneira na qual as ferramentas digitais são introduzidas no currículo da graduação.

Nos currículos de ensino anteriores, os cursos de software eram ministrados separadamente do ateliês de design e estruturados em torno de diferentes aplicações. Em muitos casos, essas ferramentas influenciam renderizações de projetos finais, mas não o processo de design em si. Neste ateliê, nós nos focamos na construção de competências digitais mais integradas a um processo de projeto arquitetônico. Em vez de introduzir o conhecimento técnico separado do design, as competências digitais são introduzidas para serem o instrumento para design. Falar sobre competências digitais, portanto, não significa falar da ferramenta em si, mas do método que dirige o design. As técnicas e ferramentas de design estão ligadas ao projeto através do método. Semelhante a esta analogia, nossos estudantes foram orientados a desenvolver métodos, no nosso caso métodos digitais, antes de introduzir um programa de arquitetura e um local. Nosso objetivo era fazer os alunos percorrerem um processo no qual métodos "digitais" são usados ​​para definir as relações intrínsecas, dentro do programa e as relações entre o programa e o local. Os softwares introduzidos incluíam Adobe Photoshop e Illustrator, Rhino, V-Ray e o básico de Grasshopper.

4. Estrutura

O ateliê foi realizado pela primeira vez no segundo semestre de 2011. Uma investigação e o estudo dos sistemas não arquitetônicos existentes foram usadas para desenvolver métodos digitais, que foram usados ​​para gerar um projeto de arquitetura em um local específico. Os alunos foram orientados a diagramar e entender agregados como sistemas baseados em regras, ou seja, coleções de itens que são reunidos para formar uma quantidade total (Inglês Medieval aggregat, do latim aggregatus, particípio passado de aggregare [adicionar a], de ad-+ greg-, grex [rebanho, unir, juntar]). O clima, por exemplo, é a agregação de todas as formações meteorológicas locais por períodos mais longos de uma temporada ou ano - com suas variações locais.

4.1. Técnicas de Agregação: Análise (Semana 1-2)

O ateliê não investigou agregado relacionado a material como um material de construção (Dierichs, Menges, 2010), mas como um sistema ou arquitetura incorporada a sistemas agregacionais, que pode ser usado para elaborar textura, estrutura, volume, programa, e qualquer outro sistema de arquitetura. As peças agregacionais são entendidas como partes variantes, peças paramétricas com propriedades flexíveis que respondem a diferentes vetores ou forças dentro de seu carácter sistémico. Este método seguiu um processo evolutivo que permitiu a diferenciação e integração de diferentes sistemas com complexidade crescente:

A complexidade aumenta quando a variedade e a dependência das peças aumentam. O processo de aumento da variedade é chamado de diferenciação e o processo de aumento do número ou da força das conexões é chamado de integração. A evolução biológica e cultural produz tanto diferenciação quanto integração em muitas escalas e níveis ... (Weinstock, 2010, p.30).²

Este desenvolvimento da complexidade da arquitetura através da diferenciação e integração foi gerado em ordem sucessiva em diferentes camadas e escalas e não todas ao mesmo tempo.

Os tipos de agregações pesquisados ​​foram: rachaduras e agrupamentos de diferentes tipos de gelo flutuante do mar, tais como gelo à deriva ou placas gelo, agregação de pessoas em um parque, patchwork em mercados africanos auto-organizados, estados completos e incompletos de lama rachada, tipos de vidro quebrado radialmente e linearmente, madeira de lei de porosidade difusa e anular, condução de toras de madeira, bolor de lodo, rochas ígneas, ligas metálicas, o afluir de animais em rebanhos, tais como ovelhas, os padrões de cardumes de angelfish, formações de areia e pele de crocodilo.

Durante as primeiras cinco semanas, os alunos trabalharam em pares e escolheram uma estrutura agregacional da lista de tópicos fornecida. Os alunos aprenderam como transformar imagens em diagramas a fim de explicar e englobar uma compreensão fundamental sobre o seu sistema agregacional. As ferramentas utilizadas foram Photoshop, Illustrator e Rhinoceros. Os alunos foram orientados a traçar as imagens com ferramentas típicas de diagramas como linhas, linhas tracejadas e pontilhadas, setas, cores e textos de diferentes tamanhos a fim de aprender a representar a sua análise como um conjunto de regras e pseudo-scripts.

4.2. Técnicas de agregação: diagramação digital (Semana 3-5)

Nesta fase, os alunos transformaram o material analisado em questões mais arquitetônicas, usando aplicativos de software específicos para a arquitetura, como o Rhinoceros. Eles começaram re-trabalhando os diagramas analíticos em padrões 2D primeiro e mais tarde em padrões 3D e morfologias. No final desta fase, os estudantes tiveram uma ampla variedade de estruturas agregacionais, formas ou padrões com variação paramétrica. Este trabalho foi explorado através de grandes campos/conjuntos de peças configuradores, ilustrando a variabilidade destas peças e as regras de configuração. Neste ponto, editores paramétricos, com feedback em tempo real, foram introduzidos para explorar a variabilidade.

4.3. Diferenciação e integração: inserindo programa e local à agregação (semana 6-10)

As equipes se separaram nesta fase e os alunos trabalharam individualmente a partir deste ponto. Eles foram orientados a investigar como os sistemas agregados podem responder à tipologia do programa de arquitetura e ao lugar de implantação. O programa para este ateliê particular era um centro cultural com áreas de exposição, um espaço multifuncional, um pequeno teatro, um teatro ao ar livre, uma cafeteria, um espaço para a administração e área de serviços. Os alunos podiam sugerir inclusões no programa, a fim de adaptar ao local ou programa específico. O lugar, uma área maior em um parque local, sugeriu uma infinidade de qualidades locais e potenciais resultantes da topografia, vegetação, vistas, acessibilidade e do programa existente dentro do parque. O local foi escolhido intencionalmente como um ambiente anti-urbano para melhor corresponder aos tipos de agregação selecionados pelos alunos, todos os quais operavam em uma superfície através de extensão horizontal. Os alunos precisavam selecionar um local específico dentro de um sítio maior. Eles foram ainda orientados a desenvolver um raciocínio e uma narrativa para a sua escolha por meio das técnicas de diagramação.

O processo de design nesta fase compreendeu o desenvolvimento dos subsistemas relacionados de programa, circulação e navegação. Cada uma destas categorias é desenvolvida de acordo com uma lógica espacial específica da agregação e uma distribuição espacial sofisticada dos domínios do programa. Condições limítrofes entre as partes do programa tiveram que ser estudadas para integrar ou unificar os diferentes domínios. Um sistema de navegação e circulação foi desenvolvido como meio de orientação através do sistema agregacional, o que é particularmente desafiador para estruturas não hierárquicas.

Os estudantes se apropriaram do conjunto de regras, que eles usaram na fase de pesquisa, para explicar seus sistemas agregacionais e organizar agora sistemas de arquitetura como programa ou local. Por exemplo: diagramas de bolhas programáticas, que refletem as relações sociais e hierárquicas, transformadas em sistemas espaciais ou tectônicos, que seguiram a sistematicidade, anteriormente desenvolvida na fase de investigação. A diagramação do sítio envolveu fluxos de tráfego, linhas de visão, comportamento sol/sombra, mas também fatores experienciais, como a luz ou o som que agora se tornam parte do sistema agregacional.

A pesquisa analítica, que primeiro conduziu aos diagramas, tornou-se agora um potencial iniciador do projeto, que permite continuar a desenvolver ideias para escadas, entradas, aberturas, etc., como parte da sistematicidade. Nesta fase, os alunos aprendem técnicas adicionais de modelagem no Rhinoceros, extraindo informação digital do arquivo 3D para a confecção de modelo físico, desenho 2D com o AutoCAD e técnicas adicionais no Grasshopper. Uma forte ênfase recai sobre o feedback bi-direcional entre o modelo digital e o físico para questionar as duas grandezas.

4.4. Novas habilidades: modelagem de desenho e renderização (Semana 11-16)

Na fase final, o ateliê foi focado na produção para a apresentação final, que incluiu desenhos, representações, diagramas, bem como modelos 3D físicos e digitais.

5. Casos de estudo:

Neste parágrafo queremos discutir três projetos, que exemplificam diferentes abordagens dentro da metodologia. Os dois primeiros projetos seguem rigorosamente a metodologia, enquanto que o último desvia-se da abordagem por utilização de um método de computação analógica.

5.1. Ligas metálicas:

A pesquisa deste projeto começou com o estudo da estrutura de ligas metálicas com foco especial na equação de Cahn-Hilliard, que explica a separação das fase de uma liga binária a uma temperatura fixa. Princípios dessa microestrutura, na qual dois materiais interagem, foram extraídos para influenciar a interação social dos espaços. Mais tarde, o sistema pesquisado também foi usado para viabilizar um sistema estrutural do projeto proposto (lajes, fachadas e sistema de coluna).

5.2. Rochas ígneas:

O segundo estudo de caso observa as rochas ígneas e o processo de cristalização. A análise do resfriamento e solidificação do magma foi capturada por meio do poder da diagramação, que cria limites de cristais. O sistema de limites foi primeiro transferido para o programa do projeto através da criação de cercos e de conectividade para diferentes programas e, em seguida, desenvolvido em um sistema de coberturas piramidais, que canalizavam a luz de maneiras diferentes.

5.3. Toras em um rio:

O terceiro estudo de caso é um projeto que analisou a distribuição das toras de madeira em um rio. Na falta de material visual, o projeto desviou-se ligeiramente da metodologia de estudo através da criação de uma experiência analógica: Em um grande modelo, os diferentes parâmetros, tais como direção do fluxo, tamanhos das toras, quantidade de toras e margens, foram testados e diagramados. Os diagramas revelaram a formação de grupos e espaços de ligação, que foram transferidos para o sistema de design de cobertura. O projeto foi desenvolvido principalmente através da confecção do modelo análogo. O projeto segue a mesma metodologia, mas desviou-se gravemente em relação às ferramentas utilizadas.

6. Conclusão

É, naturalmente, difícil de quantificar melhorias no design arquitetônico, mas pode-se observar que as habilidades dos estudantes no desenho e na representação digital mostram uma compreensão mais profunda do espaço e da estrutura e que a metodologia tem promovido uma compreensão conceitual das ferramentas e técnicas de um processo de design.

Os alunos também aprenderam a usar a representação de diferentes maneiras: desde a representação que funciona para explicar algo que já existe, como também para o uso de uma representação existente que pode gerar algo novo. Os alunos também aprenderam a editar e desenvolver representações para passar informações de uma forma muito precisa e clara. E finalmente, eles aprenderam as convenções arquitetônicas de representação, tais como planta, secção e elevação.

Durante a revisão parcial e a avaliação final, os revisores externos comentaram sobre a metodologia do ateliê. A maioria dos comentários ressaltou a abrangência e a complexidade do projeto. Um grupo de críticos estava recomendando uma agenda de pesquisa mais direcionada, sem qualquer local ou programa, enquanto outro grupo criticou a falta de uma compreensão mais profunda de local e programa. Ambas as posições têm seu mérito, mas a clareza de local e programa foi intencionalmente selecionada para os alunos do segundo ano. Estudantes do segundo e primeiro ano de arquitetura, depois do Common First Year, estão geralmente ansiosos para projetar sua primeira construção, mas precisam da orientação da fase de investigação para serem capazes de desenvolver um regime.

Do ponto de vista dos alunos, o ateliê foi um grande sucesso. Embora haja uma crítica construtiva nas avaliações do curso de que a metodologia apareceu de surpresa. Estamos, portanto, planejando oferecer mais conhecimento teórico ou mais palestras que enquadrem esta metodologia em um contexto mais amplo, se for repensada para uma segunda vez.

7. Referências

DELEUZE, G., GUATTARI, F., A Thousand Plateaus, editora, cidade, p. 141-142, ano.

DIERICHS, K., MENGES, A., Material Computation in Architectural Aggregate Systems, ACADIA 2010, New York, p. 372-378, 2010.

KOLODZIECJZYK, M. Verzweigungen mit Fäden: Einige Aspekte der Formbildung mittels Fadenmodellen, Verzweigungen, Natürliche Konstruktionen - Leichtbau in Architektur und Natur, 4, p.101-126, 1992.

SPUYBROEK, L. (ed). Research & Design: Textile Tectonics, NAI Publishers, Rotterdam, 2011.

SPUYBROEK, L. (ed). Research & Design: The Architecture of Variation, Thames e Hudson, London, 2009.

TERZIDIS, K. Algorithmic Design: A Paradigm Shift in Architecture?, 22nd eCAADe, Copenhagen, p. 201-207, 2004.

WEINSTOCK, M. The Architecture of Emergence: The Evolution of Form in Nature And Civilisation, John Wiley & Sons Ltd, Southern Gate, Chichester, 2010.

1. Introduction

Conventional architectural studios may start with research of site, program or specific building technologies as drivers for a design process, using digital tools as a means of presentation. In recent years we witnessed a larger number of digital studios that have been taught with the emphasis on digital tools. Foregrounding the tool these investigations often focused on the investigation of formal novelties for architecture. Greg Lynn, Zaha Hadid and Patrick Schumacher are leading this method in the studios they taught in Europe as well as in the United States (Terzidis, 2004).

The studio that will be discussed in this paper is an attempt to move the focus from the tool to methodology, as a constructive generic framework. The discussed method is based on Lars Spuybroek’s approach to teaching digital design, which he developed at Columbia University, University of Kassel and the Georgia Institute of Technology. Certainly, similar approaches to digital design can be observed at the Architectural Association in London, the University for Applied Sciences in Vienna, at MIT, at University of Pennsylvania and at other universities. Instead of analyzing the similarities and differences between the different programs this paper will specifically focus on Lars Spuybroek’s approach to digital design.

2. Research and Design

In the foreword of R&D Lars Spuybroek (2009, p.7) states:

Information was text; form was architecture. Today, things have changed. Tools aren’t fixed anymore, type isn’t fixed anymore, demographic maps have been changed completely, products are being replaced by half-products and everything seems to be fluid and vague. Design requires more research, since the transfer into architecture is without prefixed codes, without prefixed forms and procedures. It is no longer enough that we do research before entering a design phase: we now have to research design itself.

In that context he postulates that our methods of teaching and designing must become more rigorous and clear.

Lars Spuybroek’s work at the Georgia Institute of Technology is the best documented of the three schools mentioned above. Georgia Tech’s Ventulett Program allows him to publish the work from each year in the Research and Design series (R&D). So far R&D I that presents work from 2007 and R&D II that presents work from 2008 have been published. The teaching methodology presented in these books is based on a two-semester program with two subsequent design studios, two theory seminars and a symposium that is linked to the topic of the specific year. In R&D I the topic was Uniformity and Variation, in R&D II the topic was Textile Tectonics. In 2009 the topic was Seeing and Feeling, 2010 Digital Craft and 2011 Beauty. The program is open to students at the end of the graduate program and postgraduate students. The studio takes place over two semesters: The first semester is structured into a research part and a design part. The second semester is structured into a site investigation and a second part that investigates fabrication.

For example the studio Textile Tectonics taught in 2008 and published in R&D II focused on the structure of vertical building types.

In the first part of the first semester students were asked to investigate in textile techniques. Topics within this research included gothic figures, braiding, foam, radiolarian and minimal path systems based on Frei Otto’s form finding experiments with wool threads (Kolodziejczyk, 1992). For each topic students were asked to diagram patterns as systems with varying figures and their configurations. These systems were understood by the students through analogue computing - Gaudi and Frei Otto - and through rigorous diagramming and subsequent translation into digital systems. The diagrams were parametric and were still able to vary within a certain defined range. During this phase students worked in pairs, which helped to foster a dialog-based approach.

In a second part of the first semester students were challenged to use the pattern systems analyzed in the first part of the semester to inform architecture in one or more of three interconnected systems. For example different façade systems might have been a result from relating a structural with an ornamental system or the relationship between a structural system with a volume or massing system. A pattern for instance might have been first used to inform a structural system that further informed the distribution of program elements, the positioning of floor slabs, the composition of the façade, the formation of apertures and possible relationships to a specific site. Students in this approach were challenged to develop a wide range of different prototypes for building components and elements and their possible relationships. Tectonic systems were developed as rule based systems that were flexible enough to potentially respond to different external and internal forces such as site and program without being tailored to a specific context.

In the first part of the second semester students used the architectural systems that they developed in the first semester to respond to parametric forces of a specific site and program. The projects actualized themselves in this process as consequences. The students selected their own site and the program based on the potential that the previous developed system would have for a certain site and a certain program. The second part of the second semester focused on the exploration of tectonic properties through digital fabrication with an aim to produce large models. All models heavily involved computer numeric control, which would eventually add up to a potentially infinite Borgesian “zoo,” a Wunderkammer of variations and studie (Spuybroek, 2009, p.7). These models included 2m high structures as well as mock-ups of full-scale façade structures.

3. Studio Methodology for Design 1

In summer 2011 Lars Spuybroek and we were asked to develop a new teaching method for a second year undergraduate studio at the School of Architecture at the Georgia Institute of Technology. Adapting a pedagogical framework that is based on the exploration of specific architectural concepts was challenging but provided a series of advantages for the specific situation of the curriculum of our Architecture School. After the Common First Year, Design 1 is the first design studio in the undergraduate architecture curriculum. The second year is followed by option studios that are offered in a vertical studio format that combine third and fourth year students.

The common first year introduces students to a wide range of different methods of perceiving the world and methods to help them to engage it. A studio similar to the Lars Spuybroek studio as elaborated above might provide the students with more time and feedback to develop one specific method much further and show how a specific understanding of the world might inform the design of a building. Such a sequence in the second year will also equip students for the following third year with an understanding of the fundamentals of design research, an architectural design process of a building of a certain complexity and the conventions of presentation in architecture. A very precise structure of the semester as well as a single research and design project also allowed building on the learning objectives from the first year. When in the first year the focus was on a large variety of media and tools this semester allows students to expand their knowledge and skills by developing a single method and specific set of tools much further. Developing a semester in 2 parts, one focused on research and one on design further allows for a clear structure of learning objectives.

In the research part learning objectives might be as follows: In focusing on one research topic for longer period of time students will be able to elaborate more on a specific topic and method and be able to present a research in a very precise and detailed manner. The analysis of systems outside the discipline of architecture allows the introduction of a methodic design process without favoring a certain type of architecture or a certain style. Since the research might be applied formal, structural or even decorative. The guidance trough a very rigid framework of research might support a parallel building of skills in using digital tools methodical. In using a rigid design process students will learn how a design process can be structured in a very methodical way. Developing a very precise framework further allows formulating equally precise learning objectives.

In the design part learning objectives will expand the previous objectives with the goal to apply a specific analytical understanding through the development of architectural ideas. It will provide a framework that allows students to manage and respond to a complex set of parameters that include site and program. The learning objectives in the second part of the studio also included the convention of architectural representation. Using one project that is not too complex in terms of site and program allows developing the project in further detail. This further allows touching on aspects such as material or structure. The studio that introduces an architectural program for the first time will in that way serve as a transition to more comprehensive design studios in the following years.

Adapting a graduate research studio to a second year undergraduate studio is of course not without organizational changes. Different to Lars Spuybroek’s graduate option studio that is usually co-taught with about 15 students we had 60 students and instead of one year we were challenged to compress the sequence within one semester.

In order to manage the large group of students we split them in 4 groups of 15 students each. The 4 parts of the graduate studio were: A research part and a design part in the first semester and a site investigation and focus on fabrication in the second semester were altered into 4 slightly different parts, all within one semester. 1) Aggregation Techniques: Analysis, 2) Aggregation Techniques: Digital diagramming. 3) Differentiation and Integration: Programming and Siting the Aggregation. 4) New skills: Drawing, modeling and rendering. In order to maximize the consistency in approach, structure and outcome all sections shared a very detailed schedule and reviewed at the same times. The four sections were taught by Marcelo Bernal, Jihan Stanford, Sarah Soh and Alice Vialard. This allowed us to move between different sections with the goal to achieve consistent learning objectives. This format was choses to introduce this specific methodology to the instructors.

Beside the challenge of compressing a studio that Lars Spuybroek usually teaches over a period or two semesters into one semester one of the main challenges was to transform an upper level option studio into a beginning design core studio. This change raised a series of questions regarding “representation” with the studio’s overall agenda, how do we respond to the core curriculum agenda and cover aspects such as program and program site relationships, and how do we integrate the teaching of software with the studio.

3.1. Representation

The Studio differentiates between two types of representation:

1) Representation with a backward vector: knowledge of an object presides the representation and representation is a passive act of documenting existing knowledge.

2) Representation with a forward vector: representation is an active process that allows us to gather knowledge through that process.

One always encounters both types of representation in a design process, of course. But within the presented studio format the forward representation is explored by a process that continuously adds new sets of architectural aspects to the original system of aggregation: While students diagram a flock of birds, a herd running away from a predator, people on a beach or the process of crystallization they understand that there is architecture embedded within these patterns. Since the methodology introduces architectural aspects in a stepwise procedure, each representation – diagrams, models, 3d depictions etc. - is informed by the knowledge gathered before (representation type 1) and by knowledge gathered during the execution of the representation, that responds to the aspects currently studied (which could be structure, texture, massing, fenestration, program etc.). This process is obviously bi-directional, when we look at the cracking of ice for example, that informs the cracking the program elements. The original diagram of cracked ice is re-visited with the pre-knowledge of how architectural program parts interact. So information is sent from the program diagram to the original diagram of the aggregate, but the same time the aggregation system sends information to the program, that creates moments of novelty. The resulting representation and knowledge is formed by both entities as a negotiation.

The program and site was introduced mid semester. This allowed students to develop systems independent from site and program constrains. Hiding the site and program for the first half of the semester also supported the idea to analyze and site and program through a previously developed framework. This helped students to develop a security and comfort to respond to program and site in unconventional ways. The introduction of conventions of architectural representation, such as plans, sections and elevations took place at the very end of the semester. A sensibility of 2d and 3d drawing and modeling techniques were developed in the research part of the semester. Depending on different research topics each student developed a language available at the end of the semester to present the systems that they analyzed. In the second half of the semester students were asked to use their modeling and drawing language within the convention of architectural presentation such as plans, sections and elevations.

3.2. Curriculum Integration

The challenge was to introduce a large volume of material to the students simultaneously within a very short time frame. This wasn’t so much an issue in upper level option studios, where it can be assumed that students already have the right software skills, are familiar with the convention of architectural representation and have already exercised architectural problems that deal with a certain complexity of program and site. The challenge to introduce software, representation techniques and complex architectural issues in one course opened the opportunity to redevelop the way digital tools are introduced in the undergraduate curriculum.

In the previous schools curriculum software courses were taught separately from design studios and framed around different applications. In many cases these tools informed renderings of final projects, but not the design process itself. In this studio we focused on building digital skills more integral to an architectural design process. Rather than introducing technical knowledge separate from design, digital skills are introduced to become the instrument for design. Talking about digital skills does therefore not mean the tool itself, but the method that drives design. The techniques and tools of design are linked to the design through method. Similar to this analogy students in our studio were asked to develop methods, digital methods in our case, before introducing an architectural program and a site. Our goal was to walk students through a process were “digital” methods are used to define internal relations within the program and relations between the program and the site. Software introduced included Adobe Photoshop and Illustrator, Rhino, V-Ray and the basics of Grasshopper.

4. Structure

The studio that was first taught in the Fall semester of 2011. An investigation and unpacking of existing non-architectural systems was used to develop digital methods, which were used to develop an architectural project at a specific site. Students were asked to diagram and unpack aggregates as rule based systems, collections of items that are gathered together to form a total quantity. (Middle English aggregat, from Latin aggregatus, past participle of aggregare to add to, from ad- + greg-, grex flock, join together, attach) Climate for example is the aggregation of all local weather formations over longer periods of a season or year – with its local variations.

4.1. Aggregation Techniques: Analysis (Week 1-2)

The studio did not investigate a material aggregate as a construction material (Dierichs, Menges, 2010), but as a system or architecture embedded within aggregational systems, that can be used to inform texture, structure, volume, program and any other architectural system. The aggregational parts are understood as varying parts, parametric parts with flexible properties that respond to different vectors or forces within their systemacy. This method followed an evolutionary process, which allowed for differentiation and integration of different systems with increasing complexity:

Complexity increases when the variety and dependency of parts increases. The process of increasing variety is called differentiation and the process of increasing the number or strength of connections is called integration. Biological and cultural evolution produce both differentiation and integration at many scales and levels…(Weinstock, 2010, p.30).

This development of architectural complexity through differentiation and integration was developed in successive order in different layers and scales and not all at the same.

The types of aggregations researched were: cracking and nesting of different floating sea ice types such as drift ice or pancake ice, aggregation of people in a park, patchwork in self-organized African markets, complete and incomplete states of mud cracking, radial and linear types of glass cracking, diffuse-porous and ring-porous hardwoods, log driving, slime mold, igneous rocks, metal alloys, flocking of herds such as sheep, patterns of angelfish, sand formations and crocodile skin.

For the first five weeks the students worked in pairs and choose an aggregational structure from the given list of topics. Students learned how to transform images into diagrams in order to explain and gather a fundamental understanding about their aggregational system. The tools used were Photoshop, Illustrator and Rhinoceros. Students were asked to trace the images with typical diagram tools such as lines, dashed and dotted lines, arrows, colors and texts in different sizes in order to learn how to represent their analysis as a set of rules and pseudo-scripts.

4.2. Aggregation Techniques: Digital diagramming (Week 3-5)

In this phase students transformed the analyzed material into more architectural issues using specific architectural software applications such as Rhinoceros. They started by re- working the analytical diagrams into 2D patterns first and later into 3D patterns and morphologies. At the end of this phase the students had a broad range of aggregational structures, forms or patterns with parametric variation. This work was explored through large fields/carpets of configuring parts illustrating the variability of these parts and the rules of configuration. At this point parametric history editors with real time feedback were introduced to explore variability.

4.3. Differentiation and Integration: Programming and Siting the Aggregation (Week 6-10)

The teams split up in this phase and the students worked individually from this point. They were asked to explore how aggregated systems can respond to the typology of the architectural program and to the site. The program for this particular studio was a cultural center with exhibition areas, a multipurpose area, a small indoor-theater, an outdoor- theater, a cafeteria, a space for administration and back of house facilities. The students could suggest additions to the program in order to accommodate for site or program specifics. The site, a larger area in a local park suggested a multitude of local qualities and potentials resulting from topography, vegetation, vistas, accessibility and the existing program within the park. The site was selected intentionally as an anti-urban setting to better respond to the student’s selected aggregation types which all operated on a surface through horizontal extension. The students needed to select a specific site within a larger site area. They were further asked to develop a rationale and narrative for that choice through diagramming techniques.

The design process in this phase comprised the development of the related sub-systems of program, circulation and navigation. Each of these categories is developed in accordance with a specific spatial logic of the aggregation and a sophisticated spatial distribution of the program domains. Boundary conditions between program parts had to be studied to integrate or unify the different domains. A system of navigation and circulation was developed as a mean of orientation through the aggregational structure, which is especially challenging for non-hierarchical structures.

The students used the set of rules that they used in the research phase to explain their aggregational systems to now organize architectural systems such as program or site. For example: programmatic bubble diagrams, which reflect social relations and hierarchies transform into spatial or tectonic systems, which followed the systemacy as previously developed in the research phase. Site diagramming involved traffic flows, sight lines, sun and shadow behavior, but also experiential factors such as light or sound which now become part of the aggregational system.

The analytical research that first let to diagrams has now become a potential start of a project, which allows to further-develop ideas for stairs, entries, apertures etc. as part of the systemacy. In this phase the students learn additional modeling techniques in Rhinoceros, extracting digital information from the 3d file for physical model making, 2d drawing with AutoCAD and additional techniques in Grasshopper. A strong emphasis lied on the bi-directional feedback between digital model and physical to question both realms.

4.4. New Skills: Drawing, modeling and rendering (Week 11-16)

In the final phase the studio focused on production for the final presentation that included drawings, renderings, diagrams as well as physical and digital 3D models.

5. Case studies:

In this paragraph we want to discuss three projects, which exemplify different approaches within the methodology. The first two projects follow closely the methodology, whereas the last one deviates from the approach by using a method of analogue computing.

5.1 Metal Alloys:

The research of this project started with studying the structure of metal alloys with special focus on the Cahn-Hilliard equation that explains phase separation of a binary alloy at a fixed temperature. Principles of that microstructure, in which two materials interact with each other, were extracted to inform social interaction of spaces. Later the researched system was also used to inform a structural system of the proposed project (floor slabs, façade and column system).

5.2 Igneous rocks:

The second case study looks at igneous rocks and the crystallization process. The analysis of the cooling and solidification of magma was captured through diagramming forces, which create boundaries of crystals. The system of boundaries was first transferred to the program of the project by creating enclosures and connectivity for different programs and then further developed into a system of pyramidal roofs, which channel daylight in different ways.

5.3 Logs in a river:

The third case study is a project that analyzed the formation of logs in a river. In lack of visual material the project deviated from the studio methodology slightly by setting up an analog experiment: in a large model the different parameters such as flow direction, log sizes, amount of logs and boundaries were tested and diagrammed. The diagrams revealed the formation of groups and linking spaces, which were transferred to the design of roof system. The project was mainly developed through analogue model making. The project follows the same methodology, but deviated gravely in the tools used.

6. Conclusion

It is, of course, difficult to quantify improvements in architectural design, but it can be observed that the student’s skills in drawing and digital representation show a deeper understanding of space and structure and that the methodology has fostered a conceptual understanding of tools and techniques within a design process.

The students also learned how to use representation in different ways: From representation that functions to explain something that already exists to the use of an existing representation that can generate something new. Students also learned how to edit and develop representations to communicate in a very precise and clear manner. Finally they learned about the architectural conventions of representation such as plan, section and elevation.

During the midterm review and the final review external reviewers commented on the methodology of the studio. Most comments were concerned with the scope and complexity of the project. One group of critics was recommending a more research driven agenda without any site or program, whereas the second group criticized the lack of a deeper understanding of the site and program. Both positions have merit, but the lightness of site and program was intentionally selected for the second year students: Students in the second year and first year in architecture after the Common First Year are generally longing to design their first building, but needed the guidance of the research phase to be able to develop a scheme.

From the student’s point of view the studio was a large success. Although one constructive critique in the evaluations of the course was that the methodology came per surprise. We are therefore planning to offer more theoretical background or more lectures that would situate this methodology in a larger context if thought for a second time.

7. References

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Dierichs, K., Menges A. 2010. Material Computation in Architectural Aggregate

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Kolodziecjzyk, M. 1992, Verzweigungen mit Fäden: Einige Aspekte der Formbildung mittels Fadenmodellen, Verzweigungen, Natürliche Konstruktionen - Leichtbau in Architektur und Natur, 4, 101-126.

Spuybroek , L. (ed). 2011. Research & Design: Textile Tectonics, NAI Publishers, Rotterdam.

Spuybroek, L. (ed). 2009. Research & Design: The Architecture of Variation, Thames and Hudson, London.

Terzidis, K. 2004, Algorithmic Design: A Paradigm Shift in Architecture?, 22nd eCAADe, Copenhagen, p. 201-207.

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