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Parametric Morphing Transformation einer Raumstruktur am FG Digitale Entwurfstechniken


Parametric Morphing Dokumentation Projektarbeit SS 2013 G-Prof. Dipl.Ing. Jens Borstelmann G-Prof. Dipl. Ing. Thomas Vietzke Ragunath Vasudevan M.A.(AAD)

Autoren Schiffer, Steffen, Barbura, Wagner, Vasold, Brennecke, Euler, Ebert, Röthel, Dimitrova, Klaczynski, Bahlani, Khelaiwi, Ökten, Levsen, Dickmann, Abbasian, Reichert, Kaßner


Inhaltsverzeichnis 04 ...

Aufgabenstellung

05 ...

Entwurfsstudie The Ceiling Pixel

17 ...

Entwurfsstudie Muqarnas Shelves

26 ...

Entwurfsstudie Cubes

35 ...

Entwurfsstudie Toblerone Twister

45 ...

Entwurfsstudie Movast System

55 ...

Entwurfsstudie Cloud Modul

65 ...

Entwurfsstudie The Wave

79 ...

Entwurfsstudie Celluloose

90 ...

Entwurfsstudie Multi Puzzle

99 ...

Entwurfsstudie Light Explosion

110 ...

Realisierungsentwurf Multi Explosion


Parametric Morphing Erläuterung Aufgabenstellung

Unter Verwendung verschiedener digitaler Werkzeuge wird eine parametrische Deckenskulptur entworfen. Innerhalb eines vorgegebenen Rasters sollen graduelle Verläufe von geschlossen zu offen, sowie von flach zu 3-dimensional verformt dargestellt werden. Ziel ist es, einen Entwurf zu realisieren und in dem Institutsraum zu installieren. Dabei soll unter anderem die neue 5-Achs-CNC-Fräse zum Einsatz kommen. Die Entwurfsfindung wird durch maßstäbliche Arbeitsmodelle und Visualisierungen begleitet. Als Besonderheit gilt der Auswahlprozess für das zu realisierende Objekt in dem die Kriterien Umsetzbarkeit, innovativer Ansatz und Ästhetik im Vordergrund stehen. In einem Wettbewerb werden von den Projektteilnehmern in mehreren Stufen Entwürfe erzeugt und präsentiert. Über eine Abstimmung werden die jeweils besten und vielversprechendsten Ansätze ausgewählt, bis am Ende ein Entwurf übrigbleibt, der dann von allen gemeinsam bearbeitet und realisiert wird. Hierbei wird eine echte Projektsituation generiert, in der die Gesamtaufgabe in Teilbereiche gegliedert wird, die jeweils von einem Team bearbeitet wird. 04


The Ceiling Pixel Erläuterung Konzeptidee

Der konzeptionelle Entwurfsansatz legt seinen Schwerpunkt auf die Transformation der Deckenstruktur durch Pixelierung der vorhandenen Deckengeometrie. Hierbei wurde ein Raster erarbeitet, welches eine sinnvolle Aufteilung der Decke gewährleistet und gleichermaßen auf bauliche und externe graduelle Einflüsse reagiert. Jedes Modul wird separat durch Teleskopstangen von der Raumdecke abgehängt. Die räumliche Orientierung der Module in Y- und Z-Richtung erfolgt durch ein Kugelgelenk, welches die Aufhängung mit der Modulgeometrie verbindet. Die VierpunktAufhängung beinhaltet die identische Eigenschaft mit komplexerem Installationsanspruch. Grundsätzlich soll diese Installation 2 Raumnutzungen geometrisch voneinander trennen und auf Nutzungsänderungen durch Neuausrichtung der Module reagieren. Im weiteren Entwurfsprozess soll der Faktor Licht in die Geometrie eingearbeitet werden. Hierbei stellt sich die Frage nach graduellen Lichtverläufen, welche durch das Modul eigenständig produziert (interne Beleuchtung), oder durch externe Bestrahlung realisiert werden. 06


Inspiration Geometrische Transformation

Ernst Paul Klee wurde am 18. Dezember 1879 in Münchenbuchsee, Kanton Bern geboren. Er war ein deutscher Maler und Grafiker, dessen vielseitiges Werk dem Expressionismus, Konstruktivismus, Kubismus, Primitivismus und dem Surrealismus zugeordnet wird. Klee starb am 29. Juni 1940 im Alter von 61 Jahren in Muralto, im Kanton Tessin. Die kubistische und expressionistische Gestaltungweise seiner Arbeiten unterstütze uns auf eine ganz besondere Art und Weise bei der Entwurfsarbeit. Die graduellen Verläufe des quadratischen Grundrasters bildeten die Basis für unsere Deckentransformation. Klee realisierte diese Verläufe durch Deformation der Quadrate. Die daraus resultierende räumliche Wirkung sollte in den Entwurf übertragen und neu interpretiert werden. Das finale Entwurfskonzept basiert ebenfalls auf einem quadratischen Raster, jedoch ohne Veränderung der Module im Hinblick auf die Form. Die benötige räumliche Ausdehnung der Fläche wird im Entwurfsansatz durch eine Verschiebung der Segmente in vertikaler Richtung realisiert. 07


Grasshopper Definition Geometrie The Ceiling Pixel

Die Grasshoperdefiniton zur Entwurfsstudie The Ceiling Pixel generiert die Gesamtgeometrie mit allen dazu gehörigen Segmenten. In den ersten parametrischen Entwurfsschritten wurde aus dem Raumvolumen die Grundfläche extrahiert und in ein springendes Raster aufgeteilt. Die daraus resultierende Punktewolke bildet die Grundlage für das Abhängungsraster der Gesamtfläche. Die Dimensionierung der Konstruktion, sowie der Modulgeometrie ist komplett parametrisiert und kann je nach Anspruch vergrößert und verkleinert werden. Die Ausrichtung der Module hinsichtlich der Nutzungsansprüche im Raum orientiert sich an eine Flächengeometrie mit 2 definierten Attraktorpunkten. Die Distanz zwischen Attraktorpunkten und den Punkten des Konstruktionsrasters bildet den graduellen Verlauf der Flächengeometrie aus. Unter dem Vorbild der Fibonacci-Folge (Goldene Spirale), wird im weiteren Entwurfsprozess eine graduelle Größenänderunge der Module in die Deckentransformation eingearbeitet. 08


Detail Konstruktion Modulaufbau und Abhängung

Das nebenstehende Bild zeigt zwei mögliche konstruktive Methoden zum Thema Abhängung der Module mit kinematischer Eigenschaft. Beide Fügearten werden in der Decke fest verankert und können durch manuelle Einstellung 3dimensional positioniert werden. Die linke Konstruktion besteht aus einer Teleskopstange, einem Kugelgelenk und dem eigentlichen Modul. Das Kugelgelenk wird durch eine Feststellschraube arretiert, wohingekinematische Aufhängung Teleskopststange / Kugelgelenk

kinematische Aufhängung Teleskopststange / Kugelgelenk

gen die Teleskopstange durch Löcher und dem dazu passenden Splint fixiert wird. Das zweite Modul wird durch 4 Seile von der Decke abgehängt. Dies bietet die gleichen Ausrichtungsmöglichkeiten wie im ersten Beispiel. Beide Ansätze beherbergen ein hohes Maß an Komplexität bei der Installation. Die erste Methodik überzeugt, bei kleinem Installationsaufwand, durch flexible Ausrichtungsmöglichkeiten. Der etwas geringer einzuschätzende finanzielle Aufwand kann der Komplexität der ersten Studie kaum etwas entgegensetzen. 09


Grundriss Deckenraster Maßstab 1 zu 100

$

%

%

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Der nebenstehende Grundriss im Maßstab 1 zu 100 lässt einen ersten Einblick in das geplante Modulraster des Deckenspiegels zu. Die Module wurden in einem kontinuierlichen Raster mit immer gleichen Abständen angeordnet. Dieses simpel anmutende Grid erlangt seine Komplexität durch die graduelle Verschiebung der einzelnen Module in Z-Richtung. Aufgrund dieser Verschiebung nimmt die daraus resultierende neue Deckenstruktur Bezug auf die sich ändernden Nutzungen im Raum. In den beiden nachfolgenden Schnitten (AA und BB) wird diese Beziehung deutlich. Im beschriebenen Entwurf soll das Raumvolumen durch die Abbildung von zwei Kuppeln räumlich (Arbeits- und Konferenzbereich) sowie akustisch voneinander getrennt werden. Dies wird durch die oben genannten Module und deren Orientierung im Raum realisiert. Die kinematische Eigenschaft dieser Struktur ermöglicht einen multiplen Einsatz in anderen Räumen mit unterschiedlichsten Nutzungsansprüchen. 10


Schnitt AA MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Schnitt BB MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Modellbau Digitale Fabrikationsmethode

Das Raummodell im Maßstab 1 zu 20 (Raum 1110 C K10 Henschelstr. 2 D-34127 Kassel) wurde mit der CAD-Software Rhinoceros 3d Version 5 geplant und in eine laserfähige Datei übersetzt. Die daraus resultierende 2d Zeichnung der einzelnen Segmente wurden nummeriert, um einen reibungslosen Zusammenbau gewährleisten zu können. Das zum Bau des Modells verwendete Material (2mm Stärke) lässt sich unter dem Namen „Finnpappe“ in jedem gut sortierten Bastelund Modelbaubedarfsgeschäft finden. Aufgrund der hohen Genauigkeit des

Zweiachs-Lasers

und einer guten Vorbereitung hinsichtlich der generierten Datei, ist ein Model mit hoher Detailtreue entstanden. Allen Beteiligten steht das Raummodell sowohl zu Präsentations- als auch zu Entwurfszwecken zur Verfügung. Im weiteren Entwurfsprozess wurde das Modell nochmals in einem größerem Maßstab (1 zu 10) gebaut, um eine höhere Detailtreue der im Raum befindlichen Installation und deren Proportion testen zu können. 13


Modellbau Räumliche Wirkung und Proportion

Wie im vorherigen Abschnitt beschrieben, wurde das Raummodell im Maßstab 1 zu 20 realisiert. Bei der zeichnerischen Ausarbeitung des Modells wurde eine herausnehmbare Deckplatte eingeplant. Diese konnte von jeder Entwurfsgruppe bespielt werden. Im Beispiel „The Ceiling Pixel“ wurde die Platte mit Holzstäben durchstoßen, um die Abhängung der Module zu realisieren. Diese Stäbe können in vertikaler Richtung verschoben werden und simulieren so die kinematische Eigenschaft der Installation. Die eigentlichen Module wurden aus Finnpappe in immer gleicher Größe gefertigt. Die Modulgröße im Maßstab 1 zu 20 entspricht einer Kantenlänge von 30 x 30 cm im Original. Neben einer konstruktiven Tiefe von 10 cm, wurden die Module mit einem Filet an den Eckpunkten ausgestattet. Das Bild verweist auf die angestrebte Konstruktionsmethode und vermittelt die Interaktion von Raum und Modul. Des Weiteren werden erste graduelle Deformationen der vorhandenen Deckenstruktur deutlich. 14


Fazit Jurierung 22.05.2013

Zu Beginn des Projekt standen sich 10 Entwürfe gegenüber, welche sich bei der ersten Jurierung gegeneinander behaupten mussten. 5 Entwürfe sollten am Ende des Tages in der nächsten Runde stehen. Die unterschiedlichsten Konzepte wurden nach 5 Kriterien bewertet. Die Machbarkeit, Innovation, Ästhetik, Funktionalität und der Grad an Ausarbeitung bildeten das Bewertungsgerüst für Professoren und Studenten. Im Entscheidungsprozess wurden die eigentlichen 5 Ausschlusskriterien durch den Faktor Finanzierbarkeit ergänzt. Der hohe finanzielle Anteil für die kinematische Eigenschaft des Entwurfs „The Ceiling Pixel“ war, neben der fehlenden Komplexität der einzelnen Module, im Gesamtvergleich das Hauptausschlusskriterium. Die Bearbeiter der ausgeschiedenen Entwürfe wurden auf die 5 Gewinnerteams aufgeteilt. Hierbei wurde auf Gemeinsamkeiten im Entwurfsund Konstruktionsbereich geachtet. Diese neue Konstellation beherbergt großes Entwurfspotential für die kommende Jurierung am 13.06.2013. 15


Muqarnas Shelves Parametrische Deckentransformation


Muqarnas Shelves Concept explanation

In this project we have to innovate a ceiling installation based on digital manufacture design. In our construction we used muqarnas. It is embodied in a star-polygons and polygonal. Converted to the accumulation of geometric design elements decorating the interiors of superficial columnar or prismatic elements of this type of decoration, which is used to make a smooth transition from the rectangular basis of the building to the vaulted ceiling and often applied to architectural features to be used as an ornamental band on a flat surface. We created a model that can be used on the ceiling with lights constraction to give the place special impress and touch. There we added booksshelves too, that have a form of this muqarnas also. -KAÆĂˆcI ÂŤ vKcÆ -KAÆ uJ a,E mHJ 4d ĂˆĂ†ĂŽĂ‚ Ă?TIĂ„ TL UJ Ă˜Ă§c@)Æ Æb v ĂˆcI c@L vÆ ÉTAcH)T TLE Æ ÉTJC)Æ ĂŚb k VĂŞ HÆt ĂˆĂ†ĂŽÂ˜Ă† ĂŚb Ă€T@Âœ Ă° Ya TMÆ XN TNKĂ? TM-KA rI0ç TMtL èaÆ v çÆ VN™ ÂœĂ† ĂˆĂ?TKEÆ v ĂĽT c~TLEÆ ĂŚb qÆc ã™ rç Ă˜Â™z^Æ ĂˆĂŽaEç ÉTNLL)Æç ĂˆĂŽT'Æ TÆçdÆ 4 Wa Æ vÆ Ă Ă?T dÆ ĂŚbM VcFÆ mH rĂ°Ă‘ aa v aL -KA Ă‹TLÆ sGJ TLNG ÆUHmH uÆ uLKJVJNC)ÆÉT T ^ÆreJ ĂŁTHÆ nNH ­ÔT nçĂ? ĂĽTI)Æ uÆ vGB VLNE ÇtHç TÆçÑ ã™ SNB VNB p ™

­UIJĂˆcNF~VNdLVIçÂĂ•cEJmĂ?PsÆa ÆrI0c Ă cALuĂ„VTzÂœT 18


Inspiration Geometric transformation Muqarnas

Different regions in the Islamic world have used different styles of construction techniques in our history. Muqarnas compositions are very suitable for contemporary interpretations. It is a type of corbel employed as a decorative device in architecture. Developed around the middle of the 10th century, they take the form of small pointed niches, commonly constructed of brick, stone, stucco, or wood, clad with painted tiles, wood, or plaster, and are typically applied to domes, pendentives, cornices, squinches and the undersides of arches and vaults. Muqarnas is a three-dimensional decoration of Islam architecture display radial symmetry based upon N-gonal symmetry. The number of unique tiles possible is derived from N = N/2 - 1. Larger N values result in thinner muquarnas tiles. There is an unlimited number of muqarnas tile sets given the wide variety of tile profile design possibilities. Computer graphics and fabrication today allow the design and production of novel muqarnas compositions not found in the historical record. Because of muqarnas appear a lot in our daily life, we thought of creating a model describing our own ideas for this project where we have to innovate a ceiling installation based on digital design. 19


Mockup Muqarnas Shelves scale 1 to 20 papermodel

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Muqarnas Shelves Parametrische Deckentransformation


Ground plan Top view geometry scale 1 to 100

A

B

B

A

N

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Section AA Muqarnas shelves scale 1 to 50

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Section BB Muqarnas shelves scale 1 to 50

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Muqarnas Shelves Parametrische Deckentransformation


C U B E S


Cubes Erläuterung Konzeptidee

Der Entwurf „CUBES“ basiert auf kubischen Einzelmodulen ohne Boden- und Deckenplatte. Diese bestehen wahlweise aus einer massiven Holzkonstruktion oder einer leicht transparenten Lampenfolie. Die Module werden jeweils versetzt untereinander angebracht. Zur qualitativen Verbesserung des Arbeitsbereichs, stehen die Schreibtische direkt vor den Fenstern. Dies garantiert eine natürliche Belichtung und ein angenehmes Arbeitsklima. Darauf aufbauend gestaltet sich das Raumkonzept in verschiedenen Höhen. Variierend von hoch bis tief, entsteht eine Deckenkonstruktion, welche die räumlichen Besonderheiten aufnimmt und in ein wellenförmiges Gebilde umwandelt. Dieses beginnt im vorderen Bereich und endet an einer Wand, welche durch die verwinkelte Form des Raumes beim Betreten nicht sichtbar ist. Seitlich betrachtet ist zu sehen, dass die Funktion der Fenster durch die Konstruktion nicht beeinträchtigt wird. Der Blick zur Decke zeigt die verschiedenen Schichten, die gemeinsam ein spannendes Bild ergeben. Dabei wird ein Verlauf von einer aufgelockerten zu einer dichten Konstruktion deutlich. 27


Inspiration Geometrische Transformation

Unsere Idee wurde unter anderem durch die bestehende Wand- und Deckenkonstruktion eines Foyers einer Anwaltskanzlei in Australien inspiriert. In unserem Entwurf wird der Betrachter durch den verwinkelten Raum begleitet. Er schließt am Ende mit einer weiteren Funktion ab, welche durch gedrehte Module in den unteren Schichten als Regale genügend Stauraum für Bücher, Büroutensilien oder kleine Modelle bietet. In der oberen Schicht befindet sich die Lichtanlage, welche durch die gesamte Konstruktion strahlt. Das Licht kann sowohl ganzflächig, als auch punktuell verwendet werden. Ebenso ist die Einrichtung eines Lichtspiels vorgesehen. Die Konstruktion zeichnet sich durch den Aufbau einer simplen Grundform zu einem komplexen Gebilde aus und läd zum Arbeiten, Verweilen und Betrachten ein. Die Verbindung der Module geschieht bei der massiven Variante durch Metallanker. Ähnlich wie bei übereinander gelagerten Balken eignen sich hierbei Reiteranker oder Sparrenpfettenanker. Die leichtere Modulvariante lässt sich durch Seilverknüpfungen verbinden. 28


Detail Konstruktion Modulaufbau und Abh채ngung

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C U B E S


Grundriss Cubes Deckenraster MaĂ&#x;stab 1 zu 100

A

B

B

A

N

31


Schnitt AA Cubes MaĂ&#x;stab 1 zu 50

32


Schnitt BB Cubes MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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C U B E S


Toblerone Twister

Parametrische Deckentransformation


Toblerone Twister Erläuterung Konzeptidee

Die Deckenskulptur besteht aus einer zusammenhängenden, beweglichen Fläche. Ein Teppich aus gefalteten Papierpyramiden bewegt sich entlang der Wände und bedeckt den Deckenspiegel, ähnlich einer sich sammelnden Wolke. Divergente Nutzungsansprüche bilden das Grundgerüst und das Orientierungsraster für die sich aus der Struktur ergebenden Twistersäulen. Über den Arbeitsbereich erstrecken sich 2 flügelartige Teilsegmente der Gesamtgeometrie. Im repräsentativen Bereich des Planungsraums befinden sich 4 der oben genannten Säulen. Diese machen die Tragstruktur sowie die Komplexität der Geometrie für die den Gang passierenden Mitstudenten erlebbar. Schlussendlich steht dieser Entwurfsansatz für eine komplexe Formsprache ein, welche mit Altbewährtem (Origami) erarbeitet wurde. Diverse von Hand gebaute Modelle im Maßstab 1 zu 10 trugen ebenso zu Entwurfsfindung bei. 36


Inspiration Geometrische Transformation

Das Modul basiert auf dem Faltprinzip des Papierspiels Himmel & Hölle, bei dem aus einer quadratischen Grundfläche durch Kombinationen von Dreiecksfaltungen eine einzelne regelmäßige Figur entsteht. Diese besteht aus vier pyramidalen und hohlen Elementen sowie einem verbindenden Gelenk. Zu einem Verband von Modulen zusammengesteckt, beeinflusst die Schließung oder Öffnung einzelner Figuren die umliegenden Bereiche des Feldes. Bei der Projektion auf eine modellierte Fläche passt sich der Verband in die vorgegebenen Krümmungen ein. Im Zusammenspiel der ‚Innen- und Außenseiten‘ des einzelnen Moduls mit dem Krümmungsverhalten des Modulverbandes lassen sich räumliche Strukturen herausbilden, die flächig-reliefartig oder skulptural wirken. Das Material Papier stellt aufgrund seiner hohen Transluzenz und feinen Bearbeitbarkeit das Ausgangsmaterial für den Modellbau dar. 37


Detail Konstruktion Modulaufbau und Fl채chengeometrie

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Modellbau Toblerone Twister Papiermodelstruktur

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Toblerone Twister

Parametrische Deckentransformation


Grundriss Toblerone Twister MaĂ&#x;stab 1 zu 100

A

B

B

A

N

41


Schnitt AA Toblerone Twister MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Schnitt BB Toblerone Twister MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Toblerone Twister

Parametrische Deckentransformation


Movast System Parametrische Deckentransformation


Movast System Erläuterung Konzeptidee

Das Konzept für die Rauminstallation war es, ein System zu entwickeln, dass unabhängig von räumlichen Einschränkungen funktionieren kann. Nach reichlichen Überlegungen über die nutzbaren Geometrien wurde das Hexagon gewählt. Diese Geometrie hat den Vorteil, dass sie sich in zwei weitere Geometrien grob zerlegen lässt. Zu diesen Geometrien zählen das Dreieck und das Viereck. Aus diesen drei resultierenden Geometrien und deren Einfachheit wurde ein System entwickelt, dass einfach zu allen möglichen Variationen zusammen gesetzt werden kann. Die Geometrien wurden nicht einfach angewendet, nur die Eckpunkte dienten als Ankerpunkte und Verbindungen aller Geometrien. Aus diesen Eckpunkten wurden auf den Geometrien basierende filigrane Module entwickelt. Auch eine Installation von Lichtquellen ist dank der filigranen Module in deren Zwischenräumen möglich. Auch Möbel wie Tische und Stühle können dank der Komplexität erstellt werden. Um diese Möbel auch funktionsfähig zu machen, werden spezielle Arbeitsflächen- und Sitzmodule entwickelt. 46


Inspiration Geometric tranformation Muqarnas

In diesem Projekt sollte eine Deckeninstallation entwickelt und anhand von digitalen Fabrikations- und Entwurfsmethoden erarbeitet werden. Diese Struktur soll auf graduelle innere und äußere Einflüsse reagieren können und sich ständig an divergente Nutzungen anpassen. In diesem Entwurfsbeispiel dient hauptsächlich das Hexagon als Ausgangsgeometrie. Als Inspiration dienen die Honigwaben, deren Wände und die damit verbundenen konstruktiven Eigenschaften. Die Transformation dieser Naturanalogie stellte eine große Herausforderung da. Nach der Entwicklung der Module warf sich die Frage auf, wie sich die Module miteinander zu einer dreidimensionalen Rauminstallation formieren können. Durch weitere Recherchen wurden anhand der Ausgangsgeometrie archimedische Körper hinzugezogen. Im endgültigen Entwurfsansatz wurde ein abgestumpftes Tetraeder sowie Oktaeder verwendet. Aufgrund der spezifischen Eigenschaften dieser beiden Körper, ist eine komplexe und räumliche Installation möglich. 47


Detail Konstruktion Grundmodul Geometrische Typologien

Das nebenstehende Bild zeigt die Knotenpunkte der Gesamtgeometrie auf. Die Ecken der Geometrien dienen als Schnittstellen und Ausgangspunkt für jegliche Art von Formen. Die konstruktiven Stoffe Aluminium, Stahl, Holz und Kunststoff (LG Hi-Macs), wurden in diversen Studien auf ihre Verwendungsmöglichkeit (Fertigungsart) untersucht. Die Module haben an jeder Ecke einen zylindrischen Stecker mit Auswölbungen, ähnlich einer andanten Steckverbindung. Die Module haben immer in der Mitte einen Hohlraum, den man an bestimmten Stellen mit Lichtquellen versehen kann. Im Entwurfsbeispiel wurden LED-Punkte der Firma Zumtobel verwendet, welche mit der Software V4 separat angesteuert werden können. Um Sitz- und Arbeitsmöglichkeiten generieren zu können, wurden spezielle Module entwickelt. Diese können auf Grund ihrer hohen Kombinierbarkeit unterschiedlichste Möbeltypologien abbilden. Schlussendlich steht dieser Entwurf für simple und additive Geometrie, die durch graduelle Kombination eine hohes Maß an Komplexität generiert. 48


Movast System Parametrische Deckentransformation


Grundriss Movast System Deckenraster MaĂ&#x;stab 1 zu 100

A

B

B

A

N

50


Schnitt AA Movast System MaĂ&#x;stab 1 zu 50

51


Schnitt BB Movast System MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Movast System Parametrische Deckentransformation


1. Jury Wettbewerbsphase 1 am 22.05.2013 Zu Beginn des Projekts standen sich 10 Entwürfe gegenüber, welche sich bei der ersten Jurierung gegeneinander behaupten mussten. 5 Entwürfe sollten am Ende des Tages in der nächsten Runde stehen. Die unterschiedlichen Konzepte wurden nach 5 Kriterien bewertet. Die Machbarkeit, Innovation, Ästhetik, Funktionalität und der Grad an Ausarbeitung bildeten das Bewertungsgerüst für Professoren und Studenten. 54


cloud parametric morphing

module


Cloud Module Erläuterung Konzeptidee

Das Projekt parametric morphing hat eine Deckenstruktur zum Ziel, welche den Raum aufwertet und eine Lichtinstallation beinhalten soll. Unser Gedanke ist es, ein möglichst simples Modul zu entwickeln, das in beliebigen Räumen Strukturen bilden kann und somit flexibel ist. Das erste Modul entwickeln wir aus einem Viereck mit vier Schlitzen an den Diagonalen. Diese haben bei häufigem Aufund Abbauen jedoch deutliche Schwachstellen. Daher werden im nächsten Schritt diese Schwachstellen durch Rundungen aufgehoben. Ferner entwickeln wir vier weitere Module und erreichen so eine Struktur, welche sich an einigen Stellen öffnet und an anderen schließt. Die Module verändern sich schrittweise von quadratförmig zu kreuzförmig. Die abgerundeten Module ergeben in Kombination eine lockere, umgekehrte Wolkenstruktur und eine sich vom Boden hochwindende Tornadostruktur. Anhand von LED – Lichtketten wird diese Struktur illuminiert. Der Tornadoeffekt kann durch bestimmte Hervorhebungen betont werden. 56


Inspiration Geometrische Transformation

Das Konzept Cloud Module drückt sich in einer gewundenen und vom Boden hochdrehenden Struktur aus, welche das Wolkenprinzip zur Inspiration hat. Schwere Wolken schweben tiefer als leichte Wolken. Auch sind sie dunkler als die leichten. In der Cloudmoduleinstallation wird dieses Prinzip umgekehrt. Leichte Teile hängen unten und schwere Teile hängen oben. Ferner ist für das Cloudmodule auch das Tornadoprinzip inspirierend. Hier werden schwere und leichte Teile im Twist hochgewirbelt. So geht das Tornadoprinzip in das umgekehrte Wolkenprinzip über. Wichtig für das Wolkenprinzip ist auch der offene und geschlossene Charakter der einzelnen Module. Die leichten Module haben eine größere Lichtdurchlässigkeit, welche durch die immer filigraner und kreuzförmiger werdende Form bedingt ist. Die Module unterscheiden sich ebenfalls in der Verwendung des Materials. Die schweren Module bestehen aus MDF, wobei bei den leichten Modulen Kapa angedacht ist. Die Seiten der Module sind je schwarz und weiß gefärbt um auf der einen Seite eine streuende Reflektion und auf der anderen Seite eine Absorption zu erzielen. 57


Konzept Pikto Modul Transformation Cloud Module

schwere Module oben umkehren

schwere Wolken unten

leichte Wolken unten

Tornado

leichte Module unten

Tornado - schwere Module werden hochgesogen

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Modellbau Teilmodul Mockup The Wave 1.0

Die Cloudmoduleinstallation besteht aus vier verschiedenen Steckmodulen. Jedes Modul verfügt über eine andere Fülle- die Module nehmen von quadratförmig nach kreuzförmig ab. So kann ein größeres Spiel innerhalb der Struktur ermöglicht werden. Auch kann hierüber die Lichtdurchlässigkeit gesteuert werden. Jedes der Module verfügt über Schlitze die ein Aufeinanderstecken der Module ermöglichen. Um die Module untereinander zu fixieren, werden weitere Schlitze von ca. 2cm angebracht. So können die Module durch einen recycelten Fahrradschlauchstreifen und zwei Schrauben fixiert werden. Die Module können nun nicht mehr aus der Verankerung rutschen. Die Module stützen und versteifen sich zum einen selbst, zum anderen hängen sie auch von der Decke ab. Die Struktur wird durch Seile von der Decke abgehängt. Die Seile werden an den kleinen Schlitzen der Module verknotet und mit Schlaufen an den Haken angebracht. Die Wolkenstruktur hängt komplett von der Decke ab, wobei die Tornadostruktur sowohl abhängt als auch durch den Boden gestützt wird. Jedes Modul besteht aus einer weißen und einer schwarzen Seite an der die LEDs angebracht werden. 59


cloud parametric morphimg

module


Grundriss Cloud Module Deckenraster MaĂ&#x;stab 1 zu 100

A

B

B

A

N

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Schnitt AA Cloud Module MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Schnitt BB Cloud Module MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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cloud parametric morphimg

module


The Wave

Parametrische Deckentransformation und digitale Fabrikationsmethoden


The Wave 1.0 Erläuterung Konzeptidee

Der Schwerpunkt des Entwurfs liegt auf der Transformation der vorhandenen Deckenstruktur. Hierbei wurden sowohl die geometrischen, als auch die physischen Eigenschaften einer Welle analysiert und auf ein funktionales System übertragen. Unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften von Kreuzrippengewölben aus der Gotik entstanden graduelle Öffnungs- sowie Modulgeometriewechsel. Ein zweites System füllt die resultierenden Öffnungen mit opaken bzw. transluzenten Materialien auf. Die Anpassung der Lichtsituation wird durch einen zusätzlichen Layer im Öffnungsbereich ermöglicht. Die Verbindung der jeweiligen X-Segmente der Gesamtgeometrie wird durch Verschraubungen punktuell realisiert. Im weiteren Entwurfsprozess soll der Faktor Licht in die Geometrie eingearbeitet werden. Hierbei stellt sich die Frage nach graduellen Lichtverläufen, welche durch das Modul eigenständig produziert oder durch externe Bestrahlung realisiert werden. Grundsätzlich reagiert die Installation auf Nutzungsänderungen mit Neuausrichtung der Module und interpretiert die bereits erwähnten Analogien neu. 66


Grasshopper Definition Geometrie Wave 1.0

Die Grasshopperdefinition zur Entwurfsstudie „The Wave 1.0“ generiert die Gesamtgeometrie mit allen dazugehörigen Elementen. In den ersten parametrischen Entwurfsschritten wurde aus dem Raumvolumen die Grundfläche extrahiert und in ein springendes Raster aufgeteilt. Im weiteren Entwurfsprozess wurde eine Profilkurve generiert welche die Nutzungsansprüche des Raumes repräsentiert. Die Länge dieser Kurve konnte nun in die gewünschte Anzahl von Modulen unterteilt werde. Die daraus resultierenden Punkte bilden die Knoten für die vier Kurvaturlinien der Module aus. Des Weiteren werden an diesen Punkten die Kreuzverbinder ausgebildet, welche in ihrer Dimensionierung angepasst werden können. Die vier Randkurven bilden einen Sinusverlauf ab, der im Knotenpunkt um 45 Grad rotiert wurde. Die Amplituden der einzelnen Sinuskurven sind ebenso parametrisch veränderlich, wie der Radius der Pipes. Grundlegendes Prinzip der Grasshopperdefinition ist die parametrische Übersetzung der Naturanalogie (der Welle). 67


Detail Konstruktion Modul Pipe 16mm mit Holzverbinder

Die nebenstehende Visualisierung des Verbindungsdetails wurde mit der CAD Software Rhinoceros 3d Version 5 und mit der Rendersoftware Vray realisiert. Die Pipes werden über Kreuzverbinder aus Holz miteinander verschraubt. Die segmentierten Teilstücke der Pipes werden mit Steckbolzen verbunden, um sie gegen Verschiebung untereinander zusätzlich zu sichern. Die gewünschte Formsprache wird durch die gegebene materialspezifische Eigenschaft umgesetzt. Zusätzlich wird die Konstruktion mit Membranen versehen, um den Gradient von offener zur geschlossener Fläche zu realisieren. Die daraus einstehenden Flächen werden mit Ösen versehen und mit Gummibändern (Vorbild LKW-Planen) in der Konstruktion verspannt. Die Konstruktion wird durch halbierte Kreuzverbinder an der Wand befestigt. Die gesamte Verbindung und Befestigung funktioniert somit über ein identisches Modul. Diese Entscheidung lässt eine schnelle Vervielfältigung der Module zu und erleichtert die Montage erheblich. 68


Modellbau Teilmodul Mockup The Wave 1.0

Das Modellfoto zeigt ein raumhohes Mockup von sechs Teilmodulen im Maßstab 1:1. Die aus der Grasshopperdefinition bekannten Pipes wurden aus Fußbodenheizungsrohren mit einem Durchmesser von 16 mm hergestellt. Dieser Teil der Gesamtgeometrie wurde vorgebogen und wie aus der Detailvisualisierung ersichtlich, mit Holzverbindern verschraubt. Die Befestigung an der Wand wurde hier nicht wie im digitalen Modell mit Holzverbindern, sondern mit Rohrschellen aus Kunststoff realisiert. Vereinzelt gab es auch Versuche, die Pipes untereinander mit zwei kombinierten Schellen zu verbinden. Die eins zu eins Umsetzung der Formsprache und der detaillierten Fügemethode aus dem parametrischen Entwurf suggeriert eine stimmiges Zusammenwirken aus digitaler Fabrikationsmethode und physischer Realisierbarkeit. Die neuerlangten Erkenntnisse im Bereich der Materialität und des Zusammenwirkens der einzelnen Verbindungen wird in den kommenden Entwurfsschritten eine große Hilfestellung bieten. 69


The Wave

Parametrische Deckentransformation und digitale Fabrikationsmethoden


The Wave 2.0 Vertiefung Konzeptidee und Materialität

Im finalen Entwurfskonzept lag der Schwerpunkt auf einer neuen Materialstudie, welche die Realisierbarkeit und eine schnelle Fertigung gewährleisten sollte. Des Weiteren wurde die bekannte Modulgeometrie auf die Ansprüche des neuen Materials angepasst. Die Formsprache der einzelnen Module wurde durch einen graduellen Öffnungsverlauf ergänzt, welcher die Komplexität der Installation erheblich erhöht. Die Öffnungen der jetzt aus flachem Holzmaterial bestehenden Platten werden, wie im Vorentwurf, mit Membranen bespannt, um den Verlauf von geschlossener zu offener Fläche zu generieren. Die Modulanordnungen unterscheiden sich erheblich von der des Vorentwurfs. Sie verlaufen nicht mehr nur linear nebeneinander, sondern werden durch einen Modulversatz ergänzt. Schlussendlich behauptet sich die Weiterentwicklung des Entwurfs gegenüber der Ursprungsgeometrie aufgrund vieler Neuerungen in den Bereichen Materialität, Konstruktion und Form. 71


Grasshopper Geometrie Definition The Wave 2.0

Die Grasshopperdefinition zur Entwurfsstudie zum finalen Entwurf „ The Wave 2.0“ generiert die Gesamtgeometrie mit allen dazugehörigen Elementen. In den folgenden parametrischen Entwurfsschritten wurde aus dem Raumvolumen die Grundfläche extrahiert und in ein springendes Raster aufgeteilt. Im weiteren Entwurfsprozess wurde eine Profilkurve generiert, welche die Nutzungsansprüche des Raumes repräsentiert. Die Länge dieser Kurve konnte nun in die gewünschte Anzahl von Modulen unterteilt werden. Die daraus resultierenden Punkte bilden die Knoten für die zwei Kurvaturlinien der Module aus. Des Weiteren werden an diesen Punkten die Segmente der Gesamtgeometrie geteilt. Die resultierenden X-Module bilden an ihren Enden die Möglichkeit zur Verbindung aus. Der graduelle Öffnungsverlauf ist ebenso parametrisch anpassbar und reagiert im Entwurfsbeispiel auf die gewünschten Belichtungssituationen. Grundlegendes Prinzip der Grasshopperdefinition ist die parametrische Weiterentwicklung der Naturanalogie (der Welle). 72


Detail Konstruktion Modul 3mm HDF-Platten Schraubverbindung

Die nebenstehende Visualisierung des Verbindungsdetails wurde wie im vorherigen Beispiel mit der CAD Software Rhinoceros 3d, Version 5 und mit der Rendersoftware Vray realisiert. Die einzelnen Segmente der Geometrie bestehen ausschließlich aus 3mm HDF-Platten. Im Rendering ist ein komplett durchgefärbtes Material zu sehen, welches einer vorherigen Materialstudie im Bereich Kunststoff entsprungen ist. Die Module werden an ihren Überlappungspunkten mit jeweils 3 Bolzen miteinander verschraubt. Die gewünschte Formsprache der Gesamtgeometrie wird durch die gegebene, materialspezifische Eigenschaft umgesetzt. Zusätzlich wird die Konstruktion mit einem graduellen Verlauf versehen, welcher den Übergang von offener zu geschlossener Fläche realisiert. Die daraus resultierenden Öffnungen werden je nach Orientierung im Raum mit einer Membran versehen. Diese wird an der Rückseite eines Doppelmoduls mit Zweikomponentenkleber verklebt und dient zusätzlich als punktuelle Aussteifung. 73


Grundriss Wave 2.0 Deckenraster Maßstab 1 zu 100

Der nebenstehende Grundriss im Maßstab 1:100 $

lässt einen ersten Einblick in das geplante Modulraster des Deckenspiegels zu. Die Module wurden in einem kontinuierlichen Raster mit immer veränderlichen Abständen angeordnet. Dieses einfache

%

%

Grundraster erlangt seine Komplexität durch die graduelle Verschiebung der Module in Verlaufsrichtung. Aufgrund dieser Verschiebung und dem parametrisierten Öffnungsverlauf, nimmt die daraus resultierende neue Deckenstruktur Bezug auf die sich ändernden Nutzungen im Raum. In den beiden nachfolgenden Schnitten (AA und BB) wird diese Beziehung deutlich. Im beschriebenen Entwurf soll $

das Raumvolumen durch die Installation in 2 Bereiche unterteilt werden. Zum einen der Arbeitsbereich, der von der Struktur großflächig umschlossen wird und zum anderen der öffentliche Bereich, 1

in dem sich die Installation dem Nutzer öffnet. Des Weiteren lässt sich aus dem Grundriss das Verhältnis von Modulproportion und Raum klar ablesen. 74


Schnitt AA The Wave MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Schnitt BB The Wave 2.0 MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Modellbau Teilmodul Mockup The Wave 2.0

Das Modellfoto zeigt ein raumhohes Mockup von 14 Teilmodulen im Maßstab 1:1. Die aus der Grasshopperdefinition bekannte Geometrie wurde aus HDF-Platten mit einer Stärke von 3 mm (einseitig weiß beschichtet) hergestellt. Dieser Teil der Gesamtgeometrie wurde aus vollen Platten gefräst und wie aus der Detailvisualisierung ersichtlich mit Schrauben verbunden. Die Befestigung an der Wand wurde hier durch eine direkte Verschraubung mit Dübeln realisiert. Die materialspezifischen Eigenschaften der Module aus HDF-Platten generieren den Kurvaturverlauf der Gesamtgeometrie. Die eins zu eins Umsetzung der Formsprache und die detaillierte Fügemethode aus dem parametrischen Entwurf suggerieren ein stimmiges Zusammenwirken von digitaler Fabrikationsmethode und physischer Realisierbarkeit. Die neu erlangten Erkenntnisse im Bereich der Materialität und dem Zusammenwirken der einzelnen Verbindungen brachten ein Modell zum Vorschein, welches in allen Belangen für Realisierbarkeit in kürzester Zeit steht. 77


Fazit Jurierung 13.06.2013

Zur zweiten Jurierung standen sich 5 Entwürfe gegenüber. Nur noch zwei Entwürfe konnten den Sprung in die Realisierung schaffen. Die bereits aus der ersten Jurierung bekannten Konzepte wurden nach den bereits benannten 5 Kriterien bewertet. Die Machbarkeit, Innovation, Ästhetik, Funktionalität und der Grad an Ausarbeitung bildeten wieder das Bewertungsgerüst für Professoren und Studenten. Wie auch schon bei der ersten Selektion, fiel die Finanzierbarkeit hoch ins Gewicht. Die fehlende Kompatibilität der Geometrie und die geringe Komplexität der einzelnen Module im Gesamtvergleich bildet das Ausschlusskriterium für den finalen Entwurfs mit Namen „The Wave“. Alle Projektbeteiligten der ausgeschiedenen Entwürfe wurden auf die 2 Gewinnerteams aufgeteilt. Hierbei wurde auf Gemeinsamkeiten im Entwurfs- und Konstruktionsbereich geachtet. Diese neue Konstellation beherbergt großes Entwurfspotential für die Realisierung zum Rundgang im Sommersemester 2013. 78


Parametrische Deckentransformation


Celluloose Erläuterung Konzeptidee

Durch parametrische Entwurfswerkzeuge ist es möglich, die von uns entwickelte zellulare Struktur an die Gegebenheiten und verschiedenen Nutzungsanforderungen des Raums anzupassen. Dabei sind die Rahmenquerschnitte, Verbindungselemente sowie die globale Kurvatur dreidimensional steuerbar und bieten die Möglichkeit individuelle Entwurfsdetails zu entwickeln. Um einen frühen Eindruck des Verhaltens der Zellen im Verbund zu gewinnen, wurden diese visualisiert und anschließend als 1:1 Installation realisiert. Diese Analysen dienten der Überprüfung des Lastabtrags und der auftretenden Durchhängung. Die optimierte Deckenstruktur besteht aus zwei Rahmenebenen, die durch Membranen verbunden zu einer selbsttragenden Installation umgestaltet wird. Die einzelnen Zellen werden durch flexible Axialverbindungen in Form von Bolzen an den Berührungspunkten der Zellen verbunden. In regelmäßigen Abständen werden die äußeren Zellen mit der Wand verbunden und leiten so die entstehenden Kräfte ab. 80


Inspiration Geometrische Transformation

Die Hauptstruktur basiert auf einem VoronoiDiagramm und soll die Zerlegung des Raumes in Regionen, die durch eine vorgegebene Menge an Punkten des Raumes definiert ist, verwenden. Derartige Regionen werden in der Mathematik auch als Voronoi-Regionen bezeichnet. Das Diagramm entsteht aus allen Punkten, die mehr als ein n채chstgelegenes Zentrum besitzen und somit die Grenzen der Regionen bilden. In Anlehnung an die freigeformte Hexagonalstruktur im Bereich des Flurs entstand eine formgebende Adaption, die eine fluide Neuinterpretation des Zellensystems nach sich zog. Durch die beim digitalen und analogen Modellbau auftretenden Defizite bedurfte es einer Optimierung der entwickelten Struktur, um eine leicht umsetzbare Gestalt der Form zu erzeugen. Die Optimierungsprozesse verlagerten sich dabei auf die Details der Planung, wie Gewichts-, Material- und Kostenreduktion. 81


Grasshopper Definition Geometrie Celluloose

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Detail Konstruktion Schraubverbindung mit Wandhalterung

83


Modellbau Mockup Celluloose MaĂ&#x;stab 1 zu 1

84


Parametrische Deckentransformation


Grundriss Celluloose Deckenraster MaĂ&#x;stabb 1 zu 100

A

B

B

A

N

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Schnitt AA Celluloose MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Schnitt BB Celluloose MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Parametrische Deckentransformation


Multi Puzzle

Parametrische Deckentransformation


Multi Puzzle Erläuterung Konzeptidee

Grundidee ist ein modulares Stecksystem mit äquivalenten dreieckigen Modulen in einem festen Raster. Ein Vorteil dieses Systems ist die Gewährleistung eines schnellen, variablen und unkomplizierten Aufbaus. Acht einzelne, ineinander gesteckte Module einer Größe bilden zusammengeschoben einen Stern. Diese Sterne werden übereinander gesetzt und mit drehbaren Knotenpunkten verbunden. Dadurch können Sterne verschiedenener Größen aneinander gekettet werden. Es entstehen tesserale Kombinationen von Würfeln mit Oktaedern. Die Module sind an der Raumdecke in einem diagonalen Raster angeordnet und in der obersten Ebene miteinander verbunden, um ein statisches System zu gewährleisten. Die Form der Deckenstruktur, mit ihren Höhen und Tiefen richtet sich nach dem Raumkonzept. Dieses basiert auf drei Kriterien: Lichteinfall, Blickbeziehungen und Raumfunktionen. Tief in den Raum ragende Module dienen als Sichtschutz und weisen eine räumlich funktionale Trennung auf. An den Fenstern ist die Konstruktion flach gehalten und gewährleistet dadurch genügend Lichteinfall. 91


Grasshopper Definition Geometrie Multi Puzzle

Anhand von Mittelpunkten generiert das Grasshopperskript eine Vielzahl oktogonaler Strukturen. Die Punkte liegen auf einem Squaregrid, dessen horizontale und vertikale Abstände über die Seitenlängen des Oktogons berechnet werden. An den acht Seiten der Oktogone werden Dreiecke konstruiert, die dann im Wechsel um 45° nach oben und unten rotiert werden und durch ein Offset ineinander greifen. Die Größe, Dicke sowie die Überschneidung (Offset) der Dreiecke sind im Skript regelbar. Außerdem kann die Gesamtstruktur über ein vorgegebenes Volumen in eine bestimmte Form geschnitten werden. Des Weiteren platziert die Grasshopperdefiniton Leuchteinheiten (LED-Punkte) an die Ober- und Unterseite der Module. Kleine geometrische Anpassungen, wie beispielsweise ein Filet an den Spitzen der Dreiecke, lassen sich ebenfalls parametrisch manipulieren. Schlussendlich ermöglicht dieses Skript eine Übersetzung jeglicher, auf den oben beschriebenen Dreiecken basierender Grundgeometrie in eine dreidimensionale Struktur 92


Modellbau Teilmodul Mockup Multi Puzzle

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Multi Puzzle

Parametrische Deckentransformation


Grundriss Multi Puzzle Deckenraster MaĂ&#x;stab 1 zu 100

A

B

B

A

N

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Schnitt AA Multi Puzzle MaĂ&#x;stab 1 zu 50

96


Schnitt BB Multi Puzzle MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Multi Puzzle

Parametrische Deckentransformation


Light Explosion Parametrische Deckentransformation


Light Explosion Erläuterung Konzeptidee Die Struktur überformt große Teile der Decke des Raums 1110c wie ein Parasit. Sie quert den Raum in seiner Längsrichtung, umspielt dabei die Raumkanten und die Arbeitsbeleuchtung und flacht im Bereich des Schaufensters bis in die 2D- Ebene ab. Die Grundfläche stellt mit ihren Stauchungen und flächigen Arealen eine Momentaufnahme in der Bewegung einer 3D-tesselierten Fläche dar. In den gekrümmten Bereichen entstehen durch die Stauchung der Sterne Verdichtungen, in der Ebene flacht das Relief ab. Als geeignetes Material für den 1:1 Bau der Skulptur haben sich mittel- und hochdichte Faserplatten erwiesen, die an bestimmten Stellen durch Haken von der Decke abgehängt werden. Der Entwurf ist eng mit den natürlichen und künstlichen Lichtquellen des Raumes verbunden. Die konstruktionsbedingten Abstände zwischen den Einzelflächen sind ebenso lichtdurchlässig wie die Perforationen auf den Flächen. Die Anzahl dieser Aussparungen nimmt in den gestauchten Bereichen zu, so dass sich dort eine größere Lichtdurchlässigkeit ergibt. Durch die direkt über der Skulptur sitzende LEDBeleuchtung sind sowohl weiche und dezente Verläufe, als auch die Akzentuierung einzelner Bereiche durch höhere Lichtintensitäten möglich. 100


Inspiration Geometrische Transformation

Grundlage der Light Explosion ist die Analyse von Faltstrukturen in Papier, die der Mathematiker und Designer Ron Resch in den 1960er und 1970er Jahren entwickelte und die unter dem Namen ‚basic triangle fold‘ bekannt ist. Diese Art der Faltung gehört zu den Origami-Tesselierungen, die besonders stabil und ästhetisch ansprechend sind. Bei der Tesselierung wird ein Polygon in einfachere Strukturen, zum Beispiel in Dreiecke zerlegt. Diese bilden dann flächig aneinandergelegt ein zumeist regelmäßiges Muster. Im Origami entsteht dieses Muster aber nicht aus addierten Einzelteilen, denn es wird vollständig aus einer Fläche entwickelt. Im Gegensatz zum klassischen Origami gibt es keine lineare Reihenfolge der Faltschritte, das Raster der Berg- und Talfalten wird bereits vor der Bearbeitung auf das Papier gezeichnet und kann dann aufgrund der erkennbaren Regelmäßigkeiten so gefaltet werden, dass sich die gewünschte Tesselierung ergibt. 101


Grasshopper Definition Geometrie Light Explosion

Die Grasshopperdefinition zur Entwurfsstudie des finalen Entwurfs „Light Explosion“ generiert die Gesamtgeometrie mit allen dazugehörigen Elementen. Dieses Skript bildet die Grundlage für die Übertragung der geometrischen Eigenschaften der Resch-Tesselation auf eine parametrisch generierte Freiformfläche. Hierbei wird die Flächengeometrie aufgeteilt und mit einem Dreiecksraster belegt. Die Einzelmodule der daraus resultierenden gefalteten Fläche können in ihren Abgrenzungen und ihrem Volumen durch die Grasshopperdefinition in jeglicher Art und Weise manipuliert werden. Im Entwurfskonzept „Light Explosion“ orientiert sich diese graduelle Verformung der Module ausschließlich am Verlauf der zuvor modellierten Fläche. Der Öffnungsgradient der Fläche wird durch eine partielle Perforation einzelner Dreieckskonstellationen realisiert. Schlussendlich generiert dieses Skript eine vollständig parametrisch steuerbare Flächengeometrie, welche sich im weiteren Entwurfsprozess sehr gut mit anderen Geometrietypologien verbindet. 102


Modellbau Teilmodul Mockup Light Explosion

103


Light Explosion Parametrische Deckentransformation


Grundriss Light Explosion Deckenraster MaĂ&#x;stab 1 zu 100

A

B

B

A

N

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Schnitt AA Light Explosion MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Schnitt BB Light Explosion MaĂ&#x;stab 1 zu 50

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Light Explosion Parametrische Deckentransformation


2. Jury Wettbewerbsphase 2 am 13.06.2013 Zur zweiten Jurierung standen sich nur noch 5 Entwürfe gegenüber. Die bereits aus der ersten Jury bekannten Konzepte wurden nach den bereits benannten 5 Kriterien bewertet. Die Machbarkeit, Innovation, Ästhetik, Funktionalität und der Grad an Ausarbeitung wurden durch das zusätzliche Kriterium der Finanzierbarkeit ergänzt. Am Ende des Tages standen die Gewinner Multi Puzzle und Light Explosion fest. Im folgenden Entwurfsprozess sollen beide Studien zu einer Gesamtgeometrie verschmelzen und somit eine stimmiges Rauminstallationskonzept ausformulieren. 109


111


Finaler Entwurf Erläuterung Konzeptidee

Das finale Entwurfskonzept legt seinen Schwerpunkt auf die Transformation der vorhandenen Deckenstruktur durch die Zusammenführung der aus der Jury hervorgegangenen zwei Gewinnerentwürfe. Hierbei sollen beiden Geometrien in gleichwertiger Stellung im Raum agieren und durch eine dritte Entwurfskomponente verbunden werden. Dieser zusätzliche Input spiegelt den Übergang von der einen zur anderen Systematik wieder. Besonders der kontinuierliche Verlauf von Volumen (Multi Puzzle) zur Fläche (Light Explosion) ist in dieser Phase der Entwurfsarbeit von essentieller Bedeutung. Das Dreieck, welches in beiden Entwürfen die tragende Rolle spielt, bildet das Grundmodul für die jeweiligen Entwürfe und deren Verbindung. Die Steckverbindung des Multi Puzzles wird so transformiert, dass sie sowohl in den Entwürfen als auch in den Verbindungen ihre Stellung behauptet. Schlussendlich soll der Realisierungsentwurf eine Komposition aus Altbewährtem und Neuem bilden. 111


Grasshopper Part 1 Geometrie Definition Multi Explosion

Die Grasshopperdefinition zur Entwurfsstudie des finalen Entwurfs „Multi Explosion“ generiert die Gesamtgeometrie mit allen dazugehörigen Elementen. Ein Teil des Scripts wurde zu großen Teilen aus dem Entwurfskonzept Multi Puzzle extrahiert und infolgedessen auf die neuen Ansprüche an die Gesamtgeometrie angepasst. Hierbei lag der Fokus auf der Weiterentwicklung der Steckverbindung. Winkel, Verschneidungsgrößen und Knotenpunkte mussten so parametrisiert werden, dass sie sich an die neue Formsprache der Deckeninstallation anpassen ließen. Des Weiteren lassen sich in diesem Teil der Definition Modulgrößen, Materialstärken und Positionierung im Raum graduell beeinflussen. Schlussendlich generiert dieses Teilskript den Volumen- Part der Gesamtgeometrie und bildet die Grundlagen für die Verbindung aus dem Entwurfskonzept (Light Explosion) bekannten flächigen Teil. 112


Grasshopper Part 2 Geometrie Definition Multi Explosion

Im zweiten Teil der Grasshopperdefinition wurden die parametrischen Gesetzmäßigkeiten des Entwurfs Light Explosion weiterentwickelt. Hierbei wurden die erarbeiteten Kenntnisse der ReschTesselation vertieft und auf die neuen Entwurfsansprüche angepasst. Wie aus dem ersten Teilskript bekannt, können diverse Moduleigenschaften parametrisch manipuliert werden. Diese Eigenschaft generiert eine aus Dreiecken bestehende Faltungsgeometrie, welche in der Lage ist jegliche Art von Freiform darzustellen. Des Weiteren wurden vereinzelte Dreieckskonstellationen mit einer Perforation versehen. Dieser Öffnungsgrad ist von der Größe der einzelnen Segmente anhängig. Nichts desto trotz bietet die Grasshopperdefinition eine manuelle Beeinflussung dieser Größen. Schlussendlich generiert dieses Teilskript den flächigen Anteil des Entwurfs Multi Explosion und verbindet die beiden zugrunde liegen Entwurfskonzepte. 113


Detail Konstruktion Dreieck-Modul 3mm HDF-Platten Steckverbindung

Die mit Grasshopper definierten Dreiecksmodule werden anhand eines simplen Stecksystems miteinander verbunden. Diese Art der Fügemethode hat sich bei diversen Modellbauten im kleineren Maßstab aufgrund ihrer Präzision und Flexibilität bewährt. Trotz dieses Maßstabsprunges funktionierten sämtliche Verbindungen auch im Realisierungsobjekt. Die Spitzen der Module sind an den Verbindungspunkten eingeschnitten. Die Einschnitte sind wie bei einer Strichlinie zweimal unterbrochen. Eine Unterbrechung an Dreiecksspitze wird jeweils von Hand eingesägt, wodurch eine Lasche entsteht. Durch ineinanderschieben der Module rastet diese Lasche am Ende des Einschnitts ein und fixiert die Verbindungen. Der Vorteil dieser Konstruktionsweise ist, dass keine weiteren Verbindungsmaterialien benötigt werden, sich die Struktur leicht und schnell zusammenbauen lässt und keine zusätzlichen Lasten abgetragen werden müssen. 114


Detail Konstruktion Stern-Modul 3mm HDF-Platten

Der gefaltete Teil der Deckenkonstruktion (Light Explosion) sowie der Übergangsteil sind über Schrauben fest miteinander verbunden. Die Schraubpunkte werden aus dem Skript generiert und orientieren sich an den Seitenkanten der Dreiecksmodule. Nebeneinander liegende Teilsegmente sind über einer, aus recycelten Plastikflaschen gewonnenen, PET-Folie aneinander geheftet. Die Folie ist von Hand in Streifen geschnitten und mit einer Lochung versehen. Die festgelegten Bohrungen der Module bilden die Vorlage für die Folienlöcher. Diese Streifen sind an den Dreieckkanten über Schraubpunkte mit Schrauben, Unterlegscheiben und Muttern fixiert. Des Weiteren gewährleistet eine zwischen den Dreiecken befindliche 5mm starke Fuge, die Möglichkeit der Faltung in extremen Winkeln. Der aus der Fuge resultierende Öffnungsgrad generiert eine zusätzliche Durchdringung der Fläche mit Licht. 115


Organisation Terminplanung, Beschaffung und Kosten

Digitales Design

Beleuchtung

Logistik

Modellbau

CNC

Gruppenarbeit

Für die Umsetzung des gemeinsamen Entwurfs wurden sechs verschiedene Untergruppen gebildet. Die Gruppe Logistik war mit der allgemeinen Organisation, der Koordination der Gruppen untereinander und der Zeitplanung beauftragt. Ebenfalls in diesen Verantwortungsbereich fiel die Beschaffung von Materialien und Werkzeugen sowie die Akquisition von Sponsoren. Zum Spektrum der Aufgaben gehörten schließlich die Kalkulation der Kosten und die Verwaltung von Geldbeträgen. Für die Gruppenkoordination wurden Kommunikationsmöglichkeiten in unterschiedlichen Medien geschaffen. Ein von der Logistikgruppe initiierter Kalender stand den Studierenden in digitaler Form und als Aushang zur Verfügung. Der weitere Austausch erfolgte per email, telefonisch, in den sozialen Netzwerken und natürlich vor allem im Projektraum. Die Kalkulation der Kosten erfolgte sukzessive während der Phase des Modellbaus, da erst hier die Art des Materials und die benötigten Stückzahlen final bestimmt werden konnten. Die Stückmengen, Kosten, Informationen zu Produkten und Lieferanten und weitere Information wurden systematisch notiert und für Zwischenpräsentation und andere Anfragen gezielt aufbereitet. 116


Grundriss Multi Explosion Deckenraster Maßstab 1 zu 100

Der nebenstehende Grundriss im Maßstab 1:100

A

lässt einen ersten Einblick in das finale Modulraster des Deckenspiegels zu. Besonders deutlich ablesbar sind die beiden zugrunde liegenden Konzepte der Gewinnerentwürfe und die dritte Komponen-

B

B

te, welche sich im Raumzentrum befindet. Dieser Teil der Gesamtgeometrie nimmt beide Entwurfsprinzipien auf und übersetzt sie in eine schlüssige und funktionale Systematik. Der daraus resultierende graduelle Verlauf der Einzelmodule ermöglicht erst dann die Transformation von flächigen zu geschlossenen Elementen. Der Öffnungsgrad der Gesamtfläche ist im hinteren Arbeitsbereich A

eher klein und somit privat ausformuliert. Im Erschließungsbereich hingegen öffnet sie sich selbst und dem Besucher. In den beiden nachfolgenden Schnitten (AA und BB) wird diese Beziehung noch N

deutlicher dargestellt. Schlussendlich lässt sich aus dem Grundriss das optimale Verhältnis von Modulproportion und nutzbarem Raumvolumen ablesen. 118


Schnitt AA Multi Explosion MaĂ&#x;stab 1 zu 50

119


Schnitt BB Multi Explosion MaĂ&#x;stab 1 zu 50

120


Modellbau Gesamtgeometrie Multi Explosion

Wo die Logistikgruppe für die Rahmenbedingungen sorgte, war die Modellbaugruppe für die praktische Umsetzung der Deckenkonstruktion zuständig. Wie aus den anderen Gruppenkonstellationen bekannt, war es nützlich, auch hier eine Unterteilung im Bereich der Verantwortlichkeiten vorzunehmen. Hieraus gingen die Gruppen Lichtinstallation, Vorkonfektionierung und Endmontage hervor. Die Lichtgruppe beschäftigte sich mit diversen Lichtkonzepten und realisierte die Montage der LED-Strings der Firma Zumtobel unter Verwendung von Haken und Drahtseilen. Die Vorkonfektionsgruppe fräste die einzelnen Modulsegmente, nummerierte diese und fügte sie zu montagefertigen Gruppen zusammen. Im finalen Montageprozess arbeiten alle Instanzen gemeinsam an der Realisierung. Dies war auf Grund der hohen Komplexität der Geometrie und den schwierigen Montagebedingungen unumgänglich. Schlussendlich steht dieses Projekt für ein erfolgreiches Zusammenspiel

verschiedenster

Kompetenzen

ein. 121


Fazit Realisierung zum Rundgang SS 2013

Das Projekt ‚Parametric Morphing‘ stellte uns Studierende in diesem Semester vor eine Reihe unterschiedlichster Herausforderungen. Die Aufgabe des Entwurfs war sowohl in seiner Maßstabsebenn als auch im Bereich des Designs für viele der B.A.Studierenden aus den Fachbereichen A, S und L ein Novum. Die Ausgangsmotivationen der Projekteilnehmer/innen waren entsprechend weit gestreut – für manche stand die (Weiter-) Entwicklung ihrer Kenntnisse auf dem Feld der Digitalen Entwurfstechniken im Vordergrund, andere waren stärker an der Möglichkeit interessiert einen Entwurf bis zur Umsetzung zu bringen. Die Phasen des Wettbewerbs waren insgesamt von großer Kollegialität der Studierenden untereinander begleitet. Auch die zahlreichen Umstrukturierungen der Teams nach den jeweiligen Jurytagen, führten nach einer Eingewöhnungsphase zu mehr Effizienz. Beim finalen Bau der Installation war es für uns besonders spannend zu erleben, wie ein digital gefertigter Entwurf in ein haptisches Modell übersetzt wird. 122


Danksagung Sponsoring und Training

Liebe Sponsoren, wir möchten Ihnen einen ganz herzlichen Dank für die Unterstützung bei dem Projekt Parametric Morphing aussprechen. Besonders möchten wir stellvertretend für die Firma Zumtobel Herrn Pirmin Braun hervorheben, der uns die LED-Technik zur Inszenierung der Deckenskulptur zur Verfügung gestellt hat. Des Weiteren danken wir der Firma Meso, inbesondere David Brüll und Alexander Graf, für einen tollen Workshop mit einem Schwerpunkt auf der digitalen Ansteuerung von Licht mit der Software vvvv. Ebenfalls danken wir der Fleischhut KG, namentlich Herrn Philipp Fleischhut, ohne deren Materialstiftung (100 m2 HDF- Platten in 3mm Stärke) eine Realisierung im Maßstab 1:1 nicht möglich gewesen wäre. Für die Sicherheit und eine leichterer Montage sorgte der Dachdecker Meisterbetrieb Steinfadt durch die Bereitstellung eines Rollgerüstes. Last but not least, möchten wir an dieser Stelle Herrn Dipl.-Ing. Markus Köthe danken, dessen zahlreiche Hilfestellungen besondere Anerkennung verdienen. 124

parametric morphing multi explosion  

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