Sistemi di progettazione parametrica a confronto.

4.2.1Center for Nanotechnology, University of Pennsylvania

Schizzo originale di Weiss Manfredi per l`articolazione geometrica della corte interna.

Collocato all’estremità est del campus dell’università della Pennsylvania, si tratta del primo edificio accademico che denuncia la presenza del campus nell’ambito del quartiere di Philadelphia West. Trattandosi del primo edificio interdisciplinare dell’università, le nuove strutture di ricerca per le nanotecnologie incoraggeranno la collaborazione, lo scambio e l’integrazione di conoscenze che caratterizzano lo studio di questa disciplina emergente. L’obiettivo è di consentire l’integrazione delle risorse della School of Engineering and Applied Sciences e della School of Arts and Sciences. Nuovo fulcro verde del campus, l’edificio si configura come una spirale di ricerca raggiungendo la sua massima altezza in corrispondenza del forum. Punto di incontro informale e meeting nelle sale riunioni, esso aggetta sul cortile ed apre sulla vista di campus e città.

La collocazione dell’edificio, il lato nord del quartiere 3200 di Walnut street, definisce un riferimento urbano nell’ingresso al campus e vuole rappresentare il ruolo di Penn come leader globale nella ricerca e formazione scientifica. L’edificio e la sua integrazione con la topografia del luogo determinano una transizione graduale verso l’ambiente accademico e celebrano l’attenzione dell’università di Penn nell’inserimento nel quartiere di West Philadelphia.

È nella tradizione costruttiva dell’università e di Philadelphia la realizzazione di edifici attorno a corti aperte. Le strutture destinate ai laboratori sono tipicamente organizzate attorno ad un corridoio centrale limitando gli spazi di interazione. Al contrario, il design dell’edificio e la gradualità di transizione con la topografia del campus sono in questo caso studiati

appositamente in modo da preservare questo nuovo tipo di comunicazione interno-esterno e da facilitare di conseguenza il flusso di persone e idee all’interno dell’edificio.

Il centro di nanotecnologie Krishna P.Singh è un passo significativo nel definire il ruolo di primo piano dell’università nel campo delle emergenti nanotecnologie. I nuovi 7300 metri quadri di servizi sono dotati di aree di ricerca d’avanguardia comprendenti 1200 metri quadri dedicati ai laboratori.

Rendering funzionale ad evidenziare l`effetto ricercato nella distribuzione delle bande opache.

La trama della serigrafia è stata studiata in modo da vincolare selettivamente la visione degli interni dell`edificio alla corte interna. Procedendo da ovest le bande serigrafiche si allineano costituendo una superficie opaca. Nella direzione della corte interna la spaziatura delle bande verticali rivela le porzioni di vetro trasparente e consente di intravedere gli interni del centro di ricerca.

Visual Mockup del prototipo di serigrafia per il vetro. Si è richiesta la messa a punto di svariate sample prima di scegliere la tipologia di vetro e la distribuzione delle bande serigrafate più adatta.

Il gradiente nella distribuzione della parete opaca in relazione ai piani dell`edificio.

Si è proceduto a diretto contatto con i fabbricatori esaminando le possibilità di realizzazione dei sistemi di ancoraggio, delle giunzioni delle singole unità, dei dettagli di transizione tra il sistema a facciata continua e l’esistente struttura dell’edificio. Il sistema costruttivo adottato è a pressioni equalizzate si caratterizza quindi per la separazione degli elementi di impermeabilizzazione dall’acqua e di quelli di impermeabilizzazione dall’aria. Sono stati elaborati dettagli costruttivi che specificassero ancoraggi in acciaio o alluminio a seconda delle condizioni di carico e le sollecitazioni valutate per le singole unità.

Effettiva distribuzione delle bande opache in fase di montaggio.

Ciascuno dei verticali è stato modellato e studiato separatamente in modo da rispondere alla variazione interna delle superfici cui è possibile ancorarsi e alla contemporanea variabilità dei piani di facciata. In particolare il lato sud dell’edificio si caratterizza per una serie di piani volutamente non allineati secondo la sequenza a spirale dei locali per la ricerca culminante nell’aggetto. Riguardo a quest’ultimo, l’angolo più complesso dell’intero progetto è stato proprio quello di distacco dello sbalzo dalla facciata interna ovest (WP5-workpoint5). Per la risoluzione delle problematiche di allineamento e per garantire la continuità del sistema costruttivo nei singoli piani e in prospetto sono stati elaborati modelli inizialmente in Rhino e poi in Catia per la collocazione esatta delle estrusioni e il relativo posizionamento rispetto agli elementi strutturali della scala.

Nelle immagini che seguono è possibile osservare dei rendering di progetto della struttura associati ai dettagli costruttivi di più complessa realizzazione.

La fase conclusiva è stata la modellazione in Catia di ciascuna delle unità componenti la facciata. La modellazione è interamente finalizzata alla produzione di pacchetti di fabbricazione per i singoli pezzi e i relativi assemblaggi.

La tipica struttura gerarchica dei pacchetti di fabbricazione prevede:

Bill Of Materials (BOM)

Specificazione dei componenti necessari per il pacchetto, una sorta di ricapitolazione di tutte le parti necessarie per la realizzazione di quell’insieme di componenti. Si tratta di una tabella che viene fornita al fabbricatore anche sotto forma di foglio di calcolo e che riflette le esigenze di nomenclatura specifiche dell’officina di fabbricazione dei pezzi.

Elaborati 2D

-unit assembly drawings, con il dettaglio delle parti assemblate in officina

-sub-assembly drawings, comprendenti le modalità di connessione delle singole parti (prep drawings)

-part drawings, comprendenti le dimensioni e posizionamento di fori e intagli.

Elaborati 3D

Il modello in Catia viene esportato con la collocazione dell’origine del sistema in relazione alle esigenze specificate dal fabbricatore sulla base della particolare macchina impiegata nella produzione dei vari pezzi. (CNC a quattro assi o macchine per l’estrusione di profilati in alluminio).

In allegato parte della documentazione di fabbricazione.

Fig.7 Sezioni orizzontali successive in corrispondenza dell`innesto dello sbalzo sulla facciata. La difficolta` notevole e` stata la sigillatura a tenuta delle unita` in corrispondenza della giunzione dalla

geometria complessa. I canali di posa delle unita` inclinate lungo la scala dello sbalzo devono infatti congiungersi armonicamente con quelli orizzontali della facciata interna est del cortile.

Fig.8 Vista assonometrica delle unità coinvolte nello snodo e sezione in corrispondenza del vertice inferiore dell`angolo.

Estratto degli shop drawings di cantiere. Numerazione delle unità in prospetto con dettaglio dei sistemi di ancoraggio alla struttura in cemento armato dell`edificio.

Estratto degli shop drawings di cantiere. Pianta del piano terra dell`edificio con indicazione dell`articolazione del sistema di facciata continuo.

Esempio di Assembly drawing. A ciascuna delle parti viene assegnato un numero cui corrisponde il dettaglio del pezzo all`interno del BOM (Bill of Materials)

Disegno di cantiere e corrispondente modello in Catia in parallelo. I profili in alluminio sono mostrati in trasparenza in modo da rivelare la differenza nelle tipologie di ancoraggio.

Fig.14 Modello tridimensionale della facciata in Catia nella fase di distribuzione delle unità sullo stesso.

4.2.2 North Carolina State Employees Credit Union

The State Employees' Credit Union (SECU) Salisbury Street Office è collocato nel cuore del distretto governativo di Raleigh. Il principio alla base del design è una forma dinamica di vetro e pietra che dovrebbe riproporre le caratteristiche vernacolari del contesto storico della città fornendo al contempo un’interpretazione progressiva del futuro della stessa. Questo edificio per uffici di dodici piani include una filiale degli uffici SECU, area di parcheggio per 165 posti auto, un centro congressi, un tetto attrezzato e un atrio a quattro piani. Quest’ultimo determina una nuova piazza per la città parte integrante del Centro di Ricerca Naturale dello Stato. Il progetto è attualmente in fase di costruzione. Il completamento dei lavori è previsto per 2012 con il conferimento della certificazione Gold LEED®.

In questo caso si è intervenuti a progettazione e fabbricazione avanzata fornendo consulenza nella realizzazione dei pacchetti di fabbricazione più complessi. Un team messo a disposizione dai fabbricatori ha consentito la risoluzione piuttosto rapida di alcune problematiche tecniche intervenute nella fase di modellazione dei singoli moduli in Catia.

In allegato alcune immagini di progetto ed alcuni esempi di pacchetti di fabbricazione.

BOM acronimo per Bill of Material. Sostanzialmente il dettaglio di tutti i pezzi necessari a comporre l’unità di curtain wall. Il numero assegnato a ciascun elemento è univoco e riportato coerentemente in tutte le schede consegnate al fabbricatore.

Esploso assonometrico dell’unità di facciata con dettaglio dell`ordine di assemblaggio delle parti. (part drawing)

L’unità viene rappresentata in assonometria esplodendone solo la componente vetrata. I vetri vengono numerati rimandando alle pagine successive il dettaglio delle dimensioni dei pezzi.

L’unità viene rappresentata assemblata con il dettaglio delle dimensioni dei vetri per il taglio delle lastre.

Il retro dell’unità presenta i pannelli metallici in esploso assonometrico. Anche in questo caso si rimanda a fogli specifici delle schede di fabbricazione.

4.2.3 Barclays Arena

Lo stadio il giorno dell`inaugurazione 2012-10-01.

Il design del Barclays Center è stato incentrato sul raggiungimento di un equilibrio tra iconicità della forma e performance sul piano della tecnica costruttiva. Collocato in uno dei crocevia urbani più congestionati dell`area metropolitana di New York, Barclays arena si distingue dalla tipologia tradizionale dello stadio nel modo in cui si relaziona al contesto urbano circostante. La duplice pelle dell`involucro dell`edificio avvolge l`intersezione stradale delle due avenue Atlantic e Flatbush ricavandone una piazza, uno spazio d’interazione suburbano ed estremamente raro nell`area metropolitana.

Come accennato, la facciata risulta la parte fortemente caratterizzante l`edificio. Essa è stata studiata come sovrapposizione di un curtain-wall tradizionale con il sistema di pannelli metallici. La distribuzione dei pannelli e l`inclinazione degli stessi fornice tridimensionalità alle morbide ondulazioni della facciata. La trama di tali inclinazioni, assolutamente suggestiva con la retro-illuminazione notturna, è stata studiata in Catia. Il software si è rivelato essenziale nella gestione di un tale numero d’istanze. La rotazione e spaziatura dei pannelli e la conseguente porosità della facciata rispetto alla sottostante superficie vetrata è stata definita in funzione delle viste della città che si è voluto privilegiare e della localizzazione delle componenti meccaniche dell`edificio. In corrispondenza delle aree destinate agli impianti e alla meccanica la pelle dell`edificio si chiude in una semplice superficie metallica continua.

I pannelli (12000 componenti uniche) presentano piegature a 45 gradi che arricchiscono il senso di vibrazione della superficie frastagliata. Tanto i pannelli quanto i canali verticali che li sostengono sono stati sottoposti ad un processo di tre mesi e mezzo di pre-ossidazione prima di arrivare in cantiere. Il trattamento e la successiva spedizione dei pannelli sono stati organizzati in quattro tranche durante le quali il metallo è stato esposto tra i 12 e 16 cicli di bagnatura ed asciugatura alternati fino ad un limite di 1000 cicli. Ciò ha garantito l`ottenimento del risultato che una normale ossidazione in condizioni atmosferiche raggiungerebbe in sei anni fornendo l`estetica industriale al manufatto e proteggendo al tempo stesso i pannelli da un eccessivo degrado in sito.

Dettaglio delle sezioni di supporto strutturale della copertura della piazza.

“Abbiamo pensato a molti materiali” dice Pasquarelli uno dei partner di SHoP “C`era qualcosa riguardo a questa estetica industriale nuda combinata con la morfologia sinuosa dell`edificio e la qualità della trama digitale dei pannelli che è parsa perfetta come metafora di Brooklyn”. Il lattice work si caratterizza quindi per una facciata continua di pannelli di vetro Viracon 13/16 pollici VRE 1-59 trasparente laminato e pannelli in alluminio combinazione di Alucobond 4mm con un doppio strato di finitura Kynar conformati in lamine di 1/8 di pollice. Questa combinazione è stata assemblata in macro pannelli di dimensioni variabili dai 10x15 piedi ai 15x10 piedi (altezza-larghezza). Nella maggior parte di casi lo strato metallico è stato collocato ad una distanza di 72 pollici dalla faccia esterna della superficie vetrata continua ed è stato connesso da una trama di A36 in acciaio dipinto. Trasportati in sito su strada, i macro

pannelli sono stati sollevati e collocati in posizione tramite gru e fissati alla struttura con specifici ancoraggi per sistemi di facciata continua.

Dettaglio del modello in Catia per le componenti di supporto dei pannelli metallici.

SHoP Construction, la componente digitale dello studio di architettura, ha curato la consegna dell`involucro dell`edificio in Catia. Il BIM in questo caso è stato assolutamente essenziale nel decomporre l`edificio nelle sue unità di fabbricazione. I pannelli sono stati sviluppati planarmente ed esportati in un plug-in del programma in grado di generare sia il layout coerente con il taglio del materiale metallico che il file di taglio consegnato direttamente alle macchine CNC. Dalla modellazione digitale si passa quindi alla produzione del prototipo in scala reale senza alcun processo di mediazione. Tutti i 12000 pannelli sono stati tagliati a partire da lastre metalliche di 3/16” di spessore e delle dimensioni 62 x 156” sul letto di taglio. Mesi prima della posa in opera del primo pannello, lo studio ha fornito al produttore una prima stima accurata del materiale da impiegare. Ciò è risultato essenziale per la rapidità dei tempi di costruzione dello stesso e per la necessità di sottoporre le lastre al processo di corrosione indotta. In tutte le fasi, la tracciabilità delle componenti è stata essenziale. E` stata elaborata un’applicazione per iPhone che consentisse di rintracciare, a partire da un codice a barre lo specifico pezzo, la sua localizzazione nel progetto e tutte le informazioni interconnesse al database di fabbricazione. Questo processo ha reso estremamente fluida non solo la tracciabilità dei pannelli man mano che venivano prodotti ma la sequenza stessa d’installazione in sito.

sviluppo bidimensionale dell`involucro dell`edificio.

Dettaglio dei pannelli immediatamente dopo l`installazione. Catia ha consentito di gestire dinamicamente le spaziature differenziate delle singole unità. La piegatura dei pannelli metallici in funzione della curvatura della pelle dello stadio ha richiesto l`impiego di una workbench addizionale (Sheet Metal). Questa consente infatti di sviluppare bidimensionalmente la lamina metallica secondo la forma e gli angoli di taglio ottimali per la piegatura in relazione al tipo di metallo selezionato per il pezzo.

Esempio di esploso assonometrico di una delle unita` incluso nel pacchetto di fabbricazione trasmesso al produttore dei pezzi. Nella parte inferiore della figura si osservi la pelle dell`edificio con la rispettiva ripartizione in unità di fabbricazione.

4.2.4 290 Mulberry

Dettaglio della facciata dell`edificio. Aspetto che lo caratterizza fortemente sul piano architettonico e della progettazione/fabbricazione di tipo parametrico.

In questo caso si sposta l`attenzione su un progetto residenziale. Il condominio di lusso si colloca su Mulberry street nel quartiere di NoLita uno dei quartieri storici della metropoli. La scelta dei mattoni per la facciata e` dettata unicamente dal contesto e dall`esigenza di relazionarsi con l`edificio Puck celebre per la decorativita’ della sua muratura. L`increspatura della superficie del prospetto denuncia la segmentazione del sistema a pannelli e la mancanza di funzione portante per i mattoni, impiegati in senso puramente decorativo.

Semplificazione in Catia della geometria della superficie per lo studio delle casseforme necessarie al getto dei blocchi componenti il prospetto.

Per quanto si tratti di un condominio di lusso, la progettazione parametrica si è rivelata l`unico strumento che consentisse di rientrare entro i limiti di budget forniti dagli investitori. I pannelli che si sovrappongono per un`altezza di 13 piani sono stati modellati in Catia in modo da standardizzarne le connessioni in funzione della spaziatura del commento e dell`orientamento dei singoli pezzi. La modellazione è stata indispensabile nel realizzare le casseforme per la produzione dei pannelli e per ottimizzare il numero di unità uniche o di giunzioni singolari. Il processo di popolazione dei pannelli con i mattoni è concettualmente lo stesso che ha caratterizzato la distribuzione dei pannelli sulla pelle esterna del Barclays Arena e ne è stato il precursore in termini di elaborativita` computazionale. Il numero di istanze e la loro gestione individuale per la spaziatura dei commenti ha comportato un modello parmetrico la cui organizzazione gerarchica presenta la stessa complessita` del modello dell`arena.

Il modello parametrico non si è limitato all`impiego di Catia e Rhino. Si osservi nella figura come Revit sia stato impiegato in questo caso per la sistematizzazione dei computi metrici tra le varie unità abitative.

Schema in pianta della metodologia di installazione dei pannelli .

Semplificazione nei primi studi in Rhino della superficie a doppia curvatura successivamente ottenuta tramite indentazione delle facce dei blocchi.

Dettaglio del commento tra due pannelli limitrofi. Le tolleranze nella disposizione della trama dei blocchi sono state determinate tramite un algoritmo in Catia. Il numero delle unita’ coinvolte era troppo alto per poter comprendere l`impatto cumulativo di imprecisioni nella spaziatura dei componenti.

Getto e allocazione dei blocchi a colmare il pannello. Macchine a controllo numerico sono state impiegate per il taglio della cassaforna.

Modalità di installazione dei pannelli in cantiere e dettaglio costruttivo dei pannelli in corrispondenza delle aperture.

Ancoraggi alla trave inginocchiata della scala e all`intradosso dei solai nella parte terminale dei montanti.

5. Conclusioni