Form- und Materialprozesse

Architektonische Form- und Materialwerdung am Übergang von Computer Aided zu Computational Design

von Achim Menges

Der populär mit dem Begriff "Digitale Architektur"umschriebene Einsatz des Rechners im architektonischen Entwurfs- und Planungsprozess bedarf einer differenzierten Betrachtung: Grundsätzlich unterschieden werden hierbei Computer Aided und Computational Design.

Die Durchdringung der Architektur mit digitalen Prozessen beschleunigt sich stetig und betrifft immer weitere Teile des Entwerfens, Planens und Bauens. Die Frage, ob digitale Prozesse analoge Verfahren in der Architektur ablösen, wird durch diese Realität zunehmend obsolet. Die Frage, wie dies derzeit geschieht und zukünftig geschehen könnte, gewinnt dadurch allerdings an Relevanz - und an Faszination, denn nie zuvor in der Geschichte der Architektur standen Architekten, Ingenieuren und Firmen in einem so kurzen Zeitraum so umfassend neue technische Möglichkeiten zur Verfügung wie heute. Wie häufig in der Baugeschichte ergibt sich jedoch eine gewisse Überschneidungsphase, in der neue Technologien zunächst mehrheitlich als Erweiterung der herkömmlichen Praxis genutzt werden.

Parallel dazu entwickeln sich neuartige Ansätze, die den tatsächlichen Potenzialen der Technologie entsprechen und so beginnen, die Praxis selbst zu verändern. In einer solchen Situation befinden wir uns derzeit. Im Folgenden steht jedoch weniger die Klärung der Begriffsopposition analog/digital im Vordergrund; viel wichtiger erscheint es, ein differenzierteres Verständnis des Digitalen im spezifischen Kontext der Architektur zu erlangen.

Centre Pompidou in Metz, 2010, Shigeru Ban, Jean de Gastines (Foto: Frank Kaltenbach)

Von Computerized Design zu Computational Design

Mit der von Alberti in seinen Schriften über die Baukunst geforderten und sich seit der Renaissance immer stärker fortschreitenden Trennung von Entwerfendem und Bauendem - und der Entwicklung von Perspektive und Projektion - gewann die darstellende Zeichnung in der Architektur der zweiten Hälfte des letzten Jahrtausends eine zentrale Rolle; und zwar sowohl als dominierende Notation im Entwurf als auch als Instruktion für dessen Umsetzung auf der Baustelle. Bemerkenswert ist dabei, dass die Notationsform der Zeichnung die Information auf die Darstellung der Geometrie beschränkt.

Daran hat sich bis heute nichts Grundlegendes geändert, auch nicht mit der flächendeckenden Einführung von Computer Aided Design (CAD), das seit ungefähr 20 Jahren in der Architekturpraxis eingesetzt wird. Diese Anwendungen sind charakterisiert durch die Übertragung analoger Arbeitsweisen in den digitalen Bereich. Parallel zu dieser Art des Computereinsatzes, also der computergestützten Erweiterung tradierter Entwurfsverfahren, hat sich allerdings noch ein zweiter Ansatz herausgebildet: das Computational Design. Dies basiert auf dem Konzept einer alternativen Herangehensweise an Entwurf und Planung, die das eigentliche Potenzial des Rechners zu nutzen vermag, nämlich der informationstechnologischen Erfassung, Verarbeitung und Nutzung komplexer Wechselbeziehungen als Grundlage für generative, algorithmische Prozesse.

Computation, im Gegensatz zu Computing, bezeichnet im Englischen in erster Linie ganz grundsätzlich das Verarbeiten von Informationen. Die zentrale Bedeutung des Begriffs liegt also im Prozesshaften und Informationsbasierten, nicht allein im Einsatz eines Computers. Während sich herkömmlicherweise das Entwerfen und Planen anhand einer analogen oder digitalen Darstellung - in Form von Skizze, Zeichnung, Plan oder Modell - des angenommenen Ergebnisses vollzieht, verschiebt sich hier der Hauptentwurfsgegenstand auf die Entwicklung von Prozessen - in Form von Algorithmen oder generativen Regeln -, aus denen dann durch die Definition und Gewichtung von Einflussgrößen und Parametern ein bestimmtes Ergebnis entsteht. Der Entwerfende operiert dabei auf der Ebene des generativen Prozesses, der genotypischen Information und der sich aus Einfluss-Wechselwirkungen einstellenden phänotypischen Erscheinung. Entwerfen wird somit ein Prozess der Formgenerierung.

Im Computational Design wird der Architekt jedoch nicht durch den Rechner ersetzt, vielmehr wird hier die Rolle des Entwerfenden gestärkt: Der Architekt wandelt sich von einem Nutzer digitaler Prozesse zu deren Entwickler. Der dadurch ermöglichte höhere Integrationsgrad verschiedenster Einflussgrößen und Erfordernisse direkt im Entwurfsprozess erlaubt nicht nur mit den stetig komplexer werdenden Anforderungen an Architektur Schritt zu halten, sondern daraus einen neuen Möglichkeitenraum zu erschließen.

Von virtueller Generierung zur physischen Materialisierung

Virtualität bezeichnet eine nicht stoffliche, sondern über ihre Charakteristika, Funktion oder Wirkung konkretisierte Entität. Anders als häufig angenommen ist das Gegenteil von virtuell also nicht real, sondern physisch beziehungsweise materiell. Wie aber kann Computational Design nicht als Trennung von virtuell Entworfenem und dann materiell Umgesetzten verstanden werden kann, sondern als ein Mittel zu dessen unmittelbarer Verknüpfung? Im Computational Design wird Form nicht durch eine Reihe von Zeichen- oder Modellierschritten bestimmt, sondern anhand definierter, regelbasierter Prozeduren und parametrisch beschriebener Verknüpfungen generiert.

Computational Design ermöglicht ein Verständnis von Form, Material, Struktur, Herstellung und Fertigung als systemische Wechselbeziehungen, in deren Möglichkeitenspielraum sich der Entwurf entfalten kann. Diese wechselseitige Rückkopplung aus virtuellem Rechnermodell und materieller Konstruktion im computerbasierten Entwurfsprozess erlaubt eine neue Art der Synthese von Form- und Materialwerdung.

Den ausführlichen Beitragfinden Sie in: DETAIL 5-2010, S. 420ff.

Flächenstruktur (Foto: Achim Menges)