CONCRETE FORM[ing]WORK
Design, Fabrication, Simulation and Correlation of Parametrically Patterned Flexible Formwork and Concrete
Tid: Fr 2021-09-24 kl 13.00
Ämnesområde: Arkitektur, Arkitekturteknik
Respondent: Annie Locke Scherer , Arkitekturteknik
Opponent: Professor Remo Pedreschi, University of Edinburgh, UK
Handledare: Professor Oliver Tessmann, Arkitekturteknik, DDU Darmstadt, Germany; Professor Jonas Runberger, Arkitekturteknik, Chalmers
Abstract
Betong är ett de flitigast använda byggmaterialen i världen, men trots detta begränsar sig de etablerade standarder som styr den industriella tillverkningen av betong för enkelhetens och förutsägbarhetens skull till rak formgivning och enhetliga tvärsnitt. Inom ramen för Concrete Form[ing]work utforskades alternativ till befintliga formsättningsmetoder genom en enkel teknisk omdaning av själva materialet: det välkända, rigida träet byttes ut mot flexibelt tyg.
I en översikt av det aktuella forskningsläget inom flexibel formsättning och gjutning av betong identifierades ett antal utmaningar som i dagsläget förhindrar införandet av flexibla formsättningssystem på bred front inom industrin. Den forskning som läggs fram i avhandlingen identifierade och sökte lösningar till två grundläggande utmaningar: a) den komplexa sömnad som krävs för att tillverka icke-standardiserade former och b) avsaknaden av konstruktions- och simuleringssverktyg som möjliggör visualisering och kommunikation av tillverkningsprocessen. Ett rekursivt, processbaserat arbetsflöde användes för att utforma forskningsexperimenten, vilka undersökte och sökte finna lösningar till ovan nämnda utmaningar.
Experimenten inriktade sig mot olika stadier av produktutvecklingsprocessen (probe, prototype och demonstrator) och genomfördes inom områdena smockning, flexibel formgivning, datorstödd mönsterkonstruktion, simulering och korrelation. En översikt av tidigare forskning rörande hantverksbaserade experiment påvisade att dessa har tre viktiga kännetecken: procedurellt arbetsflöde, utvärderingskriterier and externalisering av tyst materialkunskap. Dessa kännetecken utgjorde grunden för den forskningsmetodik på vilken forskningen inom Concrete Form[ing]work vilade och vilken var avgörande för experimentens utformning. Ett cirkulärt arbetsflöde bestående av simulering, tillverkning och kalibrering tillämpades för att hantera det komplexa förhållandet mellan det parametriskt skräddarsydda tyget och betongens materialitet. Beroende på om en hypotes förelåg eller inte genomfördes experimenten med olika typer av ”vandrande” tillvägagångssätt (seriellt, expansivt, undersökande) – detta arbetssätt möjliggjorde värdefull kunskapsproduktion samtidigt som forskningens hantverksmässiga aspekter bibehölls.
Forskningsansatsen första bidrag till forskningsfältet var utförandet av en omfattande undersökning av smockningens potential som tillverkningsmetod för skräddarsydda, komplexa formsättningar. Smockning är en månghundraårig xii
mönstringsteknik i vilken tyget dras samman och fästs så att rynkor uppstår. Tekniken utmärks främst av att den gör det möjligt att förvandla en plan, rutnätsmönstrad yta till en komplext krökt yta utan att behöva klippa till och sy ihop en mängd unika delar. Genom en systematisk genomgång av relaterade forskningsfält såsom utrullning av nätmönster, kirigami, origami, auxetiska material och konform projektion utvecklades inom ramen för denna forskningsansats ett digitalt mönsterkonstruktionsverktyg som dekonstruerar dubbelkrökta geometriska former och omskapar dem till smockmönster. Detta verktyg påvisade såväl möjligheten att programmera både lokal och global geometrisk artikulation i parametrisk smockning som möjligheten att på ett hållbart sätt tillverka komplexa former utifrån ett enda plant ark.
Studiens andra bidrag bestod i att tyst materialkunskap inom området flexibel formsättning och betonggjutning systematiserades genom att kommuniceras och externaliseras. Detta åstadkoms genom att inte enbart belysa resultatet utan även experimenteringsprocessen som helhet och utvecklingsprocessen av det simuleringsverktyg som möjliggjorde korrelation mellan simulering och fysisk slutprodukt. Det utvecklade digitala verktyget använder plugins med öppen källkod för att konstruera fjädrande partikelmodeller som kan hantera det komplexa förhållandet mellan betongens reologiska egenskaper, hydrostatiska krafter och textilens elasticitet. Det digitala verktyget vidareutvecklades genom en iterativ feedback-loop (simulering, beräkning, fysiska experiment och montering) för att säkerställa högsta möjliga korrelation mellan simulation och gjuten slutprodukt.
Sammantaget kan dessa båda bidrag till designforskningen anses utgöra två delar av en helhet: dels skapades möjligheten att konstruera textila mönster för komplexa former utan att detta innebär att en stor mängd unika delar måste klippas till och sys ihop, dels utökades antalet tillgängliga och tillförlitliga digitala verktyg för design och simulering av flexibla formsättningsystem. Genom att söka fylla i befintliga kunskapsluckor och formalisera underförstådd kunskap sökte denna studie öka tillgängligheten, användbarheten och repeterbarheten för de tillverkningsmetoder som används vid tillverkning av flexibla formsättningssystem både inom industrin och av designers som ännu inte besitter den tysta kunskap som krävs.
Genom de iterativa experiment med fysiska material och digitala simuleringar som genomförts inom ramen för Concrete Form[ing]work har betydande steg tagits för att återställa den splittrade relationen mellan designer och tillverkare. xiii
Den forskning som presenteras i denna avhandling har potentialen att i grunden förändra och förenkla det sätt på vilket man närmar sig och integrerar områdena datorstödd mönsterkonstruktion och flexibla formsättningssystem inom arkitekturens gestaltning.