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La restituzione grafica di un edificio rilevato può essere piuttosto complicata a seconda delle sue caratteristiche. Un elemento tipico sono le coperture a volta, strutture complesse e ricorrenti. In questo articolo vediamo un esempio di ricostruzione algoritmica delle coperture a volta, di cui ti offriamo i file in formato aperto.
Riprodurre le irregolarità nel modello
Finché si tratta di un edificio regolare con angoli a 90° il ridisegno sarà veloce; i problemi sorgono quando operiamo su edifici storici, che sono solitamente contraddistinti da numerose irregolarità. In tal caso non resta che armarsi di pazienza e riprodurre tali irregolarità, sempre che siano ritenute significative: altrimenti è opportuno e auspicabile semplificare il modello.
Esiste poi un tipo di struttura per sua natura complesso, che presenta spesso irregolarità e che oltretutto è molto ricorrente: la copertura a volta. A rincarare la dose, consideriamo che ne esistono diverse tipologie, ognuna con le sue peculiarità e difficoltà.
Le Coperture a Volta in Archicad
I software di modellazione BIM dispongono di numerosi strumenti specifici per tipologia di oggetto, ma non credo esista uno strumento “Coperture a Volta” pronto all’uso. In Archicad disponiamo di oggetti sviluppati appositamente che coprono i tipi più comuni.
Nella libreria ARCHICLUB troviamo cinque ulteriori tipi di volta: volta a botte, volta a padiglione, volta a sesto acuto, volta a schifo e volta a crociera. Questi non soltanto consentono di riprodurre i principali tipi di volta, ma permettono di adattarli e di riprodurre molte irregolarità.
Esistono diversi strumenti attraverso i quali è possibile, combinandoli fra loro, generare una volta. In Archicad lo strumento Shell si presta molto bene allo scopo, considerata la sua flessibilità unita alla possibilità di impiegare stratigrafie. C'è però un limite: Shell consente soltanto superfici a singola curvatura e non a doppia.
Qualche tempo fa mi sono occupato della ricostruzione di un edificio storico partendo dalla nuvola di punti e mi sono imbattuto nella volta a lunette sferoidee che adopera proprio una superficie a doppia curvatura. Dopo attenta valutazione delle alternative possibili ho capito che dovevamo ripartire dalla base del problema, ovvero le regole di rappresentazione della geometria descrittiva. Non basta riprodurre ciò che si vede: per poter replicare un oggetto bisogna innanzitutto comprendere com’è fatto e com’è stato costruito.
Abbiamo già affrontato il rapporto fra disegno 3D e modellazione BIM. Nel BIM vengono impiegati oggetti intelligenti per velocizzare i tempi di esecuzione del disegno. In questo caso è necessario in un certo senso fare un passo indietro, per ottenere ogni tipo di volta in ogni contesto e poter gestire ogni tipo di irregolarità. La soluzione sembrerebbe dunque tornare al disegno CAD 3D e riprodurre esattamente quella singola copertura a volta, consapevoli che comporta un notevole allungamento dei tempi di disegno.
Fra il CAD e il BIM: il Design Algoritmico
L’utilizzo di strumenti di progettazione algoritmica come Grasshopper consente di ripartire dalle basi del disegno - punto linea superificie - e allo stesso tempo di impostare le regole di costruzione dell’oggetto, variando a piacere i parametri dimensionali. In questo modo è possibile creare i propri “oggetti” personali e personalizzabili.
Vediamo l’esempio della volta a lunetta, già affrontata durante la restituzione grafica del rilievo al laser. La volta a lunetta è costituita dalla copertura principale a botte, detta fuso, alla quale sono innestate le lunette, dette unghie; queste possono essere di tipo cilindrico, rialzate o sferoidee.
La volta lunettata cilindrica è ottenuta dall’intersezione di due o più volte a botte: se le lunette hanno le stesse dimensioni del fuso, allora otteniamo la volta a crociera.
Se invece le lunette sono di tipo sferoideo non ce la caviamo così facilmente.
Procediamo con la proiezione della sagoma della lunetta sulla superficie della volta e passiamo alla costruzione della lunetta. Quale strumento possiamo utilizzare per coprire la superficie compresa dai bordi della lunetta? Chi si intende di Grasshopper potrebbe optare inizialmente per il comando Patch che disegna tale superficie molto facilmente. Tuttavia non è un metodo molto rigoroso, e sono infatti ben visibili delle imprecisioni.
Una superficie nello spazio è definita in maniera precisa e univoca se è delimitata da 4 curve, ma noi ne abbiamo soltanto 3. Lo strumento migliore è il comando Sweep 2, che estrude una serie di curve lungo due binari. Tuttavia qui abbiamo una sola curva di sezione e i due binari.
Ecco l’intuizione: posso ottenere 3 curve di sezione, dove la prima e l’ultima sono curve di dimensione… zero. Ovvero, sono curve che vanno da un punto all’altro, anche se in realtà questi sono sovrapposti. A questo punto abbiamo i 2 binari e il set di curve, anche se due di queste sono delle false curve. Ma Grasshopper non lo sa e la lunetta viene originata senza sbavature.
Il problema a questo punto è trasportare le volte in ambiente BIM e di disporle all’interno del progetto. Un conto è sviluppare la forma astratta della volta, un conto è invece calarla nel contesto del progetto.
In Grasshopper esiste il comando BoxMorph, che riposiziona qualsiasi elemento all’interno di uno o più volumi di destinazione adattandolo alle dimensioni del volume stesso. Le volte sono per lo più disposte in serie così da formare una struttura ripetuta e questo comando è l’ideale per posizionare questo tipo di struttura modulare.
Un campionario di Coperture a Volta
Analogamente a quanto abbiamo visto, è possibile ottenere le volte ad arco ogivale, le volte a crociera, le volte a stella, ecc. Il metodo impiegato per la costruzione della volta a stella è sostanzialmente quello illustrato nel webinar dal titolo “C’era una volta” tenuto dagli amici di 3DLife, impiegando però gli strumenti algoritmici.
Ancora una volta possiamo apprezzare la velocità e affidabilità del BIM, della progettazione algoritmica e soprattutto della loro combinazione. Possiamo ritenerlo un lavoro chiuso e adottabile a ogni situazione e contesto? Non ancora: mancano altre tipologie di volta, mancano gli spessori, gli archi di imposta, ecc.
Per quanto riguarda gli spessori, in un primo momento ho utilizzato lo strumento Extrude che, per quanto comodo, non è il più adatto perché un conto è operare un ispessimento della superficie, un conto è invece traslare verticalmente il tutto. Se non ci interessa entrare così tanto nella questione costruttiva, il metodo extrude va più che bene, altrimenti bisogna procedere con un’altra strategia. Chi si occupa di restauro e conservazione potrebbe addirittura voler riprodurre le sezioni variabili della volta, più spesse all’imposta e sottili alla sommità.
Coperture a Volta: scarica i file aperti
Per quanto sia stato fatto, il lavoro può essere ancora implementato. Perciò abbiamo deciso di metterti a disposizione i file aperti di Grasshopper e di Archicad.
Potrai utilizzarli nei tuoi progetti o anche soltanto aprirli per curiosità, se ti stai affacciando al mondo della progettazione algoritmica. Oppure, se sei un utente avanzato, puoi contribuire a migliorare il progetto delle volte con un approccio condiviso, una sorta di Wiki-volte da rendere disponibile a tutti i nostri utenti.
