Formfindungsmethoden für das Upcycling von geometrisch irregulären Holzbauteilen
Creators: name: Singh, Alec Bikramjit
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2023

description: Zwei große Themen sind derzeit in der Architektur- und Baubranche von großer Relevanz. Zum einen ist dies die Digitalisierung der Planungsprozesse, welche schon seit einigen Jahrzehnten andauert. Parametrische Modelle erlauben die generative Erzeugung und Beschreibung von Form und Geometrie. Die Anbindung von automatisierten Fabrikationsmethoden (Industrierobotern, CNC-Maschinen, usw.) vervollständigt die digitale Prozesskette.Auf der anderen Seite steht die Bewältigung des Klimawandels, die im Bausektor große Veränderungen einfordert. Bauen mit Holz und der Wandel hin zu einem Materialkreislauf sind hier erste Lösungsansätze. Die spürbaren Auswirkungen der CO2-Emissionen sowie die träge Umsetzung von Gegenmaßnahmen machen Mechanismen zur Sequestrierung umso wichtiger. Gebäude aus Holz können als Senke und Speicher wirken.Anhand des Baustoffs Holz soll in dieser Dissertation aufgezeigt werden, dass automatisierte Upcyclingprozesse möglich sind. Damit sind unregelmäßige Ausgangsgeometrien in Stab- und Plattenform kein Hindernis mehr, da von entsprechenden Algorithmen eine Annäherungslösung zu einer finalen Geometrie - dem Entwurf - ermittelt wird. Diese Formfindungsmethoden werden unterteilt in 1D-Probleme für Stabgeometrien und 2D-Probleme für Platten. Hier kommen vor allem Metaheuristiken, Evolutionären Algorithmen und Dynamische Relaxation zum Einsatz.Die Anwendung der untersuchten Algorithmen und Teillösungen werden an praktischen Beispielen untersucht. Dies umfasst die Modifikation eines Forschungsdemonstrators in Schalenbauweise. Die Untersuchung reicht bis zur Fügung der Holzbauteile mit automatisch generierten Steckverbindungen. Die Algorithmen haben einen starken Einfluss auf die Formfindung und das äußere Erscheinungsbild. Es existiert eine starke Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial. Die Bilanzierung der Optimierung/Formfindungsalgorithmen schließt die Untersuchung ab.
description: Two major topics are currently of great relevance in the architecture and construction industry. On the one hand, there is the digitalization of planning processes, which has been ongoing for several decades. Parametric models allow for generative design and description of form and geometry. Automated fabrication methods (industrial robots, CNC machines, etc.) complete the digital process chain.On the other hand, there is the difficult challenge of dealing with climate change, which demands major changes, especially in the building sector. Building with wood and the shift towards a material cycle are initial approaches to solving this problem. The already noticeable effects of CO2 emissions and the slow implementation of countermeasures make mechanisms for sequestration more important. It is necessary to consider how buildings can act as carbon storage.This dissertation aims to demonstrate that automated upcycling processes are possible using the example of scrap wood as a building material. In other words, irregular rod- and plate-shaped source geometries are no longer an obstacle, since an approximate solution for a final geometry - the design - is determined by appropriate algorithms. Those form finding methods are divided into 1D problems for rod geometries and 2D problems for plates. Metaheuristics, evolutionary algorithms and dynamic relaxation are mainly used in this dissertation.The application of the developed algorithms and partial solutions will be examined using practical examples. This includes the modification of a research demonstrator in shell construction. The study includes the joints of the wooden components with automatically generated plug-in connections. The algorithms have a strong influence on the form finding process and the outer appearance. The results show a strong dependence on the starting material. An assessment of the optimization/fo++