VERSO UN MODELLO INTELLIGENTE - sedicesima lezione - 14/05/2003
MODELLO.VERSO UNA LOGICA DELLA SIMULAZIONE.
Antonino Saggio
L'accellerazione del mondo tecnologico nell'ultimo decennio ha prodotto un numero di novità che sono tante e tali che le loro potenzialità sono difficili da padroneggiare e comprendere. Disponiamo di strumenti che sono in grado di amplificare sostanzialmente il processo di generazione, controllo e verifica delle scelte; non più nell'isolamento del proprio atelier, ma in contatto con l'insieme degli attori che contribusicono alla pianificazione, progettazione e gestione di un edificio. Sono esperienze che è necessario diffondere e analizzare anche al di fuori degli specialisti di informatica al fine di colmare il divario tra quello che è possibile con i computer e quello che la maggioranza dei ricercatori e dei professionisti dell'architettura è concretamente in grado di fare. Comprendere in che direzione muoversi e come applicare concretamente le potenzialità dell'informatica richiede però una volontà di aggiornamento culturale da parte degli addetti ai lavori di architettura.
INTRODUZIONE
Chi si avvicina all'informatica è in genere interessato a ricavarne una
serie di vantaggi pratici (la duplicazione e la facilità di manipolazione
dei grafici, l'accesso a banche dati, la visualizzazione tridimensionale, la
trasmissione via modem e innumerevoli altri). I dati contenuti nella raffigurazione
elettronica di un progetto non sono più rigidi (come nei supporti tradizionali)
ma sono facilmente modificabili. Mentre questo aspetto è di facile comprensione,
più lenta è la consapevolezza che la novità non consiste
tanto nella facilità del "cambiamento" quanto nel fatto che
le informazioni assumono una connotazione "dinamica": i dati elettronici
possono cioè venire manipolati non soltanto nella loro singolarità,
ma soprattutto nelle loro relazioni di insieme. Per fare un esempio, cambiare
lo spessore di un muro in una appropriata raffigurazione elettronica di un progetto
comporta la verifica simultanea sul costo, sui valori termici, sulla penetrazione
della luce, sull'immagine interna ed esterna proprio perché il parametro
«spessore» può essere legato interattivamente a molti altri.
Gli elaborati che descrivonoun progetto tendono così a essere organizzati
in un "modello": in una struttura cioè che (come nelle equazioni
matematiche) formalizza delle relazioni tra delle incognite. La verifica dei
risultati può essere compiute più e più volte attribuendo
dei valori specifici (che poi sono le ipotesi di progetto) alle incognite. Questa
potenzialità spinge il progettista a iniziare a padroneggiare, anche
nel campo della progettazione, una «Filosofia della simulazione»:
ossia a usare il progetto non solo per raffigurare, decidere e descrivere, ma
come una struttura che di volta in volta "simuli" il comportamento
del sistema edificio.
Le ricadute di questa Filosofia della simulazione struttura il breve percorso
che ci ripromettiamo di fare e che, per agilità espositiva, dividiamo
nell'area Quantifativa, Semantica e Spazialecostruttiva Mentre delle prime due
tratteremo solo per brevi cenni, sull'ultima ci soffermeremo con più
attenzione.
1. LE QUANTITÀ E GLI WORKSHEET
L'area quantitativa (originariamente unico appannaggio dei calcolatori) ha avuto
un impetuoso impulso con l'invenzione nella seconda metà degli anni Settanta
del worksheet(un ambiente in cui è possibile legare con relazioni matematiche
anche molto complesse i dati numerici contenuti nelle celle di un tabulato)
che permette il costante aggiornamento di tutti i valori al solo variare di
un dato. Questa invenzione ha comportato conseguenze in un campo vastissimo
di attività: da quello finanziario a quello edilizio. Soprattutto ha
rappresentato l'avvento di un modo generalizzato di pensare "What...If"
("Cosa" accade nel mio modello "Se" si varia il costo X
o la quantità Z a tutte le parti che sono da essi dipendenti?). Tale
potenzialità di simulazione investe il lavoro del progettista nei campi
della programmazione, dei calcoli, dei costi benefici e naturalmente nei computi
estimativi.
Per fare un esempio, è possibile creare in un worksheet un modello matematico
di un edificio da restaurare con una impostazione di costi-benefici. In questo
caso si renderanno espliciti (anche in maniera molto schematica) non solo i
costi delle possibili operazioni edilizie (come abitualmente viene fatto) ma
anche i presumibili benefici, sia dal punto di vista diretto che da quello indotto:
è un processo importante perché «relativizza» le opinioni
obbligando chi è coinvolto nell'operazione (municipalità, sovrintendenze,
progettisti, clienti eccetera) a rendere quantizzabili dei parametri di giudizio.
Un modello di questo tipo diventa uno strumento per orientare le scelte: si
potrà vedere, per esempio, che il ripristino di un infisso con un tipo
o un altro di profilato ha ricadute sia sul costo stesso sia sui benefici (termico,
funzionale, di immagine) perché, appunto, ognuno degli attori coinvolti
formalizza un valore alle soluzioni alternative. Quando le scelte sono molte
e il bilancio limitato si dovranno fare delle scelte di compromesso sulle singole
operazioni al fine di raggiungere la migliore soluzione complessiva, ma una
cosa è avere sotto controllo l'insieme interagente e dinamico di tutte
le scelte, un'altra vedere ciascuna singolarmente. I1 modello verrà usato
più e più volte al fine di trovare la soluzione complessivamente
migliore.
Creare un modello come questo è tecnicamente molto semplice (forse solo
poche ore di studio) ma le potenzialità solo enormi. Chi scrive lo ha
verificato in un'occasione in cui bisognava sondare tre ipotesi alternative
(riuso, restauro conservativo, edificio ex novo) per una casa per anziani nel
Lazio ma chiunque abbia esperienza concreta può trovare decine e decine
di casi di applicazione.
Un worksheetpuro (come Excelô o Lotusô) non contiene informazioni
grafiche (che descrivono per esempio una pianta), ma unicamente delle quantità
e consente quello di cui abbiamo sopra trattato. Naturalmente un modello elettronico
costi-benefici diventa ancora più interessante quando le quantità
sono legate direttamente a delle informazioni grafiche. Questa potenzialità
consente l'estendersi della simulazione per le strutture, per gli impianti,
per la luce, l'acustica eccetera. Sono possibilità legate all'esistenza
di programmi specifici (originato dal quel rivoluzionario programma Mac che
si chiamava Filevisionô) nel settore dei Geographical information system
e che consente di legare grafici e numeri in maniera da immagazzinare molte
informazioni (dimensioni, caratteristiche, costi) accedendo di volta in volta
agli ambienti o alle parti dell'edificio che li riguardano. Nel caso di Filevisionô
le informazioni grafiche e testuali non erano dinamicamente legate le une alle
altre (le dimensioni di un ambiente devono essere inserite manualmente) ma una
reale interattività è consentita dai quei programmi Caad (Computer
aided architestural design)che hanno uno worksheet integrato (ArchiCadô
per esempio, ma soprattutto Minicadô oggi Vectorworksô). In questo
caso le informazioni grafiche (le dimensioni di un ambiente, per esempio) sono
lette e inserite automaticamente in un worksheet che, per esempio, descrive
un modello complesso di costi-benefici. A questo punto la logica di simulazione
compie, come dovrebbe essere ovvio, un salto decisivo (modificare il grafico
si ripercuote nel modello matematico e in tutte le sue interconnessioni).
2. I PARERI E GLI EXPERT-SYSTEM
Veniamo ora, altrettanto brevemente, a parlare della seconda area di simulazione:
quella semantica L'idea in questo caso è quella di condensare in un programma
l'insieme variegato e complesso di conoscenze e saperi di un professionista
"esperto" e quindi di fornire suggerimenti e indicazioni su come risolvere
determinate problemi del progetto attraverso l'interrogazione all'expert system.
Introdotti nel settore della medicina (da una serie di sintomi, e con domande
poste dal programma il calcolatore elettronico elabora una diagnosi e una terapia)
questo campo di studio si è orientato successivamente anche verso la
progettazione edilizia. Negli ultimi anni vi è stata una evoluzione verso
sistemi più flessibili e problematici quali i Design Support Systems
che si avvicinano a una filosofia della simulazione. Essi permettono di operare
all'interno di scelte complesse di volta in volta diversificate e governate
dalle necessità di chi opera attraverso un accumulo di nuove conoscenze.
Ma mentre il caso costi-benefici precedentemente descritto (sia se unicamente
sviluppato in un worksheeto in un worksheet dinamicamente legato a un Caad)
è facilmente sviluppato da un progettista, un expert system (che richiede
lavoro e competenze professionali per la sua efficiente creazione) è
semplicemente "usato" in una maniera non molto diversa da quello che
si fa parlando con un esperto.
Una linea di sviluppo, consente l'utilizzo di moduli esperti all'interno di
un proprio disegno elettronico.
3. AREA SPAZIALE COSTRUTTIVA E STRUTTURE GERARCHICHE
Ma veniamo ora all'area centrale di questo intervento che abbiamo chiamata Spaziale
costruttiva. Su di essa bisogna dilungarsi di più data la rilevanza che
assume per lo sviluppo di progetto e anche perché, una volta comprese
le potenzialità, il suo utilizzo nella prassi di documentazione, analisi
critica e sviluppo di un progetto può essere immediata.
Ci interessa porre l'attenzione in particolare sulle cosiddette "Strutture
Gerarchiche" (SG) che, mutuate dai programmi che operavano solo su costosi
calcolatori, oggi caratterizzano molti programmi Caad anche a livello di personal
computer (come AutoCadôin particolare in Architectural Desktopô,
ma anche VectorWorksô o Stratavisionô)
Le strutture gerarchiche sono importanti perché esse consentono di avere
delle relazione dinamiche tra i dati che descrivono su tre dimensioni un progetto.
La possibilità della simulazione in questi ambienti affronta di conseguenza
l'organizzazione spaziale e costruttiva, funzionale e formale (e non solamente
quantitativa o semantica) del progetto.
3.1 I1 meccanismo della struttura gerarchica
L'uso delle strutture gerarchiche, richiede la rappresentazione di un progetto
scomponendolo nelle sue parti. La prima nozione che bisogna avere presente quando
si lavora in questo ambiente è la differenza tra primitive (primitivo),
instance (esempio), object (oggetto) e class (classe). I primitivi non sono
altro che volumi che sono "normalmente" creati in un Caad e corrispondono,
in un ambiente non gerarchizzato, all'intero modello. Immaginiamo invece che,
in una struttura gerarchica, un primitivo sia un prisma che denominiamo «pilastro»,
un secondo primitivo una «lastra di vetro», un terzo un «pannello
di marmo», e cosi via per il profilato di un infisso, l'elemento solaio
o copertura. Ogni primitivo viene modellato in un proprio ambiente distinto
dagli altri e può avere attribuito un nome convenzionale. L'aspetto
fondamentale di un sistema gerarchico è che i primitivi possono essere
combinati l'uno con l'altro per determinare appunto degli «oggetti».
Ricorrendo al caso più semplice il primitivo «vetro» e il
primitivo «profilato» quando sono inseriti nell'oggetto «finestra»
diventano delle instance e cioè degli esempi, dei simboli, delle ricorrenze
del primitivo. Mentre le instance possono essere duplicate e parametricamente
manipolate, le modifiche delle loro proprietà geometriche, come l'aggiunta
di un volume o il cambiamento da un parallelepipedo in una cilindro possono
avvenire solo al livello del primitivo. Non solo, quando l'oggetto finestra
è a sua volta inserito nell'oggetto "primo piano" (corrispondente
ad un livello gerarchico più alto e quindi a una "classe" diversa)
esso sarà trattato a sua volta come instance e le reciproche relazioni
spaziali tra profilato e vetro potranno essere manipolate solo al livello della
loro prima combinazione. Questa, che appare a prima vista una limitazione, nasconde
la forza innovativa delle strutture gerarchiche.
3.2 Strutture gerarchiche nell 'analisi e nella documentazione
È bene considerare con più attenzione due aspetti. Innanzitutto,
che qualunque oggetto della struttura gerarchica può essere visto (in
qualunque prospettiva) autonomamente dagli altri; secondariamente che qualunque
oggetto può essere mostrato o nascosto.
Questa potenzialità apre la strada a numerose viste tematiche di carattere
critico o didattico. I1 modello può essere infatti disassemblato in accordo
con la struttura gerarchica con cui è stato creato. Le operazioni di
rimontaggio analitico consentono non solo dei disegni tematici, ma anche la
creazione di animazioni che esemplificano alcuni nessi formali, strutturali
o funzionali del progetto.
È necessario dunque che chi crea un modello in SG abbia sviluppato una
tesi interpretativa sul progetto perché la struttura gerarchica e la
chiave interpretativa coincidono nel medesimo modello elettronico.
Questo approccio è stato sviluppato nel corso «Giuseppe Terragni
Architecture. A Formal Analysis Using Caad» (offerto da chi scrive all'interno
della Istituto di Caad del Politecnico di Zurigo diretto da Gerhard Schmitt
e poi parzialmente rifluiti nel mio volume Giuseppe Terragni Vita e Opere per
Laterza del 1995) incentrato sulle ricostruzioni e analisi critiche dei progetti
non realizzati dal più importante tra gli architetti italiani razionalisti.
Questo corso ha mostrato le potenzialità dei computer e dell'SG in particolare,
nel campo della documentazione e dell'analisi dell'architettura.
In tutti i casi al livello gerarchico più basso vi sono i primitivi che
rappresentano i diversi materiali. La vera analisi del progetto avviene nell'articolazione
gerarchica di oggetti dal livello più basso dei primitivi al più
alto dell'intero edificio. Per esempio nel caso del Danteum l'organizzazione
gerarchica del modello è basata sulla distinzione tra i vari ambienti
(Inferno, Purgatorio, Paradiso eccetera) e ha più di ottanta oggetti
complessivi. Naturalmente questi oggetti appartengono a «classi»
diverse quali appunti i primitivi, le aggregazioni elementari, le aggregazioni
complesse, i singoli ambienti, l'intero modello.
Nel caso del progetto di Concorso per il Palazzo dei Congressi all'E'42 l'organizzazione
del modello non è funzionale, ma segue un principio formale. E basata
sulla tensione formale tra struttura a telaio e volumi. Queste due componenti
vivono l'una dentro l'altra nel progetto finale, ma possono essere separate
per esprimere la distinzione tra contenitore e contenuto che è uno dei
motivi favoriti di Terragni.
3.3 Strutture gerarchiche per la Simulazione e la progettazione.
Se l'utilizzo delle strutture gerarchiche nel caso di un corso universitario
è mirata soprattutto alla interpretazione critica, non deve sfuggire
il fatto che esse hanno un profondo impatto anche per chi si trova a operare
concretamente nei casi di progettazione o di restauro. La ricostruzione di un
edificio con un Caad organizzato gerarchicamente consente infatti due attività
di grande importanza.
Prendiamo il cambio di spessore di un infisso da realizzare nel caso di un restauro.
In questo caso l'operazione non viene compiuta modificando manualmente (se pur
in ambiente elettronico) le centinaia di finestre presenti nel modello, ma una
sola volta corrispondente appunto al livello del primitivo «profilato»
(per cui, data la facilità dell'operazione, l'operazione può essere
fatta più volte sondando opzioni diverse).
Dato che le informazioni grafiche sullo spessore dell'infisso possono essere
lette direttamente (e dinamicamente) in uno worksheetócome nel caso di
vectorworksôópossiamo verificare anche il variare corrispondente
di tutti i costi (o di qualunque altra relazione prevista).
Il secondo aspetto importante riguarda l'area della simulazione realistica.
Un modello tridimensionale può infatti fornire delle immagini con una
qualità di definizione vicinissima alla realtà attraverso sofisticati
effetti di ombra, rifrazione, assorbimento della luce dei diversi materiali.
Attraverso l' instantiation quindi (e cioè la propagazione automatica
delle modifiche applicate a un primitivo) è possibile avere più
viste alternative di uno stesso ambiente cambiando di volta in volta i parametri.
Si possono verificare così diversi colori di tinteggiatura, la grana
dell'intonaco, il grado di trasparenza del vetro eccetera. È possibile
dunque verificare insieme al cliente e agli altri partecipanti preposti al restauro
l'effetto di una soluzione progettuale rispetto a un'altra, nell'insieme delle
sue componenti visuali e quantitative.
4. UN MODELLO INTELLIGENTE.
A questo punto dovrebbe essere chiaro perché un modello realizzato con
una Struttura gerarchica è un prodotto completamente diverso sia da quelli
tradizionali sia da altri prodotti elettronici. Dal punto di vista dell'analisi,
della documentazione e della ricostruzione esso incapsula al suo interno una
serie di conoscenze e di interpretazioni che ne hanno guidato la costruzione,
ma dal punto di vista operativo e progettuale un modello costruito gerarchicamente
consente di avvicinarsi sensibilmente ó e in fondo molto semplicementeóa
quella logica di simulazione che abbiamo descritto in apertura.
La struttura gerarchica crea un "Modello Vivo"óinconcepibile
con strumenti tradizionalióche permette simultaneamente quattro attività
fondamentali per la ricerca di architettura: 1. l'analisi e la simulazione realistica
(incluso il movimento all'interno del progetto ricostruito) anche alla modesta
scala di un personal computer; 2. l'analisi critica (ma anche le documentazione
delle fasi e alternative di progetto) attraverso il ricorso alle potenzialità
del mostra e nascondi e all'accesso dei singoli oggetti della struttura gerarchica.
3. la modif1ca degli elementi del progetto non solo nel loro impatto visuale
ma anche nelle loro conseguenze quantitative. 4. la simulazione e le ipotesi
alternative di restauro sui materiali (attraverso la propagazione automatica
nel modello delle modifiche apportate ai primitivi). Queste quattro caratteristiche
coesistono in un unico prodotto che diventa un vero modello intelligente, almeno
quanto lo è la capacità di capire e di esplicitare le scelte architettoniche
dell'individuo che lo ha costruito.
Un progetto rappresentato in un Caad a questo punto diventa non solo completamente
diverso da un plastico tradizionale (dato che la visualizzazione tridimensionale
è solo una, e in fondo relativamente trascurabile, componente) per essere
appunto un "modello" (non economico, econometrico, fisico o matematico,
ma "architettonico"): consente di avere una struttura dinamica e aperta
per la simulazione di un reale che nel nostro caso è una possibilità
da inseguire e progettare. L'informatica, ben diversamente da scienza per delegare
a una macchina le scelte che solo un ampio numero di protagonisti è legittimato
a fare, si inserisce in quell'aspirazione alla qualità, al non adeguamento
a un requisito prefissato, all'effettiva ricerca di un possibile che dovrebbe
essere un aspetto fondativo della progettazione contemporanea e diventa uno
strumento nello sforzo di adeguamento verso la socializzazione, la formalizzazione,
la previsione e l'esplicitazione delle scelte.
Antonino Saggio