Lo scopo di questo intervento è far conoscere alcune delle potenzialità informatiche nel campo della "Ricostruzione elettronica dell'architettura" soprattutto per chi si interessa al tema della documentazione, del recupero e del restauro. Piuttosto di un quadro generale e generico, in questa sede ci si sofferma sull'utilizzo delle cosiddette Strutture Gerarchiche le cui implicazioni aprono già di per sé un campo molto vasto di applicazione. Le immagini si concentrano su un progetto non realizzato di Giuseppe Terragni e di Pietro Lingeri (Il Danteum, Roma 1938, modello creato nel Corso Caad del Politecnico di Zurigo) con la speranza di fornire un contributo anche nel campo degli studi della storia recente dell'architettura italiana.
 

I vantaggi delle Strutture Gerarchiche

Può essere utile schematizzare due delle componenti fondamentali dei sistemi Caad attraverso una metafora geometrica, logica e funzionale.

All'organizzazione orizzontale per strati trasparenti in passato si è dedicata molta attenzione. Analizzare e scomporre l'architettura grazie ai layer è di grande utilità sia in fase di montaggio "progettuale" che in fase di smontaggio "analitico", ma si tratta di un approccio che applica elettronicamente una prassi tradizionale. Il vero aspetto innovativo per l'architettura avviene quando si prende in esame la struttura verticale che alcuni programmi consentono. Le Strutture gerarchiche ovvero SG rappresentano uno strumento possibile solo nell'informatica perché, attraversando verticalmente, gerarchicamente e soprattutto dinamicamente la struttura di un modello tridimensionale, determinano un sensibile arricchimento delle modalità organizzative, analitiche e logiche per l'architettura.

L'idea delle Strutture Gerarchiche è stata sviluppata attorno alla metà degli anni Settanta nelle ricerche di Eastmann e Borkin, implementata in diversi programmi per workstation quali GDS™, STAR™ e SONATA™ e più di recente in ambienti Macintosh™ come Stratavision™ e Aldus Super3d™. Possono essere sperimentate anche attraverso un'organizzazione per blocchi, ovvero per librerie dinamiche, presenti in AutoCad™ e in Minicad™.

Dal punto di vista squisitamente pratico le SG implicano:

1. La possibilità di costruire un modello molto complesso anche al livello di un personal computer. Infatti, e proprio in ragione della differenza tra oggetto e instance, (vedi riquadro il Meccanismo delle Strutture Gerarchiche) la dimensione dell'archivio è minimizzata (ogni volta che il programma trova un instance va a cercare l'oggetto originale i cui completi dati geometrici sono di conseguenza conservati solo una volta).

2. La progettazione e la manipolazione delle differenti parti della gerarchia che crea l'intero modello sono controllate attraverso comandi di "mostra" e "nascondi".

3. La terza caratteristica è quella della instantiation. Ogni modifica che avviene nella piramide gerarchica si ripercuote automaticamente in tutte le instance di quell'oggetto ai livelli superiori. Questo vuol dire, ad esempio, che il cambio di un pilastro da una pianta quadrata in una ottagonale è possibile anche a modello ultimato con la modifica del primitivo e la propagazione automatica dei cambiamenti.

4. Infine, per la fase più lunga della costruzione del modello si possono utilizzare i personal computer (meno costosi e di più facile utilizzo) ma, dopo una traduzione dell'archivio in un formato di scambio come il DXF™, si può accedere a computer più potenti e veloci come quelli della Silicon Graphics™ in particolare per avere un percorso in tempo reale (che può essere registrato su cassetta) dentro l'edificio ricostruito.

Implicazioni per l'Analisi e la Simulazione

Nel campo dell'analisi dell'architettura, queste possibilità aprono nuove porte all'indagine scientifica.

Se per far capire le SG siamo ricorsi alla struttura dei materiali primitivi, delle componenti elementari (le finestre, gli infissi, i muri), delle aggregazioni per piani sino all'intero edificio, in realtà abbiamo, e di molto, banalizzato le ricadute delle SG e le implicazioni nell'analisi di architettura. È bene vedere ora con più attenzione due degli aspetti sopra ricordati. Innanzitutto, che qualunque oggetto della struttura gerarchica può essere visto e realisticamente reso autonomamente dagli altri; secondariamente che qualunque oggetto può essere mostrato o nascosto nel modello. Proprio questa potenzialità apre la strada a numerose viste tematiche di carattere critico e didattico. Il 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.

La costruzione del modello elettronico, di conseguenza, non è una operazione meramente tecnica, proprio perché la struttura gerarchica con cui è organizzato il modello, e la chiave interpretativa con cui è stato analizzato il progetto, coincidono nel prodotto finale.

Questo approccio è stato sviluppato nel mio corso "Giuseppe Terragni Architecture a Formal Analysis Using Caad" al Politecnico di Zurigo (offerto nell'Istituto di Caad diretto da Gerhard Schmitt) 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 delle SG in particolare, nel campo della documentazione e dell'analisi dell'architettura.

Ogni studente interpreta un progetto di Terragni attraverso letture, schizzi, lezioni e discussioni seminariali. Nello svolgimento delle quindici settimane del corso si troverà ad usare sette diversi programmi e sperimenta con bit mapped e digitizzazioni, disegno vettoriale, database grafico, solid modeling, surface modeling, animazioni e simulazioni realistiche.

La ricostruzione di uno dei progetti di Terragni con le SG rappresenta lo sforzo centrale del lavoro nel corso. Al fine di ricostruire il modello, e proprio in previsione delle molteplici possibilità che il modello consente, lo studente deve sviluppare un "progetto nel progetto". Deve cioè identificare una struttura gerarchica capace, non solo di ottenere la serie di vantaggi pratici delle SG, ma anche di mettere in atto i concetti architettonici e linguistici che ha scoperto.

Le articolazioni con cui i differenti modelli vengono analizzati e ricostruiti sono di conseguenza diverse. Alcuni studenti sviluppano una dicotomia tra struttura e riempimento, altri una lettura per parti funzionali, altri una scomposizione dell'edificio in parti di diversa importanza, altri ancora una lettura per sistemi concentrici dalla struttura alla pelle.

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. Attraverso una precisa denominazione è possibile distinguere con chiarezza le differenti classi e gli oggetti che appartengono ad ognuna.

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 con il 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 foglio elettronico— come nel caso di MiniCad™ — possiamo verificare anche il variare corrispondente di tutti i costi (o di qualunque altra relazioneprevista).

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 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.

Un modello intelligente per una logica di simulazione

A questo punto dovrebbe essere chiaro perché un modello di ricostruzione 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 — e in fondo molto semplicemente — a una "logica di simulazione" che, per chi scrive è il vero obiettivo del lavoro con il Caad.

La struttura gerarchica crea infatti un "Modello intelligente" — inconcepibile con strumenti tradizionali — che 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 modifica 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 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.

Antonino Saggio
 
 
 
 

BOX ESEMPLIFICATIVI
 

Il 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) 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.

Le famiglie di oggetti possono essere raggruppate in classi (i primitivi, le componenti, le aggregazioni elementari eccetera) facilitando il controllo della struttura gerarchica sia logicamente (attraverso la denominazione convenzionale) che tecnicamente (le classi possono essere disattivate o attivate con una sola operazione).
 

Check list sulle Strutture Gerarchiche

Quando ci si accinge a ricostruire un progetto attraverso una Struttura Gerarchica, è importante controllare gli aspetti che seguono:

1. Comprensione critica del progetto. Mentre alcuni ambienti Caad implicano necessariamente una interpretazione critica, le SG non lo richiedono di per sé. Allo stesso tempo le SG permettono un livello di interpretazione e quindi di disaggregazione del progetto molto complesso. Una comprensione del progetto è richiesta prima dell'inizio della ricostruzione. Infatti è molto difficile riorganizzare i dati una volta inseriti in maniera errata o inadeguata.

2. Il progetto nel progetto. La complessità e la ricchezza di potenzialità delle strutture gerarchiche implicano un dettagliato "progetto nel progetto". L'aiuto dei programmi di Strutturazione per outline o voce d'indice (come More™ o Word™) possono risultare di grande aiuto alla organizzazione gerarchica dato che usano una metafora simile.

3. Contemporaneità dell'aspetto Semantico e di quello costruttivo. Per sfruttare appieno le potenzialità delle SG, si deve aver presente che due tipi di analisi vi possono essere presenti simultaneamente. La prima consente un approccio costruttivo, (dai componenti al progetto completo) in una struttura dal basso all'alto. La seconda segue l'approccio opposto, dall'intero alle componenti in una struttura dall'alto al basso. Mentre il primo approccio è facilmente padroneggiabile, l'aspetto semantico del secondo è aperto a differenti tipi di contenuto (funzionali, formali, geometrici eccetera). Una tecnica utile per sviluppare l'aspetto semantico è pensare in anticipo a qualche caratteristica che dovrà avere il modello finale (per esempio la lettura in progressione dei vari ambienti del Danteum) e usare queste idee per articolare la struttura gerarchica del modello.

4. Materiali di Base. Se l'esportazione a un programma di simulazione realistica è prevista, è estremamente utile costruire l'intero modello sulla base di un numero limitato di primitivi (che in questo caso sono i materiali costitutivi) che potranno facilmente gestire l'applicazione delle varie proprietà dei singoli materiali propagandoli automaticamente nell'intero progetto. La stessa struttura potrà facilitare l'esportazione in DXF™ dove ogni parte del progetto dallo stesso materiale può essere esportata in un file diverso per poi diventare un layer nella Silicon Graphics™.

5. Documentazione. Infine, è molto utile conservare (come un oggetto speciale nel modello) una descrizione della organizzazione gerarchica utilizzata nel modello: sono indispensabili per terzi, ma possono risultare utili anche a chi lo ha creato solo poco tempo dopo.

Approfondimenti e letture

Antonino Saggio, architetto e urbanista, ha iniziato a lavorare e a insegnare Caad nel 1984 alla Carnegie-Mellon University di Pittsburgh Usa. Dal 1990 al 1993 ha tenuto dei corsi al Politecnico federale Svizzero di Zurigo. Oggi fa parte del corpo docente del Corso di perfezionamento (direttore prof. Sergio Lenci) offerto dalla Facoltà di Architettura di Roma e dal Dipartimento di progettazione architettonica e urbana de "La Sapienza" che si prefigge di usare il Caad a stretto contatto con lo sviluppo del progetto.

Per quanto riguarda le Strutture Gerarchiche e le loro implicazioni in diversi settori è utile segnalare: Chuck Eastmann, "Experiments in architectural design development using Caad" (CAAD Futures '91, a cura G. Schmitt, Vieweg, Wisbaden. 1992). In questa occasione vengono anche ricordati i lavori pionieristici dello stesso Eastmann ("General purpose building description system" Computer Aided Design n. 8 1976 e di Borkin-Mclntosh ARCH:model User's Manual, Ann Arbor 1981).

Gerhard Schmitt e C. Chen, "Classes of design- classes of methods-classes of tools" (Design Studies. vol.12, n.4, Ottobre 1991) e William Mitchell e altri "The top-down system and its use in teaching" (Proceedings Acadia 1988, Ann Arbor, Michigan 1988) sono utili riferimenti per l'approfondimento del rapporto tra strumenti informatici, strutture gerarchiche e utilizzo progettuale.

Saggio ha scritto due capitoli che presentano applicazioni progettuali e didattiche delle Strutture Gerarchiche (AS, "Modellazione Tridimensionale per oggetti. Verso una progettazione architettonica interattiva" e AS, "Un modello intelligente per la ricostruzione e l'analisi dell'architettura" in I.CO.Graphics, Atti del convegno, Mondadori, Milano rispettivamente 1992 e 1993). Un testo molto comprensivo della analisi e ricostruzione dell'architettura con l'informatica è in ingleseAS, "Hypertext, Solid modeling and Hierarchical structures in architectural formal analysis" (Caad Futures 1993 , a cura di U. Flemming e S.Van Wyck, North Holland, Amsterdam 1993); i due articoli in italiano (AS, "Dall'auto aggiornamento alla lezione interattiva per lo studio dell'architettura", Problemi di architettura e computer, a cura di A. Sichenze, Ermes, Potenza 1990 e AS, "Documentazione e analisi dell'architettura contemporanea" Quaderno 2 Laboratorio di Disegno Automatico , Galeno, Perugia 1991) ne rappresentano la premessa.

Infine, A.S., "Object Based Modeling and Concept-Testing. A Framework for Studio Teaching" (Mission, Method, Madness, a cura di K.Kenseck e D.Noble, Acadia Proceedings, Charleston, 1992) affronta le Strutture Gerarchiche in rapporto ad un nuovo insegnamento della progettazione.

Un filone di approfondimento secondario, ma importante per alcuni, è dato dalle ricadute nel settore storico-critico della ricerca con il computer. In questo ambito, e rivolti agli studi su Terragni, si possono ricordare i tre articoli che L'Architettura cronache e storia ha pubblicato (AS, "Progettare Pericolosamente. Violazione e Rischio nella casa del fascio" n. 453-454, luglio agosto 1993, e quelli sulle Officine del Gas —maggio 1988— e sul Novo?comum —dicembre 1988). Sul Danteum per finire, si ricorda il volume di Thomas Schumacher, Terragni e il Danteum (Officina, Roma 1983).
 
 

Il Danteum di Terragni e Lingeri. Roma 1938

Il Danteum, che destò l'ammirazione di Le Corbusier, fu promosso da Rino Valdameri, direttore dell'Accademia di Brera a Milano, per celebrare Dante Alighieri con un edificio-fondazione che in una maniera metaforica seguisse la Divina Commedia. Attraverso l'enfatizzazione delle idee contenute nel poema, l'altra intenzione era di pagare un tributo all'Impero fascista a due anni dalla sua fondazione. Questo aspetto risultò particolarmente forte data la centralità dell'area proposta per l'edificio: l'angolo tra via Cavour e via dell'Impero (il nuovo asse tra il Colosseo e piazza Venezia che taglia in due i Fori).

Il progetto, mai realizzato, è strutturato come un Tempio tripartito con le sue parti più importanti (la sala delle 100 colonne, l'inferno, il purgatorio, la biblioteca, il paradiso e l'imperio) connesse da un percorso ascendente. La passeggiata parte dalla sala delle 100 colonne, una metafora della foresta in cui il poeta inizia il suo viaggio. Il visitatore incontra poi la camera dell'inferno, chiusa al cielo eccetto che per le strisce di luce che rimangono dall'avvicinamento delle varie parti di cui si compone il soffitto. Il percorso procede al livello successivo e trova il purgatorio, la cui copertura si taglia in una serie di quadrati progressivamente più piccoli. Il paradiso è localizzato all'ultimo livello e caratterizzato da una griglia di colonne di vetro coperte da una pergola. Al livello intermedio è la biblioteca, che può essere servita direttamente dall'esterno, mentre il percorso termina nell'imperio. Il visitatore esce dall'edificio da un percorso stretto e lungo sul lato opposto rispetto all'entrata.

Molti motivi di Terragni sono presenti nel Danteum: la sezione aurea usata per proporzionare le relazioni tra le camere (e i differenti elementi di ciascuna), la promenade circolare con le localizzazioni opposte di entrata e uscita, la composizione del rettangolo sfalsato che crea una frattura per i percorsi di circolazione.

La ricostruzione del modello è dello studente-architetto Christoph Zimmermann del corso di A. Saggio al Politecnico federale svizzero di Zurigo (ETHZ). Le immagini realistiche in Stratavision™ (dal modello creato in Aldus Super3d™) sono di Zimmermann o di Saggio. Il percorso interno del Danteum, dalla Silicon Graphics™ è stato riversato su cassetta SVHS.

Pubblicato in
Antonino Saggio, Strutture gerarchiche nella ricostruzione e nell'analisi critica dell'architettura. Archimedia, n.2, marzo/aprile 1994 (pp. 50-55) e nel CDRom n. 2 della medesima rivista da cui provengono le schermate qui accluse

Archimedia
MGM Communications, Roma. Direttori: P. Martegani, R. Montenegro

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