Self Organized System

Self Organized System

Plan View

Line Grid Exploration

Urban Reef Thesis

By Irene Shamma

The urban area we investigated, Hudson Yards, is located at the West Midtown part of Manhattan and acts an ancillary urban outlet that sustains the high density of Midtown Manhattan by providing infrastructural support to its surroundings. Occupied by a train depot, the site forms a recess in the continuity of the ground plane, while acting both as a physical division that prohibits any connections of the Midtown part of New York to the Hudson River as well as a programmatic boundary with transportation and industrial uses bordering the adjacent residential and commercial areas.

These conditions result in having a diminished area of houses in the actual site, while more infrastructure uses are accommodated in the perimeter of the site. This lack of any type of housing and prevalence of institutional and transportation building, along with large numbers of heavy vehicles occupying on-street parking spaces around the site, in effect creates a hostile environment for any pedestrians wishing to cross the Hudson Yards.

In order to address the issues of the project, we focused on the exploration of line grids as an organizational tool and researched the global behaviors and local relations of fields of rigid and flexible lines in physical models and later on in digital environment. The investigation aimed to develop systems that could reintroduce connectivity on site in urban scale, generate lightweight structural patterns in a building scale or even subdivide space in a complex and differentiated way to create a variable housing area.

In parallel with the research on line grids, we investigated the processes growth and adaptation in natural systems, in order to understand the ways we can introduce those rules in urban design and in particular, inform the housing unit distribution on site to reach an optimum formation, responding to site parameters. We particularly studied the growth of corals, the symbiotic relationships between coral species on large formations, coral reefs, and the natural rules found in their individual units, the polyps. This research allowed us to develop algorithms of growth in urban scale, to define the massing density according to the parameters of light, orientation, proximity with other units, proximity to the circulation system and so on, as well as algorithms to differentiate the housing units sizes, with the rule of ‘fusion’ found in corals, in order to achieve a responsive and flexible housing typology. In particular, the growth algorithm was generating a number of units with different areas and then a threshold area was specified in order to trigger the units to fuse between one another in order to form larger units or to split in smaller ones according to site parameters.

The two main issues we had to address for this particular urban location, was the lack of connectivity between the site boarders as well as the long spans we had to work with to avoid disturbing the train rails. We performed a series of physical tests with threads, to understand how we can organize circulation with the minimum path lengths and maximum nodes, as well as tests with cables to investigate structural fibre shells that offer maximum support and maximum open area. Highly inspired by Otto and his team’s work, we looked at their several pioneering experiments in form-finding optimal structural configuration and developed ways to transfer their rules in digital environment.

To move this research into a digital environment we worked with Maya Dynamics, testing the behavior of fields of flexible, semi-rigid and rigid lines under variable external and internal parameters.

In these tests several self-organizational structures of lines emerged, from 2D bundling patterns to 3D formations of locked shapes that reach structural balance, of either sequential transformation or periodic. Some models tended to reach internal balance at a certain time-frame while others endorsed into a recurring and periodic transformation.

The series of experiments that we developed seek to a form-finding optimal structural and spatial arrangement as well as to an optimum arrangement of circulation. We applied our systems to the specific site conditions, and generated a 3 dimensional circulation system, with minimum path lengths, and maximum nodes according to the site’s requirements. The nodes worked as structural points at the same time, bringing the loads to the ground. We also applied the fibre structures logic to the buildings shells, to minimize the internal structural supports.”

Extracted from the interview from Davide Del Giudice to Irene Shamma

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Arrecife de Coral Tesis

por Irene Shamma

El proyecto se localiza en Hudson Yards en la zona oeste del centro de Manhattan y actúa como una salida urbana auxiliar que sostiene la gran densidad del centro de Manhattan, proveyendo de infraestructura a los alrededores. Actualmente el sitio contiene un depósito de trenes el cual forma en el terreno una cuenca en la continuidad del nivel de la ciudad, y actúa tanto como una división física que nulifica cualquier conexión del centro de Manhattan al Río Hudson así como una frontera programática de transporte y uso industrial los cuales circunscriben los complejos residenciales y comerciales de los alrededores.

Estas condiciones han tenido como consecuencia que disminuya el área residencial en el sitio actual, mientras más infraestructura es colocada en los bordes del mismo. Esta falta de residencia y prevalencia de edificaciones institucionales y de transporte aunado a un gran número de vehículos ocupando lugares de estacionamiento de la calle crean un espacio hostil para cualquier peatón que quiera cruzar por Hudson Yards.

Se abarcaron los problemas del sitio enfocándose en la exploración de grillas lineales como una herramienta organizacional investigando los comportamientos globales y relaciones locales de los campos rígidos y flexibles de las líneas en un medio físico y posteriormente en un entorno digital. La investigación de este sistema tenía el objetivo de reintroducir conectividad urbana  al sitio, generando un patrón de estructura ligera para un patrón de edificación o subdividir el espacio de una manera diferente para crear una manera distinta de generar un área residencial.

En paralelo con la investigación de la grilla de líneas, se investigó el proceso de crecimiento y adaptación natural, para lograr entender diferentes maneras de introducir estos lineamientos al diseño urbano en particula, de manera tal que la distribución de la unidad residencial se conforme de manera óptima, respondiendo a los parámetros del sitio. Para este ejercicio en particular se estudió el crecimiento de los corales, las relaciones existentes entre diferentes especies de coral en grandes comunidades, así como las reglas naturales individuales de la unidad, el polypo. Este estudio nos permitió acercarnos a desarrollar algoritmos de crecimiento a una escala urbana. Para definir la densidad de la unidad de acuerdo a los parámetros de luz, orientación, proximidad con otras unidades, proximidad a las circulaciones, etc, así como algoritmos para diferenciar el tamaño de la unidad residencial con diferentes reglas de fusión (la cual se encuentra en los corales) para lograr una tipología flexible de residencia. En particular el algoritmo de crecimiento generó un número diverso de unidades con distintas áreas, posteriormente se estableció un rango en el cual se especifica una manera para establecer si las unidades deben fusionarse o separarse para concordar con el parámetro del rango de áreas.

Los dos problemas principales a los cuales nos enfrentamos en este proyecto en particular, era la carencia de conexiones en el borde del sitio así como los claros que se tenían que mantener para evitar las vías del tren. Se realizaron diversas pruebas físicas para entender cómo podríamos organizar la circulación con una longitud mínima de los caminos y un máximo de nodos. También se investigó sobre estructuras de fibra en cascarón las cuales proveen de un máximo soporte y claro. Inspirados en Frei Otto y el trabajo de su equipo, nos basamos en distintos experimentos para encontrar formas estructurales y desarrollar diferentes maneras de transferir estas reglas a un entorno digital.

Para relacionar esta investigación al entorno digital, se trabajó con Maya Dynamics, probando el comportamiento de las líneas de los campos, la flexibilidad, semi rígidas y rígidas ante distintas variables.

En estas pruebas diferentes maneras de estructuras auto organizacionales de líneas emergentes de un patrón 2d para crear formaciones 3d de figuras rígidas que alcanzan un balance estructural, a través de transformaciones secuenciales o periódicas. Algunos modelos tendían a encontrar un balance interno a determinado tiempo, mientras otros tenían que recurrir a una transformación recursiva o periódica.

Las series de experimentos que se han desarrollado para encontrar una manera de lograr obtener una morfología óptima que comprenda un criterio estructural, acomodo espacial así como un acomodo de circulaciones. Aplicamos condiciones específicas del sitio y se generó una grilla tridimensional con un mínimo de longitud de los caminos y máximo de nodos de acuerdo a las necesidades del sitio. Los nodos se utilizaron como puntos estructurales y al mismo tiempo se realizó la bajada de cargas en conjunto con la fibra de cascarón estructural para minimizar los soportes estructurales.

Más información

Digital Model

Physical Model

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