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Conférence : MESH présenté à l’université de Naples !

Du 4 au 12 octobre s'est tenu à l'université de Naples (UNINA) un workshop international sur la thématique de la conception de villes résilientes face aux changements climatiques : Climate-resilient urban design workshop. Ce workshop était partagé avec l'Institut de Technologie de New York (NYIT), l'Université Paris Est Marne la Vallée (UPEM) et l'Université Catholique du Chili (PUC P.).

Dans le cadre de cet événement, les étudiants étaient invités à réfléchir à la problématique de la résilience urbaine sur un site d'étude situé dans la partie Est de la ville de Naples. L'accent était mis sur des processus de conception innovants, pluridisciplinaires, multi-scalaires et itératifs.

Afin d'accompagner le travail des étudiants, une dizaine de chercheurs internationaux ont présenté leurs projets autour de la transition énergétique, de l'adaptation au changement climatique et de la gestion des risques naturels.

Margot Pellegrino, maître de conférence au sein du Lab'Urba à l'université Paris Est Marne la Vallée et membre de l'équipe du projet MESH, a ainsi présenté l'avancée de nos recherches au cours d'une conférence intitulée "Improving the environmental quality of urban morphologies: the choice of performance indicators in parametric design" (Amélioration de la qualité environnementale des formes urbaines : le choix d'indicateurs de performance dans un processus de conception paramétrique).

L'ensemble des interventions a suscité l'intérêt des étudiants, et a inspiré leur travail sur le site d'étude. L’événement a également permis la rencontre et le partage entre chercheurs travaillant sur des sujets similaires. Pour MESH, comme pour les autres projets, cet événement pourrait ouvrir à de nouveaux échanges et partenariats autour de nos recherches !

Le programme du workshop, les conférences et les intervenants sont présentés ici !


INTERVIEW : Ján Pernecký

Team members Aymeric and Rémi recently took part to the rese arch MEET UP and presented the approach of parametric design developed at Franck Boutté Consultants and through the MESH project. This was an opportunity to meet again Ján Pernecký, parametric designer and host of the event. Interview.

Founder or the “rese arch” initiative, teaching creative programming and robotic fabrication in several European universities and through workshops, researching generative processes in the context of art and architecture theory. Ján Pernecký studied architecture at Excessive III / Die Angewandte, Vienna; Academy of fine arts and Design, Bratislava; Faculty of Architecture STU, Bratislava and Arkitekturskolan KTH, Stockholm.

Maker of the Boid flocking library for Grasshopper® (2014).

Creator and curator of Asking Architecture - Slovak and Czech national pavilion at 13th architecture exhibition of la Biennale di Venezia.

Art digital - Image:
Art digital - Image:

Could you please introduce yourself in few words?

I’m an educated architect but I don’t practise anymore. I’m trying to make living through research in architecture and something I call non-applied research. I’m not into optimization of my own or other architects’ projects but rather into  conceptual thinking in architecture. Therefore I’ve created a platform , which gives the architects and thinkers an opportunity to develop, share and promote new ideas and notions.

Can you share your definition of computational design with us?

I personally think that there are three existing stages of computational design. I believe there is a fourth one that has not been practised yet but it should happen soon.

The first one is automation where you use the computer to do the heavy lifting for you. If you have an assignment that needs a lot of work, repetitive work, then the computer could help you a lot. I believe this is what BIM software does in general. This is what the computer has been doing ever since it started to be used but it doesn’t really bring any paradigm shift. It’s a conventional design approach, you just use the computer to do the hard work for you.

The second one would be parametric design which means the design is controlled by parameters which are fed into algorithms. The designer can act either on the algorithm or on the parameters to modify the final shape. In that process, the designer can evaluate the impact of parameters on the evaluation of its design. As the process can merge together a lot of different data and instructions the result can be surprising. But it doesn’t bring that much innovation because basically you have a presumption of what is going on. It’s not completely top-down but it is also still not bottom-up.

The last one that I can recognize as existing is a generative or emergent design where you can run a simulation that, by definition, is non-linear so you don’t know what the result is going to look like. You probably know roughly from which world it is coming but you don’t know exactly what the result will be when you are implementing some ideas into the design. This finally is a new paradigm. The design you get in the end is something that has not been done before or is not conventional because you don’t know accurately how it has been done. You are not designing the form itself but the tools that generate the form. As the generative process is non-linear you don’t know in advance what the result is going to look like but you very precisely know the forces generating the result. And the form emerges.

And there is the fourth stage that I think still doesn’t exist. I’d like to call it design by behaviour or designing the behaviour that generates the forms. The current emergent design is mainly bio-inspired: it takes existing behaviours and rules or rulesets from nature and it simulates them. That doesn’t make a lot of sense in architecture, but I believe certain architectural notions could be represented by autonomous agents. The agency could be totally architectural and you could design behaviours that form the final object of creation.

L’émergence est un concept philosophique formalisé au XIXe siècle et qui peut être grossièrement résumé par l'adage : « le tout possède parfois davantage de possibilités que la seule somme de ses parties ». Il existe en effet des entités dont les caractéristiques (constitutives) ne sont pas explicables à partir des caractéristiques de leurs parties. Ces caractéristiques apparaissent (émergent) du fait de l'organisation qui s'est créée spontanément.

D'un point de vue empirique, l'émergence est une façon de désigner l'apparition d'entités complexes irréductibles. Ce concept est illustré en sociologie par Emile Durkheim et Pierre Bourdieu, l’utilisant d’un point de vue holistique pour décrire l’émergence d’un ordre de faits irréductible aux parties du système et à leurs interactions [ 1 ].

Le concept est également mobilisé en neurosciences et sciences cognitives dans l’analyse des rapports entre cerveau et esprit. En architecture, urbanisme, design, la notion d’émergence est intimement liée à l’utilisation d’outils issus de progrès associés à l’intelligence artificielle comme les automates cellulaires, les réseaux neuronaux…

What are the parameters you deal with? Do you integrate environmental issues?

I made a couple of projects many years ago that were completely parametric and based on big data. I was trying to take all thinkable aspects into account: circulation, programmatic function, phenomenological phenomenon and perception of the final design because these were the only things I could imagine quantifying at that time. Today I would probably use a different sample set and pay more attention to the relative ranking of solutions than to the absolute value of the parameters or evaluations.

How does computational design influence collaboration between the different parties of your projects?

I see the amazing capacities of crowd-sourcing and crowd-designing, but I also see the risks. It allows you to involve everybody thinkable and to find a result that is based on everybody’s wishes and needs and expertise. You probably can find an output that in a certain sense optimum but is average. You level things up or down and what you end up with is really just mediocre. Something that cannot be extreme in a good sense. I can’t imagine that anything surprising will come up or come out of the collaborative process when too many parties are involved.

Is a computational approach not leading to a new form of automation that focuses on efficacy instead of quality, calculation rather than experience?

Some things are hard to quantify or it’s hard to imagine how to quantify them. But you don’t always need to quantify them. Basically, what you need, is a relative ranking of the performances. If you are able to put it on such a scale, then it’s enough to feed a genetic algorithm for example. It will take the most successful part of generated designs and then breed another generation of designs which is probably going to be better and so on.

To understand how to rank your solutions, you can now use neural networks. For example, you want to quantify the beauty of your design. Of course, you can give it to one thousand people and each one will select the most beautiful output. From this data, the network works out a way of evaluating your design and you can use it in your genetic algorithm.

There is a risk of misinterpreting big data though. Any data or information can be read right or wrong, by which I mean you don’t always read it the way it was meant to be read or the way it makes the most sense to be read. But on the other hand also the misreading could be interesting…

Un réseau de neurones artificiels (artificial neural network) est un modèle de calcul dont la conception est très schématiquement inspirée du fonctionnement des neurones biologiques. Les réseaux de neurones, en tant que systèmes capables d'apprendre, mettent en œuvre le principe de l'induction, c’est-à-dire l'apprentissage par l'expérience. Ils permettent notamment d’approximer des fonctions mathématiques inconnues et dépendant d’un grand nombre de variables ou de faire une modélisation accélérée d’une fonction connue mais très complexe à calculer avec exactitude.

Les réseaux de neurones sont généralement optimisés par des méthodes d’apprentissage de type probabiliste, en particulier bayésien. Ils sont placés d’une part dans la famille des applications statistiques, qu’ils enrichissent avec un ensemble de paradigmes permettant de créer des classifications rapides (réseaux de Kohonen en particulier), et d’autre part dans la famille des méthodes de l’intelligence artificielle auxquelles ils fournissent un mécanisme perceptif indépendant des idées propres de l'implémenteur, et fournissant des informations d'entrée au raisonnement logique formel (voir "Deep Learning").


INTERVIEW – Daniel Bolojan

Founder of Nonstandardstudio [ 1 ], focused on development of innovative design methodologies and strategies, enacted through medium of computation, towards urbanism, architecture, design.

Junior Associate at Coop-himmelb(l)au in Vienna;

PhD Research Fellow at the University of Applied Arts Vienna, under the supervision of Patrik Schumacher, and Lecturer at - Institute of Structure and Design -  Innsbruck University.

Images générées par un processus multiagent. ©Nonstandardstudio
Images générées par un processus multiagent. ©Nonstandardstudio
Images générées par un processus multiagent. ©Nonstandardstudio
Images générées par un processus multiagent. ©Nonstandardstudio

Could you please introduce yourself in few words?

Hello, I’m Daniel Bolojan, and I’m the founder of Non-Standard Studio. My main interests lie in creating complexly interrelated autopoietic systems, similar to natural systems, with subsystems capable of increased awareness, adaptability, towards all their components and towards their environment.

Can you share your definition of computational design with us?

Computational design involves that the design intent is set through a set of algorithmic instructions, of rules, a logic. Advantages of this approach are the designer's abitlity to access DNA source of structural and material behaviors, or of collective behaviors at multiple scales. These advantages translate into a more embedded design process where constraints and inputs of fabrication, social interaction, navigation, or environmental constraints are part and are driving forces of the design.

My work revolves around generative design and multi-agent algorithms. That is, understood in the studio’s work, a design process aiming at modeling the proto conditions of a system.

On appelle système multi-agent (SMA), un système composé d’un ensemble d’agents qui sont des entités réelles ou virtuelles, dont le comportement est autonome, évoluant dans un environnement, qu’ils sont capables de percevoir, sur lequel ils sont capable d’agir, et d’interagir entre eux.

Yves Demazeau, Populations and organizations in open multi-agent systems


Objet de longue date de recherches en intelligence artificielle distribuée, les systèmes multi-agents forment un type intéressant de modélisation de sociétés, et ont à ce titre des champs d'application larges, allant jusqu'aux sciences humaines.

How do you evaluate the quality of the result of this generative process?

First I have to point out that generative design follows a cycle through problem specification, design generation and design evaluation. Usually, while setting up the system, the designer can interactively control its behavior by specifying the design intent that needs to be embedded in the system. This design intent can represent constraints that must be met, desirable underlying logic it should follow, or characteristics the system should have. All these different types of design intents will have for sure different implications for how the generative system will work.

With regards to the evaluation of generative processes we have to keep in mind the two aspects of design evaluations.

On the one hand, the design intent's main features are embedded in the generative process which can directly result into possible evaluations of different quantifiable properties, characteristics of the design. Most of my work revolves around stigmergic models, composed of two parts: agents and the environment. The agents act according to pheromone trails stored into grid-like nodes that form the environment. The agents modify the environment  and get their behaviours modified according to the new modified environment. Behavioral characteristics are easily quantifiable and therefore could be subject to evaluations of the outcome by the system itself (e.g. find if an optimum path was found). In this case we can consider this a form of “system evaluation”.

On the other hand, however, there is a requirement for evaluations of emergent features of designs, that address as much technical reasons as aesthetic reasons. These evaluations are more difficult to compute from generative system’s design outcome, as they depend most of the time on subtle details of design aesthetics and context. For this type of evaluations there has to be a form of “designer evaluation”.

Could you explain the process you developed within “Ubiquitous Urbanism”?

Ubiquitous urbanism is a project that I did when I was studying in die Angewandte[ 2 ]/ Studio Zaha Hadid.

In the ecology of self-organized systems, there will always be different types of agent systems, with different behaviors and desires that will sense or modify their environment in a different way, based on their own characteristics.

At the urban scale, each main functional type (office, retail, recreation, housing, culture, transportation), had its own agent based system with its own functional type specifics/constraints. Series of interdependent differences, and correlation of resulting differentiated series, emerge according to the resulting stigmergy ecology, responsible for degrees of differentiation, different affiliation rules, and degrees of correlations.

The main idea of the project was to extract and use local rules of physical and visual connectivity as a bottom-up strategy to generate growth algorithms that will regulate spatial formations. These neighboring relations, based on physical and visual connectivity, don’t only allow a local neighboring negotiation, but also a global neighboring negotiation. The result is a coherent field not only on a local scale, but also on a global scale.

Ubiquitous urbanism (2013). ©Studio Zaha Hadid
Ubiquitous urbanism (2013). ©Studio Zaha Hadid

Our project explores principles of physical and visual connectivity as a method of evaluating and generating new spatial solutions for contemporary society. This idea derives from a research of individual urban systems, where on the example of working environment, we have addressed problems, needs and desires of corporative field."

Do you think your approach could be related to traditional urbanism?

If we mean by “traditional urbanism” the type of emergence that can be found in traditional urban formations as favelas, then my approach is very much so in line with traditional urban formations. As simple rules of emergence, such as neighboring rules, operate at an individual level and interact to give rise to the emergence of self-organization, a behavior emerges from these interactions and it’s something greater than the sum of its part.


INTERVIEW – Francesco Cingolani

Nous inaugurons aujourd’hui une série d’interviews avec des experts du design computationnel. Cette série a débuté lors du research-meetup, une rencontre internationale d’experts qui avait lieu en mai 2016 à l’espace de coworking Volumes.

On commence la série avec Francesco Cingolani, qui a la particularité d’être aussi un des experts qui collabore au projet de recherche MESH.

Le design computationnel est pour Francesco une pratique qui révolutionne les modes de conception des objets et des environnements habités. La montée en puissance et la vulgarisation des outils algorithmiques de dessin et de conception permettent désormais de considérer le projet comme un processus de traitement de données avec des paramètres d’entrée -input- tels que des données mécaniques, environnementales, sociales, etc… et capable de génerer des géométries en sortie -output. Cette approche procédurale et automatisée permet de transférer le travail de création de l’architecte à un niveau supérieur (ou en tout cas antérieur) qui se concentre désormais dans la conception de l’algorithme – la procédure – plutôt que dans le dessin, qui sera quant à lui un résultat automatisé de l’algorithme. Cette automatisation permet de concevoir une production non-standard, qui se décline en fonction des données entrantes et qui peut s’adapter au contexte environnemental, géographique et social.


Cette approche a été mise en application dans plusieurs projets qui sont décrits dans l’interview. Les projets révèlent que la « discipline » est très souvent confrontée à des problématiques opérationnelles mais aussi à un manque de culture de l’innovation au sein des agences d’architecture et des constructeurs.

L’approche procédurale et ouverte que Francesco décrit est plus généralement une philosophie, voire une méthodologie (dans le projet Dreamhamar par exemple), où la procédure n’est pas simplement numérique mais se nourrit également de l’expérimentation, de la vie du projet. Les retours d’expérience des acteurs de terrains ou d’autres types de données qualitatives deviennent alors des paramètres d’entrée de la conception. Le projet est pensé comme un processus qui s’adapte de manière continue au contexte.

Ci-dessous la retranscription intégrale de l’interview.


Francesco, peux-tu te présenter en quelques mots ?

Architecte et ingénieur de formation, je dirige le mastère spécialisé Design by Data en « computational design » à l’Ecole des Ponts qui est une formation professionalisante autour de la conception paramétrique appliquée aux domaines de l’ingénierie, des arts numériques et de l’architecture. Je suis également co-fondateur de Volumes, un espace de coworking et de fabrication numérique conçu comme une plateforme d’expérimentation et de recherche par le faire. En parallèle, je suis enseignant à l’Ecole d’Architecture et de Paysage de Lille et je travaille sur la question des villes productive au sein de l’association Fab City Grand Paris.


Comment définirais-tu le design computationnel ?

C’est tout d’abord une discipline. Cette discipline se fonde sur les capacités algorithmiques proposées par les nouvelles technologies et l’intelligence artificielle. La caractéristique pervasive du numérique fait que les barrières entre les champs (art, ingénierie, architecture) et les échelles (objet, bâtiment, ville) sont effacées ; l’engouement pour cette discipline dans l’architecture et la construction vient aujourd’hui des développements récents des nouveaux modes de prototypage et de fabrication numérique tels que l’impression 3D à grande échelle et la construction robotisée. Il n’a jamais été aussi facile de fabriquer des formes complexes et non-standard. Devant cette liberté de fabrication, la conception est amenée à se questionner. Serions-nous aujourd’hui capables de fabriquer plus de ce que nous sommes capables de concevoir ? Tel est le questionnement porté par les concepteurs de l’oeuvre Digital Grotesque récemment exposée au Centre Pompidou dans le cadre de « Imprimer le Monde ».



Peux-tu détailler notamment sur le mot « algorithme » ?

L’utilisation des algorithmes en conception implique une délégation de certaines tâches traditionnellement réservées aux architectes et aux ingénieurs comme le dessin, le calcul structurel, la gestion de projet, etc. Aujourd’hui, notre rôle en tant que concepteurs est plutôt d’instruire des machines pour qu’elles soient en mesure de résoudre des problèmes plus complexes que ce que nous pourrions faire sans elles. C’est un changement de paradigme important, qui remet en cause tout un système de compétences, d’approches, de méthodes mais surtout toute une idéologie de l’architecture liée à la tradition des Beaux Arts en France.

Tu cites souvent des données d’ordre contextuel, peux-tu nous expliquer comment elle peuvent être prise en compte dans tes projets ?

Je pense au projet des pylônes électriques pour la société Terna, réalisé en Italie. J’ai travaillé sur ce projet, nommé « dancing with nature », avec l’agence HDA. Il s’agit d’un projet de pylônes non-standards conçus pour être tous différents. Leur forme et leur inclinaison s’adaptent en fonction de leur implantation dans le paysage à travers des paramètres tels que :

  1. Les sollicitations du vent calculées pour chaque situation, dont résulte la contrainte maximale que doit supporter le pylône
  2. L’inclinaison du sol
  3. Le tracé de la ligne haute tension qui influence les efforts transmis par les câbles sur les pylônes. Les pylônes s’inclinent plus ou moins pour reprendre au mieux ces efforts.

Avec ces trois paramètres principaux, nous avons mis au point un algorithme qui permettait d’adapter notre dessin à ces différentes conditions contextuelles.


Le projet a-t-il été réalisé ? Comment a-t-il été reçu ?

Oui, les pylônes ont été réalisés mais pour l’instant seulement sur une partie du tracé où ils sont tous identiques !
Nous espérons que le client, à qui nous avons livré un projet paramétrique, sera capable de les réaliser à plus grande échelle, mettant ainsi en valeur leur caractère adaptatif.

Il faut savoir que les pylônes sont traditionnellement des objets industriels très standardisés. Tous identiques ou presque, il s’imposent dans le paysage sans tenir comptes des contraintes du contexte.

Notre projet, au contraire, propose une solution totalement radicale : construire des pylônes comme des pièces uniques.
A quelques semaines du rendu du concours, Hugh Dutton avait en effet proposé : « Pourquoi les faire tous identiques? On va les faire tous différents ! » Sur le moment, ça nous avait semblé fou. Mais finalement, nous nous sommes rendus compte que c’était très intéressant de les développer dans ce sens : des pylônes non-standard qui optimisent leur comportement en s’adaptant au mieux au paysage. Le client a adoré notre proposition et nous avons remporté le concours. Les difficultés sont arrivées au moment de la construction avec l’entreprise de fabrication, qui restait attachée à un mode de production standardisé et classique. Il a été intéressant de remarquer que le problème culturel et les difficultés à communiquer étaient parfois des verrous plus importants que les questions techniques ou normatives.


D’autres exemples d’intégrations multicritères dans une approche paramétrique ?

Je ne sais pas si on peut véritablement parler de paramétrique dans ce cas, mais ce qui m’intéresse est de questionner la notion de multicritère est d’en chercher ses limites. Tous mes projets explorent la possibilité d’intégrer au processus de conception à la fois des données numériques (donc quantifiables) et des données sensibles (donc plus difficilement mesurables) comme les questions sociales, culturelles et émotionnelles.

Si la conception paramétrique consiste à intégrer de nouveaux degrés de liberté dans la génération des formes, j’ai ressenti dans ma pratique le besoin d’ouvrir ce processus aux citoyens ou aux usagers. Je me suis alors penché sur les processus d’architecture participative en utilisant les algorithmes comme moyen de communication, ou d’échanges d’information, plutôt que comme outil de calcul.

C’est dans ce but que j’ai rejoint en 2010 l’équipe de Ecosistema Urbano sur le projet Dreamhamar, un projet participatif réalisé en Norvège dont la méthodologie était fortement basée sur l’exploitation des réseaux sociaux (la vidéo ci-dessous donne un aperçu du projet). Quelques années après j’ai créé l’espace d’expérimentation Volumes comme une continuité de ce projet.

Avec le recul, j’interprète ces projets comme des tentatives de créer un environnement où les procédures numériques (communication, fabrication numérique, etc…) sont intégrées à des procédures sociales (interaction entre individus).

C’est à la suite de ces expériences que j’ai commencé à voir le design computationnel plus comme une nouvelle méthodologie, voire une nouvelle forme de pensée, que comme un ensemble d’outils d’aide à la conception.

L’architecte se concentrerait alors sur une sorte de meta-conception, c’est-à-dire qu’il s’occuperait de mettre en relation des données, des acteurs, des idées. Il serait responsable de faire émerger le projet plus que de trouver la solution idéale.

Cela remettrait en question non seulement le rôle de l’architecte dans la société, mais aussi l’organisation de la chaîne de production de l’architecture et de la ville avec ses différents intervenants (clients, promoteurs, usagers, architectes et bureaux d’études).


Que dirais-tu pour répondre aux architectes ou urbanistes qui considèrent l’approche paramétrique trop déterministe, trop calculatoire ?

Il y a une peur chronique chez les architectes, une angoisse idéologique envers la technologie. Il n’a jamais été aussi facile de concevoir et de fabriquer des formes complexes et non-standards, ce qui était pratiquement impossible ou utopique il y a dix ans. Je pense que ce sont des opportunités à explorer : pourquoi ne pas le considérer comme une manière d’introduire plus de créativité et de liberté dans nos architectures ?