Clark’s Crow: a design plugin to support emergy analysis decision making towards sustainable urban ecologies

Architects working with city planners and developers in the shaping of urban environments typically consider multiple factors in isolation, from urban design and socio-economic relationships to data analyses. Analyses regarding urban life cycle scenarios are exemplar of this trend, with considerations made in isolation at the later stages of the designdevelopment process when the scope for decisions which could ultimately affect the sustainability of an urban environment is much more limited. This paper defines our effort to introduce a new tool, named “Clark’s Crow”, which aims to address this shortcoming by promoting awareness of the impact of different design options through a biophysically based ecological accounting method in the early stages of urban design-development. The tool is used within existing architectural design environments with an aim to offer a socio-ecological analysis during the design decision-making process. Clark’s Crow is underpinned by the emergy analysis method, which aims to consider both the energy, material, and information flows of a system, such as an urban ecology, and to understand both the work of the techno-sphere in constructing our urban environments and that of the geo-biosphere in sustaining such development. Clark’s Crow facilitates emergy analysis in the early stages of urban design, thereby allowing queries regarding material and energy flows to be addressed in conjunction with design choices at this initial stage. In this paper, we demonstrate the effectiveness and features of Clark’s Crow through a case study of development using next generation systems in Manhattan, New York, depicting how an emergy analysis approach can lead to an understanding of the value and impact of speculative buildings towards sustainable design-development

A new approach to urban environmental modelling

Design tool approaches for investigating energy use at an urban scale have traditionally three problematic issues regarding their implementation: 1) overly simple simulation methods; 2) the complexity of managing large amounts of input data; 3) outcomes that are not easily visualised. My research aim in the papers within this collection was to investigate the issues regarding modelling the energy use of larger numbers of buildings using detailed simulations techniques. This thesis brings together the papers to describe the research and case studies undertaken. It demonstrates the implementation of the new methods I have created including: hourly energy modelling at an urban scale; parametric analysis; pattern recognition and design analysis. The use of these methods and techniques is evident throughout the papers and combined outcomes show the possible shape of an early stage urban scale design tool. The methods have been explored through a series of international case studies. The research described in this thesis has contributed to the development of energy modelling of domestic buildings at an urban scale. The work in the appended papers has examined the requirements for a design tool that shows it is possible to use dynamic simulation, with detailed data generated automatically in a visual environment. With these attributes the tools developed can be seen as design tools and as such the work has moved the modelling from simple simulation methods based on an inventory of the building stock to more complex techniques. This involves full dynamic simulation methods and parametric testing of scenarios that include building fabric, systems, renewable technologies and the temporal nature of retrofit. Each one of the papers has been firmly based in case studies carried out in the UK, Middle East and China, ensuring that the methods used are transferable and applicable to problems of building in diverse climates. The outcomes of the research within the papers show that detailed energy modelling can be incorporated into the design process at an early stage, giving guidance to the designer, yet not interfering with the detailed design of the project

Data, digital & design. Produzione del progetto digitale e processi decisionali: la progettazione flessibile nell’Era dello scripting e del building information modelling come nuovo paradigma tecnologico

Il presente lavoro di Ricerca si propone di affrontare in termini sperimentali ed innovativi (approccio “flessibile”) la progettazione tecnologica ed il design di processo attraverso le potenzialità offerte dal progresso tecnologico-informatico nell’ambito dell’ AEC Industry. Tale progresso sta fortemente cartatterizzando la professione dell’architetto-designer e, più in generale, la cultura della progettazione tecnologica nell’Era Digitale. L’aspetto sperimentale proposto contribuisce al rinnovo dei metodi e dei processi (anche decisionali) relativi alla produzione teorica e pratica del progetto digitale. L’aspetto innovativo ed originale, invece, sottende il cocetto di paradigm-shift (cambio di paradigma nell’ambito della progettazione tecnologica) ed è il risultato dell’integrazione “simbiotica” di due discipline, l’informatica e la progettazione architettonica. Il terreno comune di incontro tra queste discipline è ivi rappresentato dall’approccio computazionale alla progettazione (Computational Design) ed in particolar modo alla trasposizione sul piano tecnico ed esecutivo degli assunti teorici formulati in fase meta-progettuale. L’approccio sperimentato è orientato alla progettazione algoritmica e parametrica (Algorithm Aided Design) consentita dall’integrazione nel workflow progettuale di piattaforme informatiche di Visual Programming Language (VPL). Queste ultime, integrando ed affiancando i software di modellazione, sono in grado di interfacciarsi con le piattaforme di Building Information Modelling (BIM), con strumenti di modellazione tridimensionale pura (Free Form) e con quelli dediti all’ottimizzazione del progetto stesso. L’intento è di descrivere ed attuare una modalità di approccio alla progettazione in cui i mondi della programmazione e dell’informatica si incontrano con quello della progettazione e da questo connubio si cercherà di far emergere nuove forme di creatività capaci di interpretare le “informazioni” con procedure e regole per il progetto. L’integrazione della programmazione informatica (scripting) orientata al design ed all’architettura apre quest’ultima a nuovi ambiti e a nuovi scenari prefigurando un tipo di progettazione strutturalmente flessibile e sempre più adeguata al controllo e alla gestione di sistemi complessi come oramai risultano essere gli ambienti e gli spazi che abitiamo. Lo sviluppo del percorso di Ricerca ha parallelamente seguito l’evoluzione e la realizzazione del caso studio, qui definito “caso applicativo”, relativo al contratto di cooperazione scientifica e tecnologica stipulato tra Apple International Distribution e l’Università di Napoli “Federico II”, attraverso la consulenza progettuale tecnologica fornita dal DiARC (Dipartimento di Architettura) per la realizzazione ed ottimizzazione degli spazi laboratoriali e collaborativi della Apple iOS Developer Academy presso il Polo Universitario federiciano di San Giovanni a Teduccio, quartiere della periferia orientale di Napoli. L’obiettivo generale è quello di individuare gli elementi chiave, nonché strumentali, attorno cui è possibile articolare il progetto digitale sia esso di prodotto, architettonico e decisionale nei limiti definiti dalla filosofia dell’Information Modelling e dell’interoperabilità strumentale tra le principali piattaforme informatiche adoperate nel settore dell’architettura, dell’ingegneria e delle costruzioni