Methods for morphogenesis and ecology in architecture:designing the Bothnian Bay cultural center

Tiivistelmä opinnäytetyöstä Olen hyödyntänyt diplomityössäni algoritmisia työskentelymenetelmiä uudenlaisessa suunnitteluprosessissa, jossa käytän luonnonilmiöitä sekä niiden taustalla vaikuttavia voimia arkkitehtuurin muotokielen pohjana. Digitaalisen morfogeneesin keinoin simuloin rakennuspaikan ekologiaa ja sen vaikuttavia tekijöitä kolmiulotteiseen kappaleeseen. Tähän prosessiin pohjautuva suunnitelma yhdistää visuaalisesti simuloituja luonnonvoimia sekä perinteisiä, manuaalisia suunnittelumenetelmiä. Käyttämällä algoritmisia työskentelymenetelmiä, on tarkoituksenani ollut löytää uusia tekniikoita ja inspiraation lähteitä arkkitehtisuunnittelun tueksi. Algoritmisten menetelmien käyttö toimii apuna niin inspiraation etsinnässä, kuin myös suunnittelun apuvälineenäkin. Tämä diplomityö jakautuu kahteen osioon; prosessinkuvaukseen sekä prosessiin pohjautuvaan suunnitelmaan. Prosessinkuvaus esittää käyttämäni työskentelymenetelmät sekä niiden taustalla olevan ajatteluprosessin, jossa hyödynnän luonnonvoimien simulointia osana luovaa suunnittelua. Suunnitelmaosio havainnollistaa prosessin avulla tehtyä suunnitelmaa. Lopullisen työn arvioimisen kannalta molemmat osat ovat yhtä tärkeitä; yhdessä ne kuvaavat koko prosessin konseptista suunnitelmaan ja siten täydentyvät kokonaisuudeksi. Tavoitteenani on ollut tutkia nykyaikaisen arkkitehtuurisuunnitteluprosessin kehittämistä algoritmisten työskentelymenetelmien avulla. Tarkoituksenani ei ole ollut saavuttaa suunnitteluratkaisua napin painalluksella, vaan saavuttaa algoritmisten työskentelymetodien sekä perinteisen luonnostelun pehmeämpi integraatio. Algoritmiset suunnittelumenetelmät tarjoavat uusia tapoja älykkään informaation ja motivaation etsimiseen suunnitteluratkaisujemme pohjaksi. Hyödyntäen algoritmisia työskentelymenetelmiä, tein työkalut, joiden avulla simuloin visuaalisesti luonnonvoimien vaikutuksia objekteihin. Niiden toiminta perustuu NURBS-pintojen (Non-uniform rational B-spline) kontrollipistematriisien muokkaukseen, eli pintoja säätelevien kontrollipisteiden siirtämiseen. Testasin ja analysoin erilaisia alkioita (eng. seed) evoluutioprosessin alkuasetelmina ja näiden avulla suunnittelin alkion, jota käytin lopullisessa suunnitelmassa. Evolutiivisten menetelmien sekä vaikuttavien luonnonvoimien avulla päädyin ratkaisuun, jota pystyin hyödyntämään informatiivisena luonnoksena työn jatkosuunnittelussa. Lopullinen suunnitelma on arkkitehtoninen kuvaus digitaalisesti kasvaneesta orgaanisesta muodosta. Olen pyrkinyt välttämään tuttuja maneereita sekä olemassa olevien ratkaisujen suoraa referointia; pyrin inspiroitumaan rakennuspaikan yksilöllisestä ekologiasta sekä suunnittelutehtävästä. Käyttämäni uudet tekniikat mahdollistivat inspiraation etsimisen luonnollisista lähtökohdista, tarjoten luonnosteluun avaramman katsantokannan.Abstract of thesis This diploma work employs algorithmic design methods in a design process that uses natural phenomena as the basis of its architectural morphology. It implements digital morphogenesis in reaction to ecology and the infl uential forces of the building environment. The resulting design of this process is a combination of the application of these forces and the use of traditional design methods. With the help of algorithmic design methods, my goal has been to fi nd new techniques and inspiration in the aid of architectural design. The use of computational methods in architecture have the ability, not just to aid in the design, but to aid in the search for inspiration for the design as well. This work is divided into two equally important sections; the description of the process and the case study. The description of the process demonstrates the methods used and the thinking involved in incorporating nature's infl uential elements as part of the creative task, as the case study illustrated the outcome of that process. Both sections are equally important in evaluating this work. Without one, the result of this diploma work would be incomplete and uninformative. Together they describe a fluent process from concept to design and as such, the distinctive parts complete each other. My intention was to study different possibilities in which algorithmic aided design could develop the process of architectural design. My intention was not to reach a final and definitive answer to the design problem just by creating a set of design tools and then pressing a ’start‘ button; the methods used in this diploma work offer a more soft-touch integration of computational methods as an extension of our inspiration and sketching processes. Algorithmic design methods offer new ways of searching for information and motivation to reinforce our design intentions. Using algorithmic design methods, I created tools for simulating nature's environmental and visual forces. These tools create transformations in NURBS-based (Non-uniform rational B-spline) surfaces through the translation of their respective control point matrices. Using these tools, I tested and analysed several different seeds that would work as the starting point for the evolutionary process. Based on that information, I designed a seed to be used in the process of the final design. Through evolutionary methods and the influential environmental forces, I received a final solution that I then used as an informed draft to further refine my design. The final case design is a digital representation of an organic architectural form. I have avoided the use of pre-learned mannerisms and direct references to existing solutions. This offered the possibility to be inspired by the location, its ecology and the design problem itself, rather than just looking into recent architectural publications as source for inspiration. These new techniques offered me a way to break free from the limitations of my own mind, and truly search for alternative solutions through the inspiration of nature

Algoritmit puurakenteissa:menetelmät, mahdollisuudet ja tuotanto

Esipuhe Algoritmiavusteisen suunnittelun menetelmien kehitys on ollut nopeaa. Aihepiiri on kansainvälisesti ajankohtainen lukuisissa yliopistoissa ja kongresseissa. Digitaalinen suunnittelu mahdollistaa vapaata, kolmiulotteista muodonantoa ja monimutkaistenkin, orgaanisten rakenteiden hallintaa. Samaan aikaan tuotantoporras tietokoneohjattuine CNC-jyrsimineen ja muine älykkäine laitteineen on kehittynyt pisteeseen, jossa monimutkaiset ja yksilölliset rakennuskappaleet voidaan tuottaa kustannustehokkaaseen hintaan. Olemme nyt murroksessa, jossa uudet suunnittelu- ja tuotantomenetelmät tulevat valtaamaan alaa käytännön rakentamisessa. Oulun yliopiston arkkitehtuurin osasto on ollut edelläkävijä maassamme algoritmiavusteisen suunnittelun kehittäjänä. Arkkitehdit Toni Österlund ja Eero Lundén aloittivat aihepiirin tutkimisen 2007. Siitä järjestettiin onnistunut, pioneerihenkinen workshop 2008 ja Generate -seminaari 2009. DigiWoodLab tutkimushanke algoritmisista puurakenteista aloitettiin 2012 ja sen ensimmäisen vaiheen tuotoksena oli Tuulikki Tanskan diplomityö: ”Geometrisen optimoinnin menetelmät arkkitehtisuunnittelussa. Algoritmiavusteisesti suunniteltu puurakenteinen uimahalli Oulun Linnanmaalle.” Keväällä 2014 järjestetään projektin alla algoritminen workshop, jossa suunnitellaan ja pystytetään puurakenteinen paviljonkirakennelma Ouluun. Algoritmisavusteisen suunnittelun menetelmät valtaavat alaa nykyrakentamisessa. Varsovaan hiljattain valmistunut arkkitehtitoimisto Lahdelma & Mahlamäen suunnittelema Puolan juutalaisten historian museo on tästä hyvä esimerkki. Sen rikas, vapaamuotoinen aulatila on suunniteltu ja toteutettu algoritmisin menetelmin. Tulevista hankkeista ALA arkkitehtien suunnitteleman Helsingin keskustakirjaston vaativaan muotomaailmaan sovelletaan algoritmista suunnittelua. Näitä suunnittelumenetelmiä käytetään myös Anttinen Oiva Arkkitehtien Wood City -projektissa Jätkäsaareen. Meille suomalaisille puu on läheinen rakennusmateriaali. Algoritmien soveltaminen juuri puurakenteisiin on luontevaa puun kustannusten, saatavuuden ja työstettävyyden ansiosta. Puu on lisäksi ekologinen, uusiutuva rakennusmateriaali. Tämä julkaisu on jatkoa DigiWoodLab hankkeen toiminnalle. Se on tarkoitettu johdannoksi aihepiiristä kiinnostuneille ja käsikirjaksi myös pidemmälle ehtineille. Antoisaa tutkimusmatkaa algoritmisiin puurakenteisiin

Smart and dynamic route lighting control based on movement tracking

Abstract Intelligent LED lighting pilot was carried out along a light traffic route in a housing area in Helsinki. The goal of the research was to develop and test a lighting control system with an optimal lighting behavior, which saves energy without lessening safety and security of route users during the dark. The developed lighting control solution was based on tracking route users’ movements and location along the route with passive infrared (PIR) sensors. Using this information, the system could create lighting conditions where the illuminated area reaches further in front of the user than behind. This was considered as an optimal solution from the perspectives of energy savings and user comfort. The control was implemented on a real life test site used by pedestrians and cyclists consisting of 28 lighting posts with controllable LED luminaires. The recorded PIR data was analyzed to evaluate the performance of the developed system in northern outdoor conditions and to compare different lighting control schemes and their influence on energy consumption. The experiences gained during the piloting showed that the system could operate in outdoor conditions, but strong wind in a cold environment caused false sensor activity. The used arrangement of the three PIR sensors with wide field of view made the system sensitive to false detections, especially as installed high in lighting poles surrounded by foliage. The relative energy saving compared to the existing control solution of the area was 60–77% depending on the used smart control scenario and the calendar time

Rivaroxaban or aspirin for patent foramen ovale and embolic stroke of undetermined source: a prespecified subgroup analysis from the NAVIGATE ESUS trial

Background: Patent foramen ovale (PFO) is a contributor to embolic stroke of undetermined source (ESUS). Subgroup analyses from previous studies suggest that anticoagulation could reduce recurrent stroke compared with antiplatelet therapy. We hypothesised that anticoagulant treatment with rivaroxaban, an oral factor Xa inhibitor, would reduce the risk of recurrent ischaemic stroke compared with aspirin among patients with PFO enrolled in the NAVIGATE ESUS trial. Methods: NAVIGATE ESUS was a double-blinded, randomised, phase 3 trial done at 459 centres in 31 countries that assessed the efficacy and safety of rivaroxaban versus aspirin for secondary stroke prevention in patients with ESUS. For this prespecified subgroup analysis, cohorts with and without PFO were defined on the basis of transthoracic echocardiography (TTE) and transoesophageal echocardiography (TOE). The primary efficacy outcome was time to recurrent ischaemic stroke between treatment groups. The primary safety outcome was major bleeding, according to the criteria of the International Society of Thrombosis and Haemostasis. The primary analyses were based on the intention-to-treat population. Additionally, we did a systematic review and random-effects meta-analysis of studies in which patients with cryptogenic stroke and PFO were randomly assigned to receive anticoagulant or antiplatelet therapy. Findings: Between Dec 23, 2014, and Sept 20, 2017, 7213 participants were enrolled and assigned to receive rivaroxaban (n=3609) or aspirin (n=3604). Patients were followed up for a mean of 11 months because of early trial termination. PFO was reported as present in 534 (7·4%) patients on the basis of either TTE or TOE. Patients with PFO assigned to receive aspirin had a recurrent ischaemic stroke rate of 4·8 events per 100 person-years compared with 2·6 events per 100 person-years in those treated with rivaroxaban. Among patients with known PFO, there was insufficient evidence to support a difference in risk of recurrent ischaemic stroke between rivaroxaban and aspirin (hazard ratio [HR] 0·54; 95% CI 0·22–1·36), and the risk was similar for those without known PFO (1·06; 0·84–1·33; pinteraction=0·18). The risks of major bleeding with rivaroxaban versus aspirin were similar in patients with PFO detected (HR 2·05; 95% CI 0·51–8·18) and in those without PFO detected (HR 2·82; 95% CI 1·69–4·70; pinteraction=0·68). The random-effects meta-analysis combined data from NAVIGATE ESUS with data from two previous trials (PICSS and CLOSE) and yielded a summary odds ratio of 0·48 (95% CI 0·24–0·96; p=0·04) for ischaemic stroke in favour of anticoagulation, without evidence of heterogeneity. Interpretation: Among patients with ESUS who have PFO, anticoagulation might reduce the risk of recurrent stroke by about half, although substantial imprecision remains. Dedicated trials of anticoagulation versus antiplatelet therapy or PFO closure, or both, are warranted. Funding: Bayer and Janssen