Cellular automata : a bridge between building variability and urban form control

Abstract

In Porto Alegre, a Brazilian town with 1,5 million inhabitants, zoning guidelines assign similar density parameters but fail to be context-specific. As these regulations are linked to individual plot dimensions, physical growth resulted in heterogeneous and unpredictable urban space. The Floor Space Index (FSI) has been used as physical currency which influences the plot value there hence creating a straightjacket to architects wanting to explore new shapes. This research describes a simultaneous top-down and bottom-up strategy to allow urban rules to emulate architectural flexibility and, at the same time, to empower the city with morphological controls over the urban space. A proposed integrated model was set to generate a wide variety of geometries through the association of morpho-types urban blocks (topdown) to bottom-up strategies using cellular automata integrated to Rhinoceros’ Grasshopper as a generative tool. The model includes context sensibility and daylight evaluation but runs with a similar FSI to the existing urban regulations. The proposed model was applied to an existing block in Porto Alegre demonstrating to be an effective tool to support the design of urban rules. It also indicated possible paths for built environment model integration and the creation of innovative perfomative urban indexes as building’s porosity.

O Plano Diretor da cidade de Porto Alegre paradoxalmente atribui índices de densidade por região geográfica ao passo que falha ao desconsiderar o contexto imediato. Uma vez que os índices aplicados estão associados às dimensões de cada lote, o crescimento do ambiente construído é restringido pela unidade de divisão territorial (lote) e resulta em um espaço urbano imprevisível e heterogêneo. Nesse contexto, o indicador de intensidade ‘Índice de Aproveitamento’ (IA) é usado como ‘moeda física’ pelos incorporadores, influenciando o valor do lote e limitando a exploração formal dos arquitetos, via de regra, a prismas regulares. Esta pesquisa propõe um modelo alternativo que une estratégias centralizadoras (top-down) e emergentes (bottom-up) a fim de possibilitar a flexibilidade arquitetônica e o controle da forma do espaço urbano simultaneamente. O modelo generativo proposto objetiva gerar geometrias variadas por meio da associação de tipologias morfológicas de quadra (controle) e autômatos celulares (emergente). O modelo gera edificações de IA similar ao existente e aos especificados no plano diretor ao mesmo tempo que é sensível ao contexto e avalia o desempenho de iluminação natural no ambiente de modelagem Rhinoceros 3D e programação visual Grasshopper. O modelo foi aplicado a uma quadra existente em Porto Alegre e os resultados demonstraram a sua eficácia como ferramenta de projeto para a concepção de regras urbanas. Os resultados indicaram a possibilidade de integração com modelos de outras naturezas e da criação de novos índices urbanos performativos como ‘porosidade’.