Informed landscape design for productive urban gardens: modeling solutions for balancing aesthetics and functionality

Abstract

This work investigates the criteria and solutions for the design of productive urban gardens. The study simultaneously explores formal and functional attributes of a 3D model aiming to generate landscape solutions for future urban needs. These include food production and reproduction of ecosystem services, searching for a consistent, functional, and aesthetic relation between the landscape fruition and the overall resilience of such spaces. The functional dimension is explored using a climate, topography, and hydrology database analyzed and/or represented by computational tools and evolutionary models. The database is formally associated with a Voronoi diagram, as to inform the formal exploration, i.e.., as a strategy to geometrically convert the analyzed data. The Voronoi diagram is additionally used as the basis for rule exploration of the shape and color grammars. The Generative Model was developed through a proof of concept in the city of Porto Alegre, Brazil, making it possible to investigate different solutions compatible with the intended objectives, highlighting qualities related to the exploratory nature of the proposed methodology, as well as illuminating paths to be explored in future studies. Conclusions of the investigation suggest: a) applying the model at different scales, connecting the proportional relations of the urban gardens components to the Voronoi’s diagram degree of definition, and b) developing a broader set of grammatical rules capable of covering a wider range of terrains. These may eventually lead to extending the Generative Model as a tool for creating design guidelines for the intervention in different typologies of open spaces in cities worldwide.

Este trabalho investiga critérios e soluções para a concepção de jardins urbanos produtivos. O trabalho explora simultaneamente atributos formais e funcionais de um modelo 3D com o objetivo de gerar soluções paisagísticas para necessidades urbanas futuras. Estas incluem a produção de alimentos e de serviços ecossistémicos, procurando uma relação funcional e estética consistente entre a fruição da paisagem e a resiliência global destes espaços. A dimensão funcional é explorada utilizando uma base de dados climática, topográfica e hidrológica analisada e/ou representada por ferramentas computacionais e modelos evolutivos. A base de dados é formalmente associada a um diagrama de Voronoi, de modo a informar a exploração formal, ou seja, o diagrama é usado como estratégia para converter geometricamente os dados analisados. O diagrama de Voronoi serve como base para a exploração de regras das gramáticas de formas e cores, etapa que representa a exploração formal. O Modelo Generativo foi desenvolvido através de uma prova de conceito na cidade de Porto Alegre, Brasil, possibilitando a investigação de diferentes soluções compatíveis com os objetivos pretendidos, evidenciando qualidades relacionadas com a natureza exploratória da metodologia proposta, bem como iluminando caminhos a serem explorados em estudos futuros. As conclusões da pesquisa sugerem: a) a aplicação do modelo a diferentes escalas, relacionando o grau de definição do diagrama de Voronoi e a proporção dos componentes das paisagens produtivas, e b) o desenvolvimento de um conjunto maior de regras gramaticais capazes de abranger uma gama mais vasta de tipos de terreno. Estas podem eventualmente levar à extensão do Modelo Generativo como uma ferramenta para a criação de diretrizes de design para intervir em diferentes tipologias de espaços abertos em cidades a nível mundial.