Details

Данная работа посвящена разработке методики генеративного проектирования архитектурно-планировочных решений для объектов культурного наследия при их реконструкции под общественное пространство. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Анализ современного состояния и возможностей применения генеративного дизайна в России, а также методов цифрового проектирования объектов культурного наследия. 2. Сравнительный и экспериментальный анализ алгоритмических подходов и выбор оптимального варианта для генеративного проектирования планировочных решений ОКН 3. Разработка ядра методики автоматизированного формирования архитектурно-планировочных решений при реконструкции объектов культурного наследия под общественные пространства с использованием эволюционной оптимизации. 4. Создание скрипта на визуальном языке программирования в программном комплексе трехмерного моделирования, реализующего многокритериальную фитнес-функцию для оценки вариантов функционального зонирования. 5. Апробация методики на модельном объекте культурного наследия, оценка результатов и проверка эффективности разработанной методики по формализированным критериям: соответствие площадей помещений нормативам, соблюдение матрицы функциональной смежности, привязка входной группы, учет требований к сохранению предмета охраны объекта. Экспериментальные исследования проводились на базе программного комплекса Rhinoceros 3D со встроенным языком визуального программирования Grasshopper. В качестве апробационного объекта был выбран памятник архитектуры второй половины XIX века «Павильон минеральных вод Верландера», расположенный в Красном селе. В ходе исследования были экспериментально протестированы несколько методов генерации планировочных решений: метод построения ячеек Вороного, метод регулярной сетки помещений и признанный впоследствии оптимальным метод дробления замкнутых сегментов. Первый подход столкнулся с проблемой фрагментации зон капитальными стенами и сложностью кластеризации, второй — с недопустимо высокой вычислительной нагрузкой из-за большого количества ячеек. Итоговый метод базировался на предварительном вычитании охраняемых элементов из контура этажа с последующим итеративным разделением полученного пространства на обособленные зоны. Разработанный в среде Grasshopper скрипт на языке Python реализовал разрешение конфликтов назначения помещений и иерархическую систему штрафов в фитнес-функции, включающую контроль физической вместимости сегментов, соблюдение нормативных диапазонов площадей, минимизацию расстояний на основе матрицы смежности и привязку помещения гардероба к точке входа. По результатам эволюционной оптимизации с помощью Galapagos было получено итоговое планировочное решение для девяти функциональных зон, характеризующееся снижением штрафа за неиспользованную площадь и улучшением функциональной связности пространства. На примере модельного объекта была продемонстрирована возможность автоматизированной генерации вариантов предпроектных решений, не затрагивающих предметы охраны. Для достижения данных результатов в работе были использованы/разработаны следующие информационные технологии: Autodesk Revit 2025, Rhinoceros 3D, Grasshopper 3D, Microsoft Word, Excel.

The given work is devoted to the development of a method for generative design of architectural and planning solutions for cultural heritage sites during their reconstruction into public space. The tasks that were solved during the study: 1. Analysis of the current state and possibilities of using generative design in Russia, as well as methods of digital design of cultural heritage sites. 2. Comparative and experimental analysis of algorithmic approaches and selection of the best option for generative design of cultural heritage planning solutions 3. Development of the core of the methodology for the automated formation of architectural and planning solutions for the reconstruction of cultural heritage sites for public spaces using evolutionary optimization. 4. Creation of a script in a visual programming language in a 3D modeling software package that implements a multi-criteria fitness function to evaluate functional zoning options. 5. Testing the methodology at a model cultural heritage site, evaluating the results and checking the effectiveness of the developed methodology according to formalized criteria: compliance of the area of  premises with standards, compliance with the matrix of functional adjacency, linking the entrance group, taking into account the requirements for maintaining the subject of protection of the object. Experimental studies were carried out on the basis of the Rhinoceros 3D software package with the built-in visual programming language Grasshopper. An architectural monument of the second half of the 19th century, the Verlander Mineral Water Pavilion, located in Krasnoye Selo, was chosen as an approbation object. During the study, several methods for generating planning solutions were experimentally tested: the Voronoi cell construction method, the regular room grid method, and the subsequently recognized optimal method for crushing closed segments. The first approach faced the problem of fragmentation of zones by capital walls and the complexity of clustering, the second - with an unacceptably high computational load due to the large number of cells. The final method was based on preliminary subtraction of protected elements from the floor outline, followed by iterative division of the resulting space into separate zones. Developed in the Grasshopper environment, the Python script implemented room assignment conflict resolution and a hierarchical penalty system in the fitness function, including monitoring the physical capacity of segments, meeting regulatory area ranges, minimizing distances based on the adjacency matrix, and linking the wardrobe space to the entry point. Based on the results of evolutionary optimization using Galapagos, a final planning solution was obtained for nine functional zones, characterized by a decrease in the penalty for unused area and an improvement in the functional connectivity of the space. On the example of a model object, the possibility of automated generation of options for pre-design solutions that do not affect security items was demonstrated.