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MODELLO.VERSO UNA LOGICA DELLA SIMULAZIONE.
Antonino Saggio

L'accellerazione del mondo tecnologico nell'ultimo decennio ha prodotto un numero di novità che sono tante e tali che le loro potenzialità sono difficili da padroneggiare e comprendere. Disponiamo di strumenti che sono in grado di amplificare sostanzialmente il processo di generazione, controllo e verifica delle scelte; non più nell'isolamento del proprio atelier, ma in contatto con l'insieme degli attori che contribusicono alla pianificazione, progettazione e gestione di un edificio. Sono esperienze che è necessario diffondere e analizzare anche al di fuori degli specialisti di informatica al fine di colmare il divario tra quello che è possibile con i computer e quello che la maggioranza dei ricercatori e dei professionisti dell'architettura è concretamente in grado di fare. Comprendere in che direzione muoversi e come applicare concretamente le potenzialità dell'informatica richiede però una volontà di aggiornamento culturale da parte degli addetti ai lavori di architettura.

              INTRODUZIONE
              Chi si avvicina all'informatica è in genere interessato a ricavarne una serie di vantaggi pratici (la duplicazione e la facilità di manipolazione dei grafici, l'accesso a banche dati, la visualizzazione tridimensionale, la trasmissione via modem e innumerevoli altri). I dati contenuti nella raffigurazione elettronica di un progetto non sono più rigidi (come nei supporti tradizionali) ma sono facilmente modificabili. Mentre questo aspetto è di facile comprensione, più lenta è la consapevolezza che la novità non consiste tanto nella facilità del "cambiamento" quanto nel fatto che le informazioni assumono una connotazione "dinamica": i dati elettronici possono cioè venire manipolati non soltanto nella loro singolarità, ma soprattutto nelle loro relazioni di insieme. Per fare un esempio, cambiare lo spessore di un muro in una appropriata raffigurazione elettronica di un progetto comporta la verifica simultanea sul costo, sui valori termici, sulla penetrazione della luce, sull'immagine interna ed esterna proprio perché il parametro «spessore» può essere legato interattivamente a molti altri.
              Gli elaborati che descrivonoun progetto tendono così a essere organizzati in un "modello": in una struttura cioè che (come nelle equazioni matematiche) formalizza delle relazioni tra delle incognite. La verifica dei risultati può essere compiute più e più volte attribuendo dei valori specifici (che poi sono le ipotesi di progetto) alle incognite. Questa potenzialità spinge il progettista a iniziare a padroneggiare, anche nel campo della progettazione, una «Filosofia della simulazione»: ossia a usare il progetto non solo per raffigurare, decidere e descrivere, ma come una struttura che di volta in volta "simuli" il comportamento del sistema edificio.
              Le ricadute di questa Filosofia della simulazione struttura il breve percorso che ci ripromettiamo di fare e che, per agilità espositiva, dividiamo nell'area Quantifativa, Semantica e Spazialecostruttiva Mentre delle prime due tratteremo solo per brevi cenni, sull'ultima ci soffermeremo con più attenzione.

              1. LE QUANTITÀ E GLI WORKSHEET
              L'area quantitativa (originariamente unico appannaggio dei calcolatori) ha avuto un impetuoso impulso con l'invenzione nella seconda metà degli anni Settanta del worksheet(un ambiente in cui è possibile legare con relazioni matematiche anche molto complesse i dati numerici contenuti nelle celle di un tabulato) che permette il costante aggiornamento di tutti i valori al solo variare di un dato. Questa invenzione ha comportato conseguenze in un campo vastissimo di attività: da quello finanziario a quello edilizio. Soprattutto ha rappresentato l'avvento di un modo generalizzato di pensare "What...If" ("Cosa" accade nel mio modello "Se" si varia il costo X o la quantità Z a tutte le parti che sono da essi dipendenti?). Tale potenzialità di simulazione investe il lavoro del progettista nei campi della programmazione, dei calcoli, dei costi benefici e naturalmente nei computi estimativi.
              Per fare un esempio, è possibile creare in un worksheet un modello matematico di un edificio da restaurare con una impostazione di costi-benefici. In questo caso si renderanno espliciti (anche in maniera molto schematica) non solo i costi delle possibili operazioni edilizie (come abitualmente viene fatto) ma anche i presumibili benefici, sia dal punto di vista diretto che da quello indotto: è un processo importante perché «relativizza» le opinioni obbligando chi è coinvolto nell'operazione (municipalità, sovrintendenze, progettisti, clienti eccetera) a rendere quantizzabili dei parametri di giudizio.
              Un modello di questo tipo diventa uno strumento per orientare le scelte: si potrà vedere, per esempio, che il ripristino di un infisso con un tipo o un altro di profilato ha ricadute sia sul costo stesso sia sui benefici (termico, funzionale, di immagine) perché, appunto, ognuno degli attori coinvolti formalizza un valore alle soluzioni alternative. Quando le scelte sono molte e il bilancio limitato si dovranno fare delle scelte di compromesso sulle singole operazioni al fine di raggiungere la migliore soluzione complessiva, ma una cosa è avere sotto controllo l'insieme interagente e dinamico di tutte le scelte, un'altra vedere ciascuna singolarmente. I1 modello verrà usato più e più volte al fine di trovare la soluzione complessivamente migliore.
              Creare un modello come questo è tecnicamente molto semplice (forse solo poche ore di studio) ma le potenzialità solo enormi. Chi scrive lo ha verificato in un'occasione in cui bisognava sondare tre ipotesi alternative (riuso, restauro conservativo, edificio ex novo) per una casa per anziani nel Lazio ma chiunque abbia esperienza concreta può trovare decine e decine di casi di applicazione.
              Un worksheetpuro (come Excel™ o Lotus™) non contiene informazioni grafiche (che descrivono per esempio una pianta), ma unicamente delle quantità e consente quello di cui abbiamo sopra trattato. Naturalmente un modello elettronico costi-benefici diventa ancora più interessante quando le quantità sono legate direttamente a delle informazioni grafiche. Questa potenzialità consente l'estendersi della simulazione per le strutture, per gli impianti, per la luce, l'acustica eccetera. Sono possibilità legate all'esistenza di programmi specifici (originato dal quel rivoluzionario programma Mac che si chiamava Filevision™) nel settore dei Geographical information system e che consente di legare grafici e numeri in maniera da immagazzinare molte informazioni (dimensioni, caratteristiche, costi) accedendo di volta in volta agli ambienti o alle parti dell'edificio che li riguardano. Nel caso di Filevision™ le informazioni grafiche e testuali non erano dinamicamente legate le une alle altre (le dimensioni di un ambiente devono essere inserite manualmente) ma una reale interattività è consentita dai quei programmi Caad (Computer aided architestural design)che hanno uno worksheet integrato (ArchiCad™ per esempio, ma soprattutto Minicad™ oggi Vectorworks™). In questo caso le informazioni grafiche (le dimensioni di un ambiente, per esempio) sono lette e inserite automaticamente in un worksheet che, per esempio, descrive un modello complesso di costi-benefici. A questo punto la logica di simulazione compie, come dovrebbe essere ovvio, un salto decisivo (modificare il grafico si ripercuote nel modello matematico e in tutte le sue interconnessioni).

              2. I PARERI E GLI EXPERT-SYSTEM
              Veniamo ora, altrettanto brevemente, a parlare della seconda area di simulazione: quella semantica L'idea in questo caso è quella di condensare in un programma l'insieme variegato e complesso di conoscenze e saperi di un professionista "esperto" e quindi di fornire suggerimenti e indicazioni su come risolvere determinate problemi del progetto attraverso l'interrogazione all'expert system. Introdotti nel settore della medicina (da una serie di sintomi, e con domande poste dal programma il calcolatore elettronico elabora una diagnosi e una terapia) questo campo di studio si è orientato successivamente anche verso la progettazione edilizia. Negli ultimi anni vi è stata una evoluzione verso sistemi più flessibili e problematici quali i Design Support Systems che si avvicinano a una filosofia della simulazione. Essi permettono di operare all'interno di scelte complesse di volta in volta diversificate e governate dalle necessità di chi opera attraverso un accumulo di nuove conoscenze.
              Ma mentre il caso costi-benefici precedentemente descritto (sia se unicamente sviluppato in un worksheeto in un worksheet dinamicamente legato a un Caad) è facilmente sviluppato da un progettista, un expert system (che richiede lavoro e competenze professionali per la sua efficiente creazione) è semplicemente "usato" in una maniera non molto diversa da quello che si fa parlando con un esperto.
              Una linea di sviluppo, consente l'utilizzo di moduli esperti all'interno di un proprio disegno elettronico.

              3. AREA SPAZIALE COSTRUTTIVA E STRUTTURE GERARCHICHE
              Ma veniamo ora all'area centrale di questo intervento che abbiamo chiamata Spaziale costruttiva. Su di essa bisogna dilungarsi di più data la rilevanza che assume per lo sviluppo di progetto e anche perché, una volta comprese le potenzialità, il suo utilizzo nella prassi di documentazione, analisi critica e sviluppo di un progetto può essere immediata.
              Ci interessa porre l'attenzione in particolare sulle cosiddette "Strutture Gerarchiche" (SG) che, mutuate dai programmi che operavano solo su costosi calcolatori, oggi caratterizzano molti programmi Caad anche a livello di personal computer (come AutoCad™in particolare in Architectural Desktop™, ma anche VectorWorks™ o Stratavision™)
              Le strutture gerarchiche sono importanti perché esse consentono di avere delle relazione dinamiche tra i dati che descrivono su tre dimensioni un progetto. La possibilità della simulazione in questi ambienti affronta di conseguenza l'organizzazione spaziale e costruttiva, funzionale e formale (e non solamente quantitativa o semantica) del progetto.

              3.1 I1 meccanismo della struttura gerarchica
              L'uso delle strutture gerarchiche, richiede la rappresentazione di un progetto scomponendolo nelle sue parti. La prima nozione che bisogna avere presente quando si lavora in questo ambiente è la differenza tra primitive (primitivo), instance (esempio), object (oggetto) e class (classe). I primitivi non sono altro che volumi che sono "normalmente" creati in un Caad e corrispondono, in un ambiente non gerarchizzato, all'intero modello. Immaginiamo invece che, in una struttura gerarchica, un primitivo sia un prisma che denominiamo «pilastro», un secondo primitivo una «lastra di vetro», un terzo un «pannello di marmo», e cosi via per il profilato di un infisso, l'elemento solaio o copertura. Ogni primitivo viene modellato in un proprio ambiente distinto dagli altri e può avere attribuito un nome convenzionale. L'aspetto fondamentale di un sistema gerarchico è che i primitivi possono essere combinati l'uno con l'altro per determinare appunto degli «oggetti». Ricorrendo al caso più semplice il primitivo «vetro» e il primitivo «profilato» quando sono inseriti nell'oggetto «finestra» diventano delle instance e cioè degli esempi, dei simboli, delle ricorrenze del primitivo. Mentre le instance possono essere duplicate e parametricamente manipolate, le modifiche delle loro proprietà geometriche, come l'aggiunta di un volume o il cambiamento da un parallelepipedo in una cilindro possono avvenire solo al livello del primitivo. Non solo, quando l'oggetto finestra è a sua volta inserito nell'oggetto "primo piano" (corrispondente ad un livello gerarchico più alto e quindi a una "classe" diversa) esso sarà trattato a sua volta come instance e le reciproche relazioni spaziali tra profilato e vetro potranno essere manipolate solo al livello della loro prima combinazione. Questa, che appare a prima vista una limitazione, nasconde la forza innovativa delle strutture gerarchiche.

              3.2 Strutture gerarchiche nell 'analisi e nella documentazione
              È bene considerare con più attenzione due aspetti. Innanzitutto, che qualunque oggetto della struttura gerarchica può essere visto (in qualunque prospettiva) autonomamente dagli altri; secondariamente che qualunque oggetto può essere mostrato o nascosto.
              Questa potenzialità apre la strada a numerose viste tematiche di carattere critico o didattico. I1 modello può essere infatti disassemblato in accordo con la struttura gerarchica con cui è stato creato. Le operazioni di rimontaggio analitico consentono non solo dei disegni tematici, ma anche la creazione di animazioni che esemplificano alcuni nessi formali, strutturali o funzionali del progetto.
              È necessario dunque che chi crea un modello in SG abbia sviluppato una tesi interpretativa sul progetto perché la struttura gerarchica e la chiave interpretativa coincidono nel medesimo modello elettronico.
              Questo approccio è stato sviluppato nel corso «Giuseppe Terragni Architecture. A Formal Analysis Using Caad» (offerto da chi scrive all'interno della Istituto di Caad del Politecnico di Zurigo diretto da Gerhard Schmitt e poi parzialmente rifluiti nel mio volume Giuseppe Terragni Vita e Opere per Laterza del 1995) incentrato sulle ricostruzioni e analisi critiche dei progetti non realizzati dal più importante tra gli architetti italiani razionalisti. Questo corso ha mostrato le potenzialità dei computer e dell'SG in particolare, nel campo della documentazione e dell'analisi dell'architettura.
              In tutti i casi al livello gerarchico più basso vi sono i primitivi che rappresentano i diversi materiali. La vera analisi del progetto avviene nell'articolazione gerarchica di oggetti dal livello più basso dei primitivi al più alto dell'intero edificio. Per esempio nel caso del Danteum l'organizzazione gerarchica del modello è basata sulla distinzione tra i vari ambienti (Inferno, Purgatorio, Paradiso eccetera) e ha più di ottanta oggetti complessivi. Naturalmente questi oggetti appartengono a «classi» diverse quali appunti i primitivi, le aggregazioni elementari, le aggregazioni complesse, i singoli ambienti, l'intero modello.
              Nel caso del progetto di Concorso per il Palazzo dei Congressi all'E'42 l'organizzazione del modello non è funzionale, ma segue un principio formale. E basata sulla tensione formale tra struttura a telaio e volumi. Queste due componenti vivono l'una dentro l'altra nel progetto finale, ma possono essere separate per esprimere la distinzione tra contenitore e contenuto che è uno dei motivi favoriti di Terragni.

              3.3 Strutture gerarchiche per la Simulazione e la progettazione.
              Se l'utilizzo delle strutture gerarchiche nel caso di un corso universitario è mirata soprattutto alla interpretazione critica, non deve sfuggire il fatto che esse hanno un profondo impatto anche per chi si trova a operare concretamente nei casi di progettazione o di restauro. La ricostruzione di un edificio con un Caad organizzato gerarchicamente consente infatti due attività di grande importanza.
              Prendiamo il cambio di spessore di un infisso da realizzare nel caso di un restauro. In questo caso l'operazione non viene compiuta modificando manualmente (se pur in ambiente elettronico) le centinaia di finestre presenti nel modello, ma una sola volta corrispondente appunto al livello del primitivo «profilato» (per cui, data la facilità dell'operazione, l'operazione può essere fatta più volte sondando opzioni diverse).
              Dato che le informazioni grafiche sullo spessore dell'infisso possono essere lette direttamente (e dinamicamente) in uno worksheet—come nel caso di vectorworks™—possiamo verificare anche il variare corrispondente di tutti i costi (o di qualunque altra relazione prevista).
              Il secondo aspetto importante riguarda l'area della simulazione realistica. Un modello tridimensionale può infatti fornire delle immagini con una qualità di definizione vicinissima alla realtà attraverso sofisticati effetti di ombra, rifrazione, assorbimento della luce dei diversi materiali.
              Attraverso l' instantiation quindi (e cioè la propagazione automatica delle modifiche applicate a un primitivo) è possibile avere più viste alternative di uno stesso ambiente cambiando di volta in volta i parametri. Si possono verificare così diversi colori di tinteggiatura, la grana dell'intonaco, il grado di trasparenza del vetro eccetera. È possibile dunque verificare insieme al cliente e agli altri partecipanti preposti al restauro l'effetto di una soluzione progettuale rispetto a un'altra, nell'insieme delle sue componenti visuali e quantitative.

              4. UN MODELLO INTELLIGENTE.
              A questo punto dovrebbe essere chiaro perché un modello realizzato con una Struttura gerarchica è un prodotto completamente diverso sia da quelli tradizionali sia da altri prodotti elettronici. Dal punto di vista dell'analisi, della documentazione e della ricostruzione esso incapsula al suo interno una serie di conoscenze e di interpretazioni che ne hanno guidato la costruzione, ma dal punto di vista operativo e progettuale un modello costruito gerarchicamente consente di avvicinarsi sensibilmente — e in fondo molto semplicemente—a quella logica di simulazione che abbiamo descritto in apertura.
              La struttura gerarchica crea un "Modello Vivo"—inconcepibile con strumenti tradizionali—che permette simultaneamente quattro attività fondamentali per la ricerca di architettura: 1. l'analisi e la simulazione realistica (incluso il movimento all'interno del progetto ricostruito) anche alla modesta scala di un personal computer; 2. l'analisi critica (ma anche le documentazione delle fasi e alternative di progetto) attraverso il ricorso alle potenzialità del mostra e nascondi e all'accesso dei singoli oggetti della struttura gerarchica. 3. la modif1ca degli elementi del progetto non solo nel loro impatto visuale ma anche nelle loro conseguenze quantitative. 4. la simulazione e le ipotesi alternative di restauro sui materiali (attraverso la propagazione automatica nel modello delle modifiche apportate ai primitivi). Queste quattro caratteristiche coesistono in un unico prodotto che diventa un vero modello intelligente, almeno quanto lo è la capacità di capire e di esplicitare le scelte architettoniche dell'individuo che lo ha costruito.
              Un progetto rappresentato in un Caad a questo punto diventa non solo completamente diverso da un plastico tradizionale (dato che la visualizzazione tridimensionale è solo una, e in fondo relativamente trascurabile, componente) per essere appunto un "modello" (non economico, econometrico, fisico o matematico, ma "architettonico"): consente di avere una struttura dinamica e aperta per la simulazione di un reale che nel nostro caso è una possibilità da inseguire e progettare. L'informatica, ben diversamente da scienza per delegare a una macchina le scelte che solo un ampio numero di protagonisti è legittimato a fare, si inserisce in quell'aspirazione alla qualità, al non adeguamento a un requisito prefissato, all'effettiva ricerca di un possibile che dovrebbe essere un aspetto fondativo della progettazione contemporanea e diventa uno strumento nello sforzo di adeguamento verso la socializzazione, la formalizzazione, la previsione e l'esplicitazione delle scelte.

Antonino Saggio

 
The acceleration of the technological world in the last decade has produced a great number of innovations, which are so many and so different that their potentiality are difficult to control and to understand. We have new tools available, which are able to expand substantially the process of generation, control and verification of the choices: no more isolation in our own Atelier, but continuous contact among all the actors that share to the programming, planning and management of a building. These are experiences that it is necessary to spread and analyze, and not only to the experts of information technology, to fill the gap between what is possible with the computer and what the majority of the researchers and of the professionals of the architecture are concretely able to do. To understand in which direction to move and how to concretely apply the potentiality of the information technology, requires however a resolute will to reach cultural updating on behalf of who deal with architecture.
 

Preface

Anyone who approaches information technology is generally interested in obtaining a series of practical advantages (duplication and facility of manipulation of graphs, access to data banks, three-dimensional visualization, transmission via modem and innumerable others). The data contained in an electronic representation of a project are not rigid anymore (as they are in the traditional supports) but easily modifiable. While this aspect is of easy comprehension, much slower is the consciousness that the novelty doesn't consist so much in the facility of the "change", as in the fact that the information assume a "dynamic" connotation: the electronic data can therefore be manipulated not only in the their singleness, but above all in their relationships as a whole. To make an example, changing the depth of a wall in an appropriate electronic representation of a project, involves the simultaneous verification on the cost, on the thermal values, on the light reflectance, on the inside and outside image, indeed because the “depth” parameter can interactively be linked to many others.

The elaborations, which describe a project, tend therefore to be organized in a "model": in a structure that, in other words, (as in the mathematical equations) formalizes some relationships among unknown terms. The verification of the results can be accomplished many times, assigning specific values (which therefore is the project hypothesis) to the unknowns. This potentiality enables the architect to start to master, even in the field of planning, a ‘Philosophy of the simulation’: that is, to make use of the project not only to represent, decide and describe, but as a structure that, from time to time, "simulates" the behaviour of the building system.
The fallout of this ‘Philosophy of the Simulation’ creates the short path that we intend to follow and that, for easier exposition, we will split into the Quantitative, the Semantic and the Spatial-constructive area. While we will only briefly mention the two first areas, on the last one we would like to dwell with more attention.

1. The quantity and the worksheet

The quantity area (originally only apanage of the calculators) has had an impetuous impulse with the invention, during the second half of the seventies, of the worksheet (an environment in which it is possible to tie mathematical relationships, even very complex, to the numerical data contained in the cells of a tabulation), which allows the constant updating of all the values even at the varying of only a single data. This invention has led to significant consequences in a vast field of activity: from the financial field to the building industry. Above all it has represented the Advent of a generalized way to think "What...if" ("what” happens in my model " if " I vary the cost x or the quantity z of all the parts which depend on them?). The potential of simulating models involve the architects’ work in the programming fields, in the calculations, the benefit costs and of course in the estimation calculations.

It is possible, for example, to create a mathematical model of a building to be restored in a worksheet, and a statement of costs and benefits. In this case can be rendered explicit (even in a very schematic way) not only the costs of the possible building operations (as it is usually done) but also the probable advantages, both from the direct point of view and from the induced one: it is an important process because it ‘relativates’ the opinions, forcing everyone who is involved in the operation (local authorities, superintendence’s, architects, clients et cetera) to make the parameters of judgment become quantizeable.
A model of this kind becomes a tool to orientate the choices: we will be able to see, for example, that the resetting of a fixture with one or with another type of structural shape, has consequences both on the cost as well as on the advantages (thermic, functional, of image) because, indeed, every single actor involved, formalize a value to the alternative solutions. When the choices are many and the budget limited, we will have to make some compromise choices on the single operations, in order to reach the best overall solution, but one thing is to have the interactive and dynamic whole of all the choices under control, an other is to see each one singularly. The model will be used again and again in order to find the best solution.
To create a model like this is technically very simple (maybe just a few hours of study) but the potentialities are unlimited. I have verified it myself in an occasion in which it was necessary to probe three alternative hypothesis (re-use, conservative restoration, ex-new construction) for an Elderly Home situated in the Lazio region (Italy), but whoever has concrete experience can find infinite possibilities of application.
A ‘pure’ worksheet (as Excel™ or Lotus™) doesn't contain graphic information (which describes, for example, a plant), but only quantities and it allows performing what we have mentioned above. An electronic cost-benefit model become, of course, of great interest when the quantities are tied directly to the graphic information. This potentiality permit to extend the computer simulation to the ambit of the structures, the installations, the light, the acoustics etc. These are possibilities related to the existence of specific programs (developed from the revolutionary Mac program called Filevision™) in the field of the Geographical information system, and that consent to link related graphs and numbers together in a way to store a lot of information (dimensions, characteristics, costs) permitting you to gain access, from time to time, to the environments or to the parts of the construction that concern them. In the case ofFilevision™ the graphic and textual information were not dynamically linked together (the dimensions of an environment must be entered manually) but a real interactivity is allowed by those Caad programs (Computer aided architectural design), which have an integrated worksheet (ArchiCad™» for example, but above all Minicad™» today called Vectorworks™). In this case the graphic information (the dimensions of an environment, for example) are read and entered automatically in a worksheet that, for example, describes a complex model of costs-benefits. The logic of simulation performs at this point, as it should be obvious, a decisive step (modifying the graph has repercussions in the mathematic model and in all its interconnections).

2. The opinions and the expert-system
Let’s now, just briefly, come to the second field of the simulation: the semantic one. The idea, in this case, is to condense, in one computer program, the altogether variegated and complex knowledge’s of an ‘experienced’ professional architect and then to provide suggestions and indications on how to solve certain problems of the project through the enquiry process of an expert system. Expert systems were introduced in the field of medicine (entering specific information about symptoms, and patients’ answers to key questions, the electronic calculator helps the physician to make the diagnosis and to generate the therapy plan), and subsequently directed toward the construction-planning domain. Over the past few years, there has been a considerable evolution toward more flexible and problematic systems, as design support systems, which approaches a philosophy of simulation. These systems enable users to operate within complex choices, from time to time diversified and governed by the needs of anyone who operates through the accumulation of new knowledges.But, while the cost-benefit case, previously described, (when entirely generated in a worksheet, as well as in a worksheet dynamically linked to Caad systems) is easily developed by an architect, an expert system (which requires work and professional competences in order to ensure its efficient utilization) is simply "used" in a way not too different from the one used when talking with an expert.A development line, allows the use of expert modules in an electronic design environment.

3. The spatial constructive field and hierarchical structures

Let’s now come to the central point of this intervention that we have called Spatial-constructive. I would like to dwell a bit more on this argument, taking into consideration the importance that it has for the project development and also because, once properly understood the potentiality of this approach, its utilization in documentation procedure, critical analysis and development of a project can be immediate.

It is of interest to us to focus particular attention on the so-called "Hierarchical structures" (SG) that, developed from programs which only were running on expensive calculators, today characterize many Caad programs even at the level of personal computers (as AutoCad™ in particular in Architectural Desktop™, but also VectorWorks™ or Stratavision™).
The hierarchical structures are important because they consent to have some dynamic relationships among the data that describe, in three dimensions, a project. The possibility of the simulation in these environments, deals, therefore, with the spatial and constructive layout, functional and formal (and not only quantitative or semantic) of the project.

3.1 The mechanism of the hierarchical structure
The use of the hierarchical structures requires the representation of a project, splitting it into its parts. The first concept that must be kept in mind, when working in this environment, is the difference among primitives, instances, objects and classes. The primitives are nothing else than volumes, which are "normally" created in Caad applications and they correspond, in an environment not hierarchized, to the whole model. But, let’s suppose that, in an hierarchical structure, a primitive is a prism that we denominate “pillar”, a second primitive is a “plate of glass”, a third one is a “marble panel” and so on, both for the profiles of door and window fixtures and for the roof and floor elements. Each primitive is modelled its own separate environment and can have a conventional name assigned. The fundamental aspect of a hierarchical system is that primitives can be combined together to generate and represent ‘objects’. Applying to a simple case, as the primitive ‘glass’ and the primitive ‘profile’, when they are plugged into the object ‘window’ they become instance, namely examples, of the symbols, of the recurrences of the primitive. While the ‘instance’ can be duplicated and parametrically manipulated, the changes of their geometric properties, as the addition of a volume or the transformation of a parallelepiped into a cylinder, can happen only at the level of the primitive. Not only, when the ‘window’ object is, in its turn, plugged into the "front view" object (corresponding to a higher hierarchical level and therefore to a different "class") it will be treated, at its time, as an ‘instance’ and the mutual spatial relationships, between profile and glass, can only be manipulated a the level of their first combination. This, which at first sight appears to be a limitation, disguises the innovative strength of the hierarchical structures.

3.2 Hierarchical structures in the analysis and in the documentation
It is well to consider, with particular attention, two aspects. First of all, that whichever object in a hierarchical structure can be considered (in whichever perspective) autonomously; secondly that whichever object can be shown or hidden at will.
This potentiality opens the road to many thematic views of critical or didactic character. The model can, in fact, be dis-assembled in accordance with the hierarchical structure, with which it was created. The process of reassembling, in an analytic way, allows not only thematic drawings, but also the creation of animations, which illustrate some formal, structural or functional relationships of the project.
It is therefore necessary that whoever creates a model, by means of hierarchical structures, have developed an explanatory dissertation on the project, because the hierarchical structure and the interpretative key co-incide within the same electronic model.
I developed this approach during my lecture “Giuseppe Terragni Architecture A Formal Analysis Using Caad” at the Department of Architecture and Caad at the Institute of Technology in Zurich (ETH) directed by Gerhard Schmitt and later also in my book “Giuseppe Terragni Vita e Opere” (Laterza 1995), which deals with the reconstruction and the critical analysis of the projects which have never been realized by the most important architect among the Italian Rationalists. This lecture showed the enormous potentiality of the computers, and particularly of the hierarchical structures, both in the documentation field, and for the analysis of the architecture.
The primitives, which represent the different materials, are, in all the cases, at the lowest hierarchical level. The thorough analysis of a project happens in a hierarchical articulation of objects, from the lowest to the highest level of the primitives, of the whole construction. For instance, in the specific case of the “Danteum” project, the hierarchical organization of the model is based on the distinction among the different environments (Hell, Purgatory, Heaven etc.) and it has more than eighty global objects. These objects belong naturally to different classes, like the primitives, the simple and complex aggregations, the single environments, the whole model.
In the case of the project, realized on the occasion of the competition for the Palazzo dei Congressi at E42 in Rome, the organization of the model is not functional, but it follows a formal principle. It is based on the tension between the forms of the loom structure and the volumes. These two components are related to each other within the final project, but they can also be separated to signify the distinction between container and contained, which was one of the favourite themes of Terragni.

3.3 Hierarchical structures for the simulation and the planning
If the aim of a University lecture is the critical interpretation of the use of hierarchical structures, it must not escape our attention that they have a profound impact even on anyone who concretely is concerned with architectural planning and restoration. The reconstruction of a building within a Caad system hierarchically structured, allows, in fact, two activities of great importance.
Let’s take a closer look to a depth change of frames, in the case of a restoration. This operation is not accomplished modifying manually (even if in an electronic environment) the hundreds of window frames in the model, but it is done only once, corresponding exactly to the level of the primitive “fixture” (therefore, because of the simplicity of the operation, it can be done several times, testing the various options).
Since the graphic information on the depth of the frames can be read directly (and dynamically) in a worksheet - VectorWorks™ forinstance - we can also examine the correspondent variation of all the costs (or of any other structure connected).
A second very important aspect concerns the field of the Realistic simulation. A three-dimensional model can, in fact, provide some images, with a definition quality very close to the reality, through sophisticated shading effects, refractions, light-absorption of the different materials.
Through the instantiation (namely, the automatic propagation of the changes carried out in a primitive level) it is therefore possible to have various alternative sights of one environment, changing from time to time the parameters. It is therefore possible to examine the different tinting colours, the grain size of the whitewash, the degree of transparency of the glass et cetera. It is so possible to verify, together with the client and with whoever is in charge of the restoration, the impact of one project solution in comparison with another solution, as a whole of its visual and quantitative components.

4. An intelligent model

It should be clear, at this point, why a model, realized with hierarchical structures, is a product that differs greatly both from the traditional products and from the electronic ones. From the point of view of the analysis, of the documentation and of the reconstruction, it encapsulates various knowledges and interpretations, which have driven the construction of it. But, from the operational and projectual point of view, a hierarchically constructed model allows to approach remarkably - and after all in a very simple way - to that logic of the simulation, which we have described in the introduction.

The hierarchical structure creates a “Live model" - unthinkable with traditional tools - that simultaneously allows four fundamental activities for the research in the field of architecture:
1. The analysis and the realistic simulation (including the evolution inside the reconstructed project) even in the small-scale environment of a personal computer;
2. The critical analysis (but also the documentation of the stages of the process and the project alternatives) through the Show and Hide function and the access to the single objects of the hierarchical structure;
3. The modification of the elements of the project, not only in their visual impact but also in the their quantitative consequences; 4. The simulation and the evaluation of alternative hypothesis in the restoration by means of material tests (automatic propagation of changes in the model modifying the primitives).
These four characteristics coexist in one only product, which really becomes an intelligent model, at least as much as the ability is of the person who has constructed it, to understand and to render explicit the architectural choices.
At this point, a project represented by means of a Caad model, becomes not only totally different from traditional plastics (because the three-dimensional visualization is only one, and, after all, relatively negligible, composing) to be, indeed, a "model" (not economical, econometrical, physical or mathematical, but "architectural"): it allows to have a dynamic and open structure, for the simulation of a reality that, in our case, is a possibility to pursue and to plan. The information technology, very differently from a science, which delegates the choices, which only an ample number of protagonists are legitimated to make, to a machine, includes itself in that aspiration to reach the quality, the non-adaptation to pre-fixed requisites, to the active research of a ‘possible’, which should be a founding aspect of the contemporary planning and become a tool in the effort of adaptation towards the socialization, the formalization, the prevision and the explicitation of the choices.

This paper resumes, and updates a little, the researches carried out by the author on the term ‘model’.
See in particular: Un modello intelligente per la ricostruzione e l’analisi dell’architettura in:  AA. VV., I.CO.Graphics, Atti del convegno, Mondadori, Milano 1993 and above all, Verso una logica di la Simulazione, published only in German, Die Logik der Simulation. Wiederaufbau, kritische Analyse und Renovation von Bauten der Architekturmoderne mit Hilfe des Computers""Architese", January.

Pubblicato in

Questo scritto è la traduzione italiana e il parziale aggiornamento dello scritto apparso  solo in tedesco  Die Logik der Simulation. Wiederaufbau, kritische Analyse und Renovation von Bauten der Architekturmoderne mit Hilfe des Computers
"Architese, gennaio, 1994

Pubblicato anche con alcune modifiche e aggiornamenti in

Http://www.Rappresentazione.Net
Maggio 2003/May 2003
Translation in to English care of Riccardo Migliari

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