Nowości

Castro Mello projektuje stadion Pucharu Świata z użyciem technologii NVIDIA Maximus

Kiedy Brazylia otrzymała prawa do organizacji Piłkarskich Mistrzostw Świata w 2014 oraz XXXI Igrzysk Olimpijskich w 2016, wiele z krajowych stadionów było na różnych etapach rozkładu. Gdy zawaliła się część trybuny stadionu Fonte Nova w mieście Salvador, w stanie Bahia i zginęło siedmiu kibiców, ujawnił się zły stan infrastruktury sportowej. Vicente Castro Mello, będący właścicielem w trzecim pokoleniu firmy Castro Mello Architects, wiodącej brazylijskiej firmy w dziedzinie architektury sportowej, właśnie zakończył szczegółowe opracowanie na temat istniejących w swoim kraju stadionów, zwracając szczególną uwagę na problemy związane z ich projektami i zagrożenia konstrukcyjne. Uzbrojony w te dane połączył swe siły z Ianem McKee, założycielem firmy EcoArenas, która zajmuje się konsultingiem w dziedzinie ekologicznego budownictwa sportowego. Wspólnie napisali „CopaVerde Plan”, w którym wezwali do największego dotychczas skoordynowanego wysiłku na rzecz wprowadzenia ekologicznego budownictwa w przygotowaniach do Pucharu Świata w 2014 roku.


„Wiedzieliśmy, że w Brazylii, dzięki Pucharowi Świata w 2014, Copa America w 2015 i olimpiady w 2016 roku, mamy możliwość stworzenia nowego standardu bardziej oszczędnych, ekologicznych stadionów na całym świecie. Wiedzieliśmy także, że nie zrobimy tego wiarygodnie bez spełnienia uznanych, międzynarodowych standardów – dlatego zabiegamy o certyfikat LEED¹” wyjaśnił McKee. „Wzrost mocy obliczeniowej zapewniony przez stacje robocze NVIDIA Maximus był dotychczas decydującym czynnikiem naszego sukcesu.”

Stacje robocze napędzane technologią NVIDIA® Maximus™ odegrały znaczącą rolę w udostępnieniu wysokiej jakości iteracji i przeglądów projektów, wspierając Castro Mello Architects oraz EcoArenas w osiągnięciu ich celu, zaprojektowaniu pierwszego na świecie stadionu, mającego powstać w stolicy Brazylii, który będzie spełniać wymogi platynowego certyfikatu LEED.

¹Tytuł Leadership in Energy and Environmental Design zdefiniowany przez radę U.S. Green Building Council

Wyzwanie

Setki firm z branży architektury sportowej z całego świata, rywalizowały w przetargu na budowę jednego z wielu nowych stadionów w Brazylii. Firma Castro Mello Architects zwyciężyła i otrzymała za zadanie zaprojektowanie upragnionego „Estádio Nacional de Brasilia”. Zdeterminowany aby pokazać światu, że ogromne stadiony mogą być zyskownym przykładem sukcesu ekologicznego budownictwa, zespół projektantów musiał wynaleźć nowe sposoby zwiększenia efektywności budynku, m.in. w zakresie zużycia energii, wody, produkcji zanieczyszczeń oraz komunikacji.

Aby usprawnić ogólny projekt stadionu, wzbogacić wrażenia oglądających i poprawić parametry środowiskowe, od samego początku prac projektowych musiano przeprowadzać wiele testów materiałów, oświetlenia, klimatu i cyrkulacji powietrza. Testy te potrzebowały setek generowanych komputerowo, wymagających obliczeniowo obrazów.

Na początku, gdy w firmie Castro Mello Architects rozpoczęto prace nad projektami, wykorzystywano stacje robocze Dell Precision T7500 z układami GPU przeznaczonymi do konsumenckich zastosowań, pracując na oprogramowaniu Autodesk Revit do zadań związanych z projektowaniem oraz Autodesk 3ds Max do tworzenia renderowanych obrazów. Jeden architekt rozpoczynał projektowanie struktur 3D w oprogramowaniu Revit, następnie drugi, na innej stacji roboczej, przy pomocy Autodesk 3ds Max przeprowadzał testy naturalnego oświetlenia tych struktur i renderował ich obrazy na CPU. Wszystko po to, by ustalić jak zbudować stadion, aby ten wykorzystywał do oświetlenia jak najwięcej naturalnego światła, co jest niezbędne dla uzyskania certyfikacji LEED.

„Po prostu w tych systemach brakowało mocy obliczeniowej, żeby efektywnie tworzyć obrazy z naszych projektów” powiedział Castro Mello. „Stworzenie pojedynczego obrazu zabierało osiem godzin i nie mieliśmy praktycznego sposobu aby obserwować zmiany, który spełniałby wymagania naszego harmonogramu. Jeżeli w naszym projekcie był jakiś błąd, to zanim zdaliśmy sobie sprawę z problemu traciliśmy czas na stworzenie rendera przez noc – tylko po to, aby nazajutrz zacząć od nowa.”

Rozwiązanie

Przymierzając się do prac projektowych nad stadionem, firmy Castro Mello i EcoArenas zaczęły przeprowadzać badania bioklimatyczne w celu analizy pogody w Brazylii i wykorzystały wyniki tych badań do optymalnego zaprojektowania budynku i dachu.

„Gdy byłem w fazie badań klimatu dowiedziałem się, że niektórzy meteorologowie i naukowcy pracujący nad zadaniami wymagającymi ogromnych mocy obliczeniowych, wykorzystywali do tego układy GPU NVIDIA Tesla. Jako że nasze stacje robocze uzbrojone były już w karty Quadro, dodaliśmy karty Tesla, aby zobaczyć jak to usprawni czas renderingu, tym razem już na stacjach roboczych napędzanych technologią Maximus” wyjaśnił Castro Mello. „Wyniki były oszałamiające. Pracując w 3ds Max i wykorzystując oparty na GPU renderer, iray, byliśmy w stanie tworzyć testowe rendery kolejnych wersji projektów już w czasie 30 sekund – zadanie, które poprzednio zabierało nam do ośmiu godzin, gdy było wykonywane na CPU.”



To stworzyło niesamowite możliwości dla architektów Castro Mello, z których trzech natychmiast rozpoczęło pracę na stacjach roboczych z udostępnioną technologią Maximus. „Musieliśmy przeprowadzić wyczerpujące testy zmieniającej się pozycji słońca i warunków oświetlenia. Następnie analizowaliśmy te informacje, które potem przekładały się na różne wersje projektu, aby ocenić jak najlepiej wykorzystać zasoby natury. To zadanie pomogło znacząco zmniejszyć pobór energii przez stadion” kontynuował Castro Mello.

Zastosowanie stacji roboczych z technologią Maximus pozwoliło także firmie Castro Mello Architects na jednoczesne korzystanie z oprogramowania Revit i 3ds Max z iray na pojedynczej stacji roboczej, znacząco zwiększając tempo pracy i jej efektywność. Dzięki możliwości uruchomienia obu programów na jednym systemie, projektanci mogli przeprowadzać testy naturalnego oświetlenia w 3ds Max lub analizować wpływ energii w Ecotect i od razu wprowadzać potrzebne zmiany projektu w oprogramowaniu Revit. Usprawniło to proces projektowania i zwiększyło prędkość pracy potrzebną do ukończenia projektu na czas, z uwzględnieniem możliwie największej liczby „zielonych” cech.

Oprócz intensywnych studiów nad oświetleniem, ta analiza komputerowa i wyrenderowane obrazy były wykorzystywane do pokazania, jak stadion będzie mógł gromadzić i powtórnie wykorzystywać deszczówkę, zwiększyć wydajność wentylacji i przepływu powietrza a także zmniejszyć zanieczyszczenia. Dały także możliwość wirtualnego obejrzenia stadionu, w celu ustalenia opcji kolorów, wzorów i materiału na siedziska widowni stadionu.

Efekt

Już na początku projektu, „CopaVerde Plan” pomógł przekonać FIFA do wprowadzenia wymogu posiadania jakiegoś certyfikatu dla budynków ekologicznych we wszystkich przedkładanych projektach. Do dziś, dziesięć z dwunastu nowych stadionów ubiega się o certyfikację LEED, a zaprojektowany przez Castro Mello Estádio Nacional de Brasilia (który ma zostać oddany do użytku w lutym 2013) chce uzyskać najwyższy certyfikat – platynowy.

Z pomocą technologii NVIDIA Maximus firma Castro Mello Architects wprowadziła kilka nieoczekiwanych zmian do pierwotnych projektów stadionu. „Po analizach światła słonecznego i odbić, przeprowadzonych aby dowiedzieć się gdzie dokładnie ciepło słoneczne wpływa na budynek odkryliśmy, że wystarczyło cofnąć szklaną fasadę pomieszczeń dla VIPów i w jej miejscu utworzyć patia, aby znacząco zmniejszyć nagrzewanie się od słońca i obniżyć wymagania wewnętrznej klimatyzacji” wyjaśnił Castro Mello.

Badania i wykorzystanie stacji roboczych z technologią Maximus pozwoliło także zespołowi na stworzenie systemu do zbierania deszczówki z całej budowli, oczyszczania zebranej wody i wykorzystania jej do użytku w toaletach, nawadniania terenów zielonych, oraz do ogólnego utrzymania czystości stadionu. Skutkuje to kolosalnym obniżeniem zużycia wody pitnej. Pośród innych przyjaznych dla środowiska komponentów znajduje się system ogniw fotowoltaicznych, największy wśród stadionów na świecie, o mocy 2,544 MW.

Dzięki tym usprawnieniom budynku firma EcoArenas szacuje, że stadion w Brasilii osiągnie szacunkowe oszczędności energii nawet do 120% rocznie, stając się pierwszym na świecie stadionem o zerowym zużyciu energii i zredukuje zużycie wody pitnej o więcej niż 80%.

„Szybkość, jak i możliwość przeglądu i skorygowania naszych projektów w czasie rzeczywistym, na tej samej stacji roboczej, były niezwykle istotne podczas projektowania stadionu. To tu naprawdę mogliśmy skorzystać ze wzrostu mocy obliczeniowej – mogąc rozwiązać zagadnienia projektowe w czasie jednego posiedzenia” stwierdził Castro Mello. „Jesteśmy stosunkowo niewielkim zespołem, zaledwie sześciu architektów, ale wyposażeni w najlepszą technologię możemy konkurować na skalę globalną. Pole walki jest dość wyrównane, lecz małe i wysoko wykwalifikowane zespoły mogą konkurować ze znacznie większymi firmami architektonicznymi. Możliwość tak szybkiego odwracania iteracji projektu na stacjach roboczych wyposażonych w technologię Maximus była kluczowa w zaprojektowaniu tego - mamy nadzieję - najbardziej ekologicznego stadionu na świecie."