Digital Fingerprint

Adam Blaney

0.2

Digital Fingerprint

 

2 

Digital fingerprint 

 

How has the development and utilisation of technological advancements resulted in a materially

efficient and reactive architecture?

 

Adam Blaney 

 

A dissertation submitted to the Manchester School of Architecture for the degree of the Bachelor of 

Architecture 

 

Manchester School of Architecture 

 

Manchester University 

 

Manchester Metropolitan University 

 

Copyright © 2011 Adam Blaney 

All Rights Reserved 

 

3 

 

4 

Contents   

1.0  Introduction 

1.1  Overview.............................................................................................................................. 7 

1.2  Keywords ............................................................................................................................. 8 

1.3  Dissertation question: Aims and Objectives ............................................................................ 9 

1.4  Dissertation structure: Explanation of chapters ............................................................... 10 ‐ 11 

2.0  Methodology 

2.1  Research methods .............................................................................................................. 12 

2.2  Empirical research ............................................................................................................... 12 

3.0  Previous framework systems 

  3.1  Analogue Tools .................................................................................................................... 13 

  3.2  Master Builder, Master Builder Architects ............................................................................ 14 

3.3  Gaudi’s Catenary arch model ......................................................................................... 15 ‐ 17 

3.4  Mass Production and its Failures .................................................................................... 18 ‐19 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 

4.0  Present framework systems 

  4.1  Digital Fabrication Techniques ....................................................................................... 20 ‐ 22 

4.2  Digital Design Methodologies .............................................................................................. 23 

  4.3  Activated Computers .................................................................................................... 24 ‐ 28 

  4.4  Master Architect Programmer Builders  ......................................................................... 29 ‐ 33 

4.5  Breeding Buildings .............................................................................................................. 34  

4.6   Formal Complexity ........................................................................................................ 35 ‐ 36 

   4.7  Self Optimizing Structure ............................................................................................... 37 ‐ 39 

5.0  Materialecology 

  5.1  Materialecology ............................................................................................................ 40 ‐ 44 

5.2  Homogenous Materiality ............................................................................................... 45 ‐ 46 

5.3   Data Lead Production & BIM .......................................................................................... 47 ‐ 48 

5.4   Adaptable Scale ........................................................................................................... 49 ‐ 50 

5.5  Static Context ...................................................................................................................... 51 

6.0   Extreme Integration 

  6.1  Digital and Physical Networks ........................................................................................ 52 ‐ 54 

6.2  Browsing ............................................................................................................................ 55 

6.3  Cybernetics ................................................................................................................... 56 ‐57 

6.4  Fun Palace ........................................................................................................................... 58 

6.5  Extreme Integration ...................................................................................................... 59 ‐ 61 

 

 

6 

7.0   Conclusion ................................................................................................................................ 62 ‐ 63  

Appendices ..................................................................................................................................... 64 

Illustrations ............................................................................................................................... 65 ‐69 

Bibliography ............................................................................................................................. 70 ‐ 73 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 

Introduction 

1.1 Overview 

This dissertation focuses on production techniques  in architecture, which explores the  implemented tools and 

systems,  integrated  and  invented  by  designers  for  the  design  intentions  to  be  physically manifested.  It will 

attempt to address issues raised with regards to traditional construction methods, the possibilities and results of 

automating construction. This research goes beyond systems and tools in isolation. It looks at the integration of 

all constituent parts  that go  into  realising a project and how  these constituent parts can be  integrated  into a 

greater  network.  This  extreme  network  will  streamline  the  production  process  and  reduce  costs  through 

automation.  It pursues possibilities of a reactive architecture. Possibilities of an economically feasible reactive 

environment  may  emerge,  in  which  information  is  processed  automatically  and  an  appropriate  emergent 

reaction results.  

The  text  acknowledges  previous  research  in  interdisciplinary  fields.  It  addresses why  these  ideologies were 

introduced,  such  as  the  possibility  of mass‐produced  buildings  as  a  result  of  the  automobile  (Fordism).  It 

evaluates the potential  implications on the consumer, client and the architect. The urban context  is organised 

and created with the implementation of technology and hardware. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 

1.2 Keywords 

Tool – A moving entity whose use  is  initiated and actively guided by a human being, from whom  it acts as an 

extension, towards a specific purpose1 

Framework – A basic structure underlying a system, concept, or text 2 

Systems – An assemblage or combination of things or parts forming a complex or unitary whole 3 

Network – Interconnecting group of people or things4 

Optimization  –  The  procedure  or  procedures  used  to make  a  system  or  design  as  effective  or  functional  as 

possible5 

Self organising – Ability of a system to spontaneously arrange its components or elements in a purposeful (non‐

random) manner, under appropriate conditions but without the help of an external agency. 6 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            1 1996. McCoullough.M. Abstracting craft. The Practiced Digital Hand. Cambridge. MIT Press. p na 2 http://dictionary.reference.com/browse/framework 3 http://dictionary.reference.com/browse/system 4 1991.Collins Shorter Dictionary and Thesaurus. The Book People Ltd. p498 5 http://www.thefreedictionary.com/optimization 6 http://www.businessdictionary.com/definition/self‐organization.html 

 

9 

1.3 Dissertation Question: Aims and Objectives 

The proposed dissertation question is; How has the development and utilisation of technological advancements 

resulted in a materially efficient and reactive architecture? This will explore possible alternate methodologies in 

contemporary  design  trajectories, where  physical  attributes  are  extended  by  digital  tools.  The  utilisation  of 

these digital tools explores the increased accuracy over varying scales without compromising design intent. The 

use of digital  fabrication  tools and  the  integration of existing systems have possibilities of  leading  to  limitless 

uniqueness in reactive forms. 

This responsive digital nature looks at how automating processes in the stages from design intent to realisation 

produces mass customisation. This digital nature can be effectively applied over varying scales meeting  these 

demands efficiently. The  integration of developing hardware within this digital process of constructed  form, a 

closed loop system may possibly be created. Each stage informs the other. The end result of this is to develop an 

urban  context  based  on  ‘bottom  up’  principles.  These  principles mimic  how  eco  systems  are  created with 

materially efficient exuberance. Physical  forms are  created which  respond physically, emergent  response are 

produced based on simple rules forming a complex reactive network. 

The  research  will  highlight  what  new  skills  are  required,  also  the  social  and  economical  implications  this 

automation  has  throughout  the  construction  industry.  Research  will  be  based  on  previous  and  current 

implemented technologies and what interdisciplinary fields have been branched into, to physically produce the 

intention. Individual critical experiments will also be carried out into these areas of interest. 

 

 

 

 

 

 

 

10 

1.4 Dissertation structure: Explanation of chapters  

Previous framework systems – Research into the development of previous tools and systems and how they were 

utilised in construction. What the results that these tools, systems and expertise produced. It critically analyses 

whether it is a viable model for mass customisation, what specific traits are required based on previous models 

in order to digitally produce reactive mass customisation. This chapter contextualise this research and provides 

a theoretical position in which to progress and draw valid conclusions. 

Present  framework systems – Explorations  into  interdisciplinary  fields of research coupled with contemporary 

design methodologies and fabrication techniques. The benefits of this are at  least the possibilities of a  ‘frame 

work  practice’  that  can  tackle  larger  scale  design  problems.  This  is  due  to  a  responsive  design  approach, 

example projects are taken from ETH institute. I will take this opportunity in my own architectural education to 

explore  this methodology  in  design.  The  ultimate  idea  is  to  set  up  a  framework  in  which  design  informs 

fabrication and visa versa. It explores how automation can free up areas of interest in which one can become an 

expert and therefore a ‘digital master builder’ to create new periods of exuberance.  

Material  Ecology  – Homogenous materiality  is  revisited  but  in  a modern  approach.  Physical  properties  of  a 

material dictate form. What implications and possible results a data lead design approach can have on a reactive 

homogenous material  by  examining  the  work  of  Neri  Oxman  and  proposed  trajectories  of Michael  Fox.  It 

criticises  kinetic  design  approaches,  which  are  highly  flexible  and  produce  static  end  results  that  are 

nonresponsive.  It  proposes  a  system  that  can  be  extrapolated  to meet  the  demands  of  design  through  to 

production at varying scales. 

 

 

 

 

 

 

11 

Extreme  Integration  –  Previous  schemes  such  as  the  Fun  Palace by Cedric  Price  incorporated  cybernetics  to 

realise  the  design  intention,  this  cross  disciplinary  design  approach  aims  to  achieve  responsive  intelligent 

environments.  Possibility  of  responsive  intelligent  environments  arise  that  are  not  confined  to  a  singular 

building, it looks to form an urban network which in turn informs the design procedures and digital fabrication. 

This system looks to mimic that of an eco system. It will provide a basis in which theoretical trajectories for how 

a  future urban  context  can be  created.  Individual  experiments  aim  to  analyse  the  requirements  for  reactive 

structures  to  be  produced.  These  digitally  integrated  structures  can  be  expanded  into  greater  networks  as 

demonstrated by the research and work of Philip Beesley and his installations also the work of David Benjamin 

and Soo‐in Yang with ‘Living City’. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 

Methodology 

2.1 Research methods 

This section of research focuses on current publications  in the fields mentioned above, from Gaudi’s catenary 

arch model  to  the possibilities of  3d printing  structures which have been  explored by Neri Oxman  and  also 

Enrico Dini’s research into D-printing. It takes core factors and ideologies from these multiple fields and attempts 

to incorporate them into a system, and the theoretical possibilities that can spawn from this research.

 

2.2 Empirical research 

Primary data will be collated form critical experiments. This area of research will be carried out in order to back 

up  a  theoretical  position  that  has materialised  from  literature  analysis.  It  evaluates my  own  architectural 

education and how new attributes  can be  interjected  into an  individual’s design methodology. This  research 

provides  a  sound  basis  to  critically  analyses  possible  design  repercussions.  How  design  is  carried  out  that 

addresses material efficiency, maximum customisation and variable  scale.  It  then  looks at how  they are  then 

physically manifested. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13 

Previous framework systems 

3.1 Analogue Tools 

A  tool  is  the  extension  of  one’s  limbs  in  order  to  easy  the  completion  of  a  task,  as  tools  become more 

sophisticated the tasks that can be completed are more challenging with a greater complexity in their outcome. 

Tools such as hammers and chisels resulted in the ornamentation of stone work. “Handcrafting of objects leads 

to creation of unique individual things.7” This unlimited customisation results in exuberance in form but cannot 

be extrapolated  viably  to  various  scales of production, be  it  through  cost  implications,  time  factors etc. This 

makes handcrafted form ineligible to meet the demands for large scale individuality. The form is only limited by 

the materials physical properties not the ability or imagination of the craftsman. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            7  Klinger, K.R. N.D. Making Digital Architecture: Historical, Formal, and Structural Implications of Computer Controlled Fabrication and Expressive Form. p 239 

 

14 

3.2 Master Builder, Master Builder Architects 

“The medieval master builder was a master of stone. The design of the cathedral evolved from an exhaustive 

knowledge of this specific material8.” This specific knowledge of a singular material and the ability to manipulate 

its  form  leads  to periods of exuberance  in  formal expression at various scales,  from sculptures  to cathedrals, 

figure 1 and 2. This exuberance is achievable not only because of the knowledge of the material properties but 

also what specific tools are required at specific stages of the creation process.  If every tool at the craftsman’s 

disposal is inadequate, a new tool or system may be invented so the process of creating continues. This is only 

possible because of exhaustive knowledge. 

 

 

 

 

                                                            8 Klinger, K.R. N.D. Making Digital Architecture: Historical, Formal, and Structural Implications of Computer Controlled Fabrication and Expressive Form. p 240 

 

15 

Figure  1  –  Ecstasy  of  St  Teresa,  Bernini’s  sculpture  represents  master  craftsman  qualities  in  which  the 

homogenous material has been pushed to its limits at this scale. At this scale it is still materially inefficient due 

to its reductive process, but is highly effective in its exuberant qualities. The time scale and cost for production is 

also appropriate for the scale and level of detail that is achieved. 

Figure 2 – The Sagrada Familia: Essentially the same sculptural processes, tools and systems are carried out  in 

this  large scale project as with Bernini’s Ecstasy of St Teresa. The efficiency  in construction does not scale up. 

The project has been going on for over 100 years and is still not finished. Although the structure itself is a master 

piece, new systems must be developed in order to achieve this level of detail more efficiently with regards to all 

major construction factors, such as cost, time, material efficiency etc. 

The main aspect to be highlighted is not that this method of production doesn’t produce final forms that do not 

react physically, but that this production method has been exhausted. The process has been exhausted because 

it shown to have reached its limits with regards to scale, it can meet the demands of single sculptures to large 

scale cathedrals but not effectively. It is also materially inefficient because of its reductive nature. 

                       

3.3 Gaudi’s Catenary arch model 

“When he developed the Catenary string models for his re‐design of arches.... Gaudi's innovation enabled him to 

achieve  complex  and  demanding  specifications which  exceed modern  technical  tools.9”  The  Catenary  string 

model replicated at scale with great accuracy the induced loads on final structures. The model proves that with 

extensive knowledge  in a particular area,  tools or  systems can be  invented  to explore a material’s  threshold. 

This form of prototyping reveals maximum limits and what can be achieved. This extremeness in form resulted 

in  a  pinnacle  point  in  a  particular  construction  technique. Once  this  is  optimised,  new  avenues  arise  to  be 

explored. 

                                                            9 http://www.dearcharmides.com/2009_07_01_archive.html 

 

 

 

1

 

16 

 

17 

Analogue systems that have been developed are  isolated from one another, they cannot form a network with 

other analogue tools that can respond to multiple scales efficiently because they are analogue. Specific systems 

have to be designed to scale up the operation, these analogue systems can never become greater than their end 

value.  They  are maximally  optimised  from  a  top  down  perspective.  The  following  chapters  look  at  digital 

systems being able  to  create networks. By  setting up a  framework  these  systems  self optimise,  systems  can 

create systems. Encompassing all aspects of design and construction  into a ubiquitous system a new pinnacle 

may be defined. Mass customisation may be again economically viable. Due to the evolutionary nature of this 

framework, self optimisation occurs resulting in a more efficient context. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18 

3.4 Mass Production and its Failures 

Significant  technological  developments  throughout  history  define  new  processes  in  production  and  how 

products  are  accepted.  Scarcity  of  resources  post WWII  resulted  in mass  consumption,  this was  a  resulting 

cultural model to protect the future and prevent the reoccurrence of war and conflict.   Consumerism boomed 

dramatically as many  individuals did not want  to be  reminded of  the deprivation  they experience during  the 

war.  Advancements  in  technology  and  science  were  fundamental  to  a  rapid  expansion  in  affordable 

consumables.  These  technological  advancements  included  automation  in  production,  initially  the  industrial 

revolution redefined work roles, employed production  lines and  integrated automation  in production. Current 

production methodologies still utilise mechanical automation and production lines.  

The automobile provided new opportunities of  travelling. At  first only  the rich could own an automobile. The 

development of automation and production  lines streamlined how automobiles were produced (Fordism), this 

lead to a cultural revelation and allowed for mass consumption. New ideologies in architecture arose, how cities 

are circulated and boundaries were redefined. Five minute city addresses how cities are circulated by multiple 

means of  transport.  The  car became pivotal  in day  to day  life  therefore  it  had  to be  accommodated  for by 

design. 

 As this dissertation focuses on production, the automobile  industry  lead to a belief that architecture could be 

produced  in the same way. A mass production model resulted  in affordable modular units that could be mass 

consumed. This was based on standardisation as with automobile production. Prefabricated units created off 

site on an  industrial scale resulted  in non specialised skills being required to construct architecture. This mass 

production  method  provides  modular  architecture  that  is  affordable  to  a  wider  range  of  consumers.  The 

Bauhaus  institute under Gropius’s  supervision  in 1923 became more  technology orientated. Gropius,  “was  a 

great believer in mass production and insisted that students master the production process from start to finish, 

so  that  their  artistic  sensibilities  would  be  informed  by  the  possibilities  of  new  technology.10”  This  mass 

produced ideology required standardisation which was at the core of a Modernist architect’s approach of how 

cities can be produced with top down planning.  

                                                            10 http://www.open2.net/modernity/4_12.htm 

 

19 

Initially this standardisation resulted  in a greater standard of  living compared to usual housing standards after 

the war, evidence of this is can be taken from Sheffield’s Park Hill development which only came under criticism 

after a political sift as a consequence of the ‘right to buy scheme’.  

The  success  of  this  development  resulted  in  many  other  mass  produced  structures  being  created,  these 

imitations used poor quality mass produced materials. Ronan Point in East London partially collapsed after a gas 

explosion,  this was during  the  same year of completion, 1968.These  schemes were of poor  standards due  to 

production  technologies,  still  the  failure  of Ronan  Point  severely  impacted  this  standardised mass  produced 

architecture. 

Mass production of  standardised parts does not necessarily  result  in homogenous building  forms. Archigram 

projects  explored  mass  production  of  standardised  parts,  the  explorations  proved  affordable  mass 

customisation to be economically achievable through this method. This is demonstrated in the project ‘Capsule 

Homes’. Automation  in production doesn’t necessarily  result  in poor quality materials. Recently a  resurgence 

has occurred  in  the  field of architecture with  regards  to digital production  techniques and  the possibilities of 

mass customisation. This topic will be discussed in further detail throughout this dissertation. 

 

 

 

 

 

 

20 

Present framework systems 

4.1 Digital Fabrication Techniques 

This  chapter  explores  the  development  in  digital  design  tools  and  digital  fabrication  technologies.  The 

advantages  these  technological developments present with  regards  to design and production efficiency when 

complexity and self organising designs are introduced. 

CAM:  computer  aided manufacture.  This  process  of  form  production  is  becoming more  and more  readily 

available to designers. This process stream  lines construction with great accuracy from  information generated 

by digital models. “The alignment between 3d model and constructed end  is one of  the great advantages of 

digital  fabrication  and  its  expanded  application,  called  building  information  modelling  BIM11”.  These 

technologies provide a basis  for which mass customisation can be extrapolated  to any scale as  it provides an 

interface between  the virtual model and  the physical. This  ideology will be explored  in greater depth  in  later 

chapters.  The  technologies  that  are  shown  in  the  next  page  are  of  significance  because  the  corresponding 

projects could not have been realised or created without the use and adaptation of these digital tools, much like 

Gaudi’s Catenary arch model which allowed for a maximum deformation in physical arches.  

 

  

 

 

 

 

 

 

                                                            11 Iwamoto.L.2009.Digital Fabrications. Architecture and Material Techniques. New York. Princeton Architectural Press. p 15 

 

21 

 

Figure 7 and 8: the method of production explored is ‘sectioning’. The process offsets the form per layer, great 

accuracy  is need which could only be achieved by hand at great cost and expense. The  laser cutter has been 

utilised to streamline production saving money and time. 

Figure 9 and 10: 5 axis CNC, the method of production explored is ‘Contouring’. The form was created digitally. 

Each unit  is unique  from one another whilst still  interlocking. Again  the digital  fabrication  technology utilised 

made this project physically, financially possible. 

Figure 11 and 12: research carried out by Neri Oxman will be explained  in greater detail  in  later chapters. The 

project Monocoque 2 has many materiality principles but  for  the  sake of  the  tool utilised,  a 3d printer,  the 

complexity and principles of the structure could never be achieved efficiently manually. 

Figure  13  and  14:  Robotic  fabrication.  The  production  ideologies  explored  in  numerous  projects  by  the 

professorship of F.Gramazio and M.kohler are of particular interest. This project is one of many that truly utilises 

the possibilities of production being automated. This results in efficient cost effective mass customisation. 

 

 

22 

“The  use  of  computer‐controlled  production  tools  already  available  but  typically  underused  in  construction 

trades provides new opportunities for a freedom of design that is innovative and adheres to constructional logic 

at  the  same  time.12” Research  carried out by  F.Gramazio  and M.Kohler utilise  existing  technologies  that  are 

implemented  or  designed  for  other  industries  and  applied  to  architectural  exploration. As  stated  above  the 

results  of  this  research  allows  for  new  and more  potent  design  geometries  to  be  constructed  by means  of 

automation.  

The project  'Pike Loop' goes beyond prefabricated production confined  to an offsite warehouse,  it brings  the 

automated  construction process  to  site.  “Pike  Loop  is  a 22m  (72ft)  long  structure built  from bricks....  It was 

designed  to be built on‐site with  an  industrial  robot  from  a movable  truck  trailer.13”  The  tools occupational 

realm is limitless as it is incorporated into a movable truck. This system has been consciously designed but self 

optimises  its movements,  resulting  in  structures  that  can  be  created  on  site with  great  accuracy.  It  has  the 

possibility  to  produce  self  organising  designs  physically.  The  robot  is  directly  linked  to  the  design  software 

therefore no drawings are needed to explore the physical production of complex geometric forms, this reduces 

workloads and errors. Analogue production would require details on each brick in relation to its neighbours, this 

renders an analogue production system impossible.  

 

 

 

                                                            12 Gramazio.F. 2010. Encoding Material. Architectural Design, The new Structuralism. 80. 4. p 111 13 http://www.dailytonic.com/pike‐loop‐manhattan‐new‐york‐by‐gramazio‐kohler‐architecture‐and‐digital‐fabrication‐eth‐zurich/ 

 

23 

Continued progression in this field highlights the capabilities and limitations of the machinery. It also reveals the 

maximum  limitations  of material  properties.  These  factors  are  only  discovered  by  experimenting.  The  very 

nature of the process allows for bottom up design within the integrated system, this has possibilities of robots 

creating robots which self optimise; consequently the output continuously exceeds  its predecessor  limitations. 

Experimentation is required to understand the machineries output, the project Acoustic Diffusors by Gramazio 

and Kohler  in 2008 unintentionally revealed the machines rate of  flow  in which  the product  is dispensed, the 

end result may be criticised for its appearance but vital knowledge was obtained by carrying out the experiment. 

This optimisation  through automation  in  constructing  reduces production  costs,  the end  result  is a  far more 

complex product that is more affordable for the consumer and client then if is it was created by hand. 

 

4.2 Digital Design Methodologies 

With the introduction of computers into mainstream architectural practices in 1983, the ‘traditional’ role of an 

architect has not changed. The software packages mainly used just eradicated the use of a drawing board, there 

was nothing particularly evolutionary  in how architecture  is designed and created with this digital  integration. 

“The ability to move directly from three‐dimensional modelling to real three‐dimensional output challenges the 

need  for traditional means of representation such as plan, section etc.14” This address the redundancy of this 

form of representation which harbours back to early methods of construction. Industries such as the automotive 

and aerospace etc have  integrated  technology  to automate production as much as possible. This automation 

streamlines and reduces production costs. 

In the majority, the current use of a computer as a tool is un‐interactive, the computer is not engaged. It is a top 

down  design methodology  generating  form.  The  computer  is  essentially  a  digital  analogue  tool,  the  design 

cannot respond to multiple scales because of this. What needs to be embraced as a whole are flexible processes 

in form generation. Certain parametric software’s such as grasshopper and Bentley generative design amongst 

many  others  facilitate  this  approach  to  a  degree.  Utilisation  of  a  singular  programme  in  isolation  is  not  a 

prescribed  approach  in  terms of progression  and  is  far  from  a  solution  to  the problem.  It  is merely  another 

                                                            14 Klinger, K.R. N.D. Making Digital Architecture: Historical, Formal, and Structural Implications of Computer Controlled Fabrication and Expressive Form. p 239  

 

24 

approach  that can be  incorporated with other digital  tools. These  software packages have been available  for 

some time and although interesting results have been achieved such as the ‘Land Securities Bridge’ by AKT the 

software  itself  does  not  bridge  the  gap  of  digital  efficiency  to  the  inefficiency  in  physical  production.  This 

approach does utilise  the processing capabilities of  the computer as geometry automatically alters when  the 

form is altered. It not only re‐alters is geometry randomly it structurally optimises itself in this new position. 

 

 

4.3 Activated Computers  

The computer is another tool at the architect’s disposal. Utilising a computers processing capabilities results in a 

dynamic and flexible data  lead approach to design. “We should not consider the computer as an extension of 

our mind,  but  rather  a  partner  in  the  design  process  with  fundamentally  different  aptitudes  and  ways  to 

reason.15” 

What  is meant  by  an  activated  tool  is  that  the  computer makes  decisions  based  on  explicit  language,  this 

language  (code)  can  be manually  entered  by  a  programmer.  A  framework  can  be  created  in  which Meta 

algorithms occur. Meta algorithms self generate new algorithms, they self optimise. Seymour Papert carried out 

work with Marvin Minsky and was at the birth of MIT artificial intelligence project. Papert encouraged the use of 

computers to be engaged with “the learning to use computers can change the way we learn everything else.16” 

This  can  easily  bridge  into  the  realms  of  architecture  and  develops  an  understanding  of  how  the  computer 

simulates spatial organisation. This is automation in organisation based on rules. “Why play around with the tip 

of the iceberg, when with a minimum of effort you can interact with the submerged nine‐tenths?17” 

 

                                                            15 Terzidis.K. 2006. Algorithmic architecture. Oxford. Architectural Press. p 8 16 Coates. P. 2010. Programming Architecture. Oxan. Routledge. p27 17 Coates.P. 2010. Programming Architecture. Oxan. Routledge. p51 

 

25 

A programming approach has been taken because as a designer you will not be restricted by the programmes 

interface and a basic knowledge can start to produce endless varied results. “The advantage, however,  is that 

even  very  simple  languages,  once  defined,  can  allow  us  to  experiment  and  generate  form  because  the 

computer, once we are talking its language, will tirelessly produce sentences in the language.18” Criticism can fall 

onto this approach in that it is unintuitive that a designer rationalise design  intents to sentences of code. Why 

learn programming when  current  software packages  readily  cater  form  complex  geometric  form production; 

these methodologies are static and  inflexible  in approach as previously mentioned. A programming approach 

lends itself to a data lead design approach in which bottom up ideologies can be implemented. This bottom up 

ideology results in self emergent traits and self organising solutions. Design via programming can address urban 

scale problems  to  facade  configuration with minimal  effort,  therefore  addressing problems of  various  scales 

effectively  due  to  this  flexible  process.  This  all  takes  advantage  of  the  computers  processing  capabilities.  In 

essence a  framework  is designed  in which design solutions are created by  the computer. These solutions are 

critically analysed by the designer.  

Utilising this process of how computation can generate form can result to expandable systems and designs that 

can be produced  in an  instance,  this  is because only  the parameters are altered  in which designs are created 

within.  Parameters  in  terms  of  code  or  script  are  grammatical  changes  to  variables  such  as  (random  0  50) 

instead of (random 10 40).  Below is an experiment taken form Algorithmic Architecture by K.Terzidis, it shows 

the  computers  processing  capabilities  in  how  spatial  arrangement  is  automated  and  how  infinite  forms  are 

created as a result of small changes to code or script. 

 

 

 

 

 

 

                                                            18 Coates.P. 2010. Programming Architecture. Oxan. Routledge. p121 

 

26 

 

Script used to produce Figure 18 

All of  the  above highlighted  in  yellow  are  variables,  if  these  are  changed different  results will be produced, 

although  if they stay the same different results will be produced because of the  ‘randomness’ statement. The 

highlighted cyan statement shows the computer will continuously loop through the algorithm until a solution is 

found.  This  has  been  shown  because  it  describes  how  basic  script  can  produce multiple  spatially  organised 

results almost instantly and the required output is something the human brain would find impossible. Software 

programmes  such  as  3ds max  and Maya  have  scripting  interfaces,  which  allows  for  individual  creation  of 

processing tools. 

 

 

 

 

 

 

27 

     

 

 

 

 

 

 

 

28 

Streamlining of production may be utilised by incorporating this tool into a production system, “moreover, the 

necessity  for conversion of architectural  intentions  into a code  to be translated by the contractor will also be 

tested with these new potentials in fabrication.19” This code does not have to be translated in a literal sense, it 

can  be  directly  linked  to  fabrication  tools  as  demonstrated  in  ‘Digital  Fabrication  Techniques’  heading.  The 

advantages of this, are digital experiments can be manifested physically simultaneously. 

This approach does not mean the obsolescence of the designer,  far  from  it, nor  is the technology  leading the 

designer,  the  computer does not have  the  critical  thought of  the designer  it  cannot  comprehend  the overall 

product.  This method  is  an  avenue  that  allows  for  a  flexible  approach  and  utilises  the  tools  capabilities  to 

generate a more potent end result more efficiently. The technology is still lead by the design intent, only now a 

framework  of  parameters  is  consciously  designed  in which  designs  can  be  endlessly  created within  by  the 

computer. Programming is a process that accommodates for emergent traits to be encompassed in the design, 

something  that  is not consciously possible. This  framework approach  is something  that has been explored by 

ETH  institute and  in Paul Coates Programming Architecture and will be discussed  in  later  chapters. The  roles 

within  an  architectural  office  start  to  encompass  many  other  aspects  such  as  programming.  Again  this 

automating in multiple aspects produces more specific and cheaper results that have a higher quality in finish. It 

can constantly be added into and elaborated on to produce a more sensitive solution. 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            19 Klinger, K.R. N.D. Making Digital Architecture: Historical, Formal, and Structural Implications of Computer Controlled Fabrication and Expressive Form. p 239  

 

29 

4.4 Master Architect Programmer Builders 

ETH  institute utilise programming and  its benefits to realise design  intentions with greater sensitivity. This  is a 

dynamic approach that is highly flexible and can account for multiple factors, the designer can tackle any scale 

of work without increasing work load and without decreasing design quality. Effectively a framework has been 

designed in which designs are spawned based on specific criteria, this allows for work to be subbed out to other 

design  studios  without  losing  sight  of  the  larger  picture.    “Today,  through  the  agency  of  information 

management  tools,  the  architect  can  once  again  become  the  master  builder  by  integrating  the  skills  and 

intelligences at the core of the architecture.20” By utilising and consolidating many of the tools that are available 

to the architect to date, the architect need only design one tool or programme that encompasses all aspects in 

order  to  produce  exuberance.  This  is  a  more  effective  means  of  time  management  as  only  one  issue  is 

addressed in order to meet the demands of many issues with respect design requirements. Ultimately this frees 

up more time that can be spent purely on conscious design, or allows for other avenues to be explored which 

further enrich the project and consequently future projects. The later is something ETH does with great success 

as demonstrated  in  the project  ‘pike  loop’ amongst many others. The  role of  the architect  is  redefined as  to 

what  is  defined  as  design  and what  needs  to  be  designed,  from  software  to  production  technology/tools. 

Gordon Pask explains his vision of an architect’s role from the foreword in ‘An Evolutionary Architecture’, “the 

role of an architect here, I think, is not so much to design a building or city as to catalyze them: to act that they 

may  evolve.21”  All  of  these  factors  result  in  an  end  product  that  can  be  mass  customised  to  specific 

requirements for a lower cost. This results in the consumer being able to afford a wider variety of products and 

redefines a client’s design brief. If the framework is created to allow for ‘meta algorithms’ and evolves itself to 

become optimised, then the products created within will keep exceeding its previous generation. 

 

 

 

 

                                                            20 Kieren. S and Timberlake. J. 2003. Fabricating Architecture. London. Mcgraw‐Hill. p na 21 Pask. G. In Frazer. J. 1995. An Evolutionary Architecture. London. Architectural Association Publications. p na 

 

30 

Below are examples of automation in the design projects by ETH Institute, this proves architects interdisciplinary 

collaborations produce more flexible processes with richer end results. 

 

Figure 19: The Organisation of Plots, ETH developed their own ‘Kaisersrot’ programme to distribute the spatial 

organisation of plots taking into account the requirements of future residents. 

Figure 20:  From  Inside  and Outside, Collaboration with Herzog & de Meuron,  the  facades  configuration was 

automated to realise the structural requirements. 

Figure 21: Bishopsgate, Cities Negotiating, The process looked to flexibly accommodate for multiple competing 

factors that affected the site. The rules that became defined informed the form. Due to computation these rules 

could be easily altered. 

 

 

 

31 

The project Blind Light by Triston Simmonds  replicates a  foetal  figure  that  is constructed out of various sized 

steel boxes. A programme called  ‘GromBox’ was developed  in order to develop “a relational data structure of 

boxes, faces and connections.22” Again creating specific software to automatically spatially organise the boxes to 

realise the demands of the design intention reduces the overall time in final form production. This project also 

utilises  digital  production  techniques  carrying  through  the  digital  efficiency  into  production,  ultimately  “the 

sculpture is finished well ahead of schedule.23”  

 

This process can now be applied to any form and scale without resulting  in additional time. The process stays 

extremely  efficient.  It  can  be  mass  customised  by  altering  box  dimension  and  numbers.  This  is  due  to 

automation in the design stages, basically it can be applied to anything that wishes to be ‘pixilated’. 

My  thesis was  based  in  Hull.  Exploration was  carried  out  in  collaboration with  Conor  Black  to  develop  an 

understanding of how automation  can be achieved  in master planning. The  thesis duration was over a  short 

period (12 weeks). The end result was a piece of software was designed based on a manipulated digital version 

of  a  cellular  automata.  This  is  evidence  that  a  sensitive  piece  of  design  software  can  be  created  with  no 

programming background knowledge whatsoever. This piece of  software allows  for any  individual or existing 

ideology to be instantly played out, it is a highly flexible process which can have more factors added into it and 

redefines town planning strategies. Possible applications could result in new town planning methodologies, this 

is  a more  flexible  approach  that  can  instantly  remodel  itself  based  on  current  financial  climate  conditions, 

population stats, etc. It can be efficiently applied over various scales. 

                                                            22 Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 64 23 Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 66 

 

32 

 

 

Each cell tries to become optimised with programme content effecting is neighbourhood’s state, which in turn 

alters  the  cells  state, one  cells  state effects  all  cells.  For more  information on  this please  refer  to  the  video 

provided on the cd and my thesis project ‘Cellular City’  

 

33 

A  speculative  digital  project,  Off  The  Road_5  speed  by  NOX  architects,  proves  infinite  possibilities  in  form 

generation as a result of a programming approach. Combined with the technological advancements previously 

mentioned allows for an economically feasible model for mass customisation in production. 

 

 

 

34 

 4.5 Breeding Buildings  

Being even  lazier  as designers,  a  system  can be put  in place  in which building  forms effectively breed, each 

generation evolves to optimally meet the design criteria. The design criteria may be altered to generate varied 

results.  An  example  has  been  taken  from  Paul  Coates  Programming  Architecture, where  a  building  form  is 

generated by evolving to meet design criteria as closely as possible. 

 

 

The significance  is each form  is different, as  it gets closer to the criteria the differences are smaller. If reactive 

materials were networked or  linked to this process of design they could evolve to an optimum form physically 

based on criteria, physical structures in constant flux. The criteria are determined by the individual. If design can 

be automated based on this evidence,  it addresses what needs to be designed to obtain these results and an 

architect’s role and the skills needed alter. 

 

35 

If there  is no human  involvement there  is  less cost  incurred, this ultimately results  in services or end products 

that are cheaper or free. This  is a basic  introduction  into genetic programming,  if the computer writes code / 

one programme is written which endlessly evolves a programme and the designs produced. It self optimises. 

4.6 Formal Complexity 

If spatial organisation can be automated with great accuracy based on a simple set of rules, urban planning need 

no  longer  be  confined  to  a  single  plane.  ‘Streets  in  the  sky’ was  a  term  created  by  the  Smithsons.  Various 

projects explore this ideology such as Robin Hood Gardens and Park Hill. These projects are single structures, all 

be  it  they are very  large. With automated planning,  this  ideology can be extended beyond solitary structures 

and become part of the urban fabric, resulting in roads and structures located on multiple planes, this redefines 

how cities are circulated and what is reachable in terms of a 5 minute city model.  

Geometric complexity  in  form can also be explored  in  terms of  tessellation and  fractals,  this  is because  these 

factors are another form of spatial organisation with a few extra parameters. This exploration into geometry is 

not for the sake of producing complex forms, but reveals material properties under investigation. This leads to 

material  efficiency  in  a  final product,  the  less material  the  lower  the  cost,  it  is  a performance‐based design 

approach. Certain tessellation configurations will meet criteria better than others. “Perhaps the highest level of 

performance‐based  design  is  the  exploitation  of  performance  data  as  the  driver  of  evolutionary  design 

process.24”  Internal  tessellation  in  a materials make  up  explores  the  potentials  in  nano‐materiality,  or  the 

tessellation of modular units  to optimise  its  structural performance can all be automated  in both conceptual 

stages and production stages. 

 

 

 

 

                                                            24 Oxman. R and Oxman. R. 2010. Design, Engineering and Architectural Technologies. Architectural Design, The new Structuralism. 80. 4. p 17  

 

36 

Self organising structures may be  formed based on  these  tessellation and  fractal principles. This  is something 

that has been explored by Benjamin Aranda and Christopher Lasch, and their work with crystalline structures, in 

particular quasicrystalline structures. Quasicrystals are self organising structures, in which each constituent part 

is different from each other but still self organise to tessellate together.  

“The aim of this research is to discover how architectural experimentation can learn from strructural and spatial 

investigations currently being explored by mathmeticians and materials science – soecifically crystallography.25” 

 

These experimentations highlight construction possibilities of how architectural form can be organised in three 

dimensions  and  how  connections  to  material  occur.  All  this  is  geared  towards  new  form  and  structural 

possibilities. 

“Tessellation moves  architectural  experiments  away  from mechanistic notions of  systems which  are used  as 

tools  for  reproduction  of  forms,  to mechanic  notions  of  systems  that  determine  how  diverse  parts  of  an 

architectural  problem  interrelate  to  multiply  each  other  and  produce  organisations  of  higher  degree  of 

complexity.26” 

 

 

 

 

 

                                                            25 http://www.nso.penndesign.net/sp_alb‐1.htm 26 Moussavi. F. Lopez‐Perez. D. 2009 from Oxman. R and Oxman. R. 2010. Design, Engineering and Architectural Technologies. Architectural Design, The new Structuralism. 80. 4. p 17 

 

37 

4.7 Self Optimizing Structure 

This heading will explore automation  in structural analysis.  It should be highlighted that self optimising or self 

organising is not restricted only to this factor. It happens naturally all the time, such as the syncing of fire files 

but vary rarely if at all in traditional design methods.  

Many software programmes have been developed which structurally analyse digital designs to create optimal 

forms. This  structural analysis  is based on  real environmental  factors.  It  can  structurally  reconfigure  its  form 

when  severe movement  is  induced on  the  structure. This  is  shown  in  the Land Securities Bridge by AKT. The 

whole proposed  form  can be evaluated  almost  instantaneously.  Integrate  these  software properties or even 

coupled with  a  dynamic  process  such  as  programming  and  digital  fabrication methods  results  in  the mass 

production of structurally sound and efficient forms. This greatly reduces the number of parties included in the 

initial design stages through to production, again decreasing the costs of mass customised architecture. It also 

highlights possibilities of physically moveable structures that move within structurally sound parameters.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38 

Below  is  the  Island City Central Park Gringrin by Toyo  Ito. This demonstrates how  the  form was  rationalised 

structurally  automatically without  significant  alterations  to  the  initial  form.  The  form  evolves  over  time  to 

become structurally optimised. The production of the finalised form though does not match efficiency in which 

it was generated. 

 

Figure 32:  Final image of The Island City Central Park Gringrin by Toyo Ito 

Figure  33:  left  Evolutionary  process  of  the  shape  alteration  (40cm  thickness).  Right,  these  figures  show  the 

reduction of maximum displacement and strain energy with each evolutionary step. 

Figure 34: Process of shape evolution, as the shape evolves the overall deformation is dramatically reduced. 

Figure 35,36 37: Construction sequence, this represents a large skilled work force and multiple materials needed 

to realise the final form, much of the material will be a waste product of the end result and the final form is non 

reactive. 

 

 

 

 

 

 

 

 

39 

The  form with  regards  to  the  Island City Central Park Gringrin project has been  structurally  rationalised by a 

process  that  can be highly dynamic and  flexibly efficient. The  Florence New  Station  is another example  that 

grows its structure in the digital environment to optimal structural criteria, again its physical construction does 

not inherent the same characteristics. This efficiency in the digital process is completely lost in costly production 

methods  along  with  a  large  amount  of  waste materials  to  realise  the  final  form.  The mass  customisation 

available  in the digital environment mainly does not transcend  into the physical, this  is because multiple static 

materials are needed to produce structurally sound form. 

The  above  are  kinetic  in  their  approach but  the end  result  is  a  static one,  it does not  take  advantage of  its 

maximum potential, a  intelligent and  reactive environment can be created. The programming knowledge can 

transfer into hardware platforms again proved by ‘pike loop’, the medium in which structures are created needs 

to be readdressed  in order to facilitate this reactive concept or at  least how structures are physically made to 

achieve material efficiency. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40 

Material Ecology 

5.1 Material Ecology 

Materialecology  is  a  term developed by Neri Oxman  and her work with  the  ‘Mediated Matter Group’.  “The 

group is dedicated to the development and application of novel processes that enable and support the design of 

physical  matter,  and  its  adaptability  to  environmental  conditions  in  the  creation  of  form.  Our  research 

integrates computational form‐finding strategies with biologically inspired fabrication.27” 

A  recent  resurgence  in  this  field  of  materiality  and  material  behaviour  is  being  explored  in  architectural 

development again. “There is now momentum for the revitalised involvement with sources in material practice 

and  technologies.28” This  is due  to developments  in digital production  technologies  revealing new production 

possibilities. These technologies create new structurally efficient forms and reveal material properties that only 

become apparent with  the use of  this  technology. Research developed by Neri Oxman, “explores how digital 

design and fabrication technologies mediate between matter and environment to radically transform the design 

and construction of objects, buildings, and systems.29” This all harbours back to previous material and structural 

experiments developed by Buckminster Fuller, Frei Otto and many others. Frei Otto’s research with lightweight 

material structures and structural efficiency, developed structures which can span  further with  less structural 

support, along with adaptability  in  scale without  compromising  structural efficiency. Developments  in  tensile 

surfaces achieve  the goal of  large spans but  in essence cannot perform without structural support, questions 

proposed by Otto and Fuller were ‘what does a material want to be? what does an environment want to be’?  

Neri Oxman  in  particular  looks  to  develop  forms  from  homogenous materials  that meet many  criteria,  this 

ideology  is derived  from natural principles of design.  “Nature offers not  forms but processes  to  think  about 

form,  recipes  that  mix  material  and  environments  together.30”  Computationally  enabled  form  finding  is  a 

process  that  Neri  Oxman  has  created.  This  process  takes  specific  material  properties  and  environmental 

constraints and combines them to produce form.  

                                                            27 http://web.media.mit.edu/~neri/site/about/about.html 28 Oxman. R and Oxman. R. 2010. Design, Engineering and Architectural Technologies. The new Structuralism. 80.4. p15  29 http://web.media.mit.edu/~neri/site/about/about.html 30 http://generativedesign.wordpress.com/2010/02/05/computational‐form‐finding/ 

 

41 

This harnesses and maximises specific material properties in specific conditions to obtain in optimised state, this 

result  in  less waste and a more efficient end produce. “The designer  is an editor of constraints.31” The design 

process is re‐approached, it starts with environmental analysis, material properties etc. This data lead approach 

optimises itself throughout the whole process not just at the end. It is more flexible and dynamic in its approach 

and can encompass more requirements, much  like ‘Kaisersrot’ developed by ETH, but this approach addresses 

material efficiency.  

Examples of natural homogenous materials that are structurally optimised and meet many criteria because of 

natures design approach are eggshells or bones among many others. Nature caters for the multifunctional. An 

eggshell membrane,  “the  fibres are articulated  in  such a way  that  they distribute  loads equally, while at  the 

same  time  allow  for  food  absorption,  heat  exchange  ect.  There  are  a  lot  of  functions  incorporated  just  by 

controlling  those materials and designing  them.32” Wolff’s  law states micro  fibres  in bones shatter and  repair 

themselves when regular force is induced upon the overall form. As a result the micro fibres become bigger and 

stronger, therefore the overall bone is stronger. It adapts to forces regularly induced upon it. Hypertrophy of a 

muscles  and muscle  atrophy  is  another  response  to  regularly  induced  forces  upon  itself.  This  alteration  in 

properties / forms results in the bone or muscle becoming more efficient, no common building system adapts in 

this manner. 

 

  

 

                                                            31 http://generativedesign.wordpress.com/2010/02/05/computational‐form‐finding/ 32 http://generativedesign.wordpress.com/2010/02/05/computational‐form‐finding/ 

 

42 

This  mass  customisation  in  form  to  meet  multifunctional  purposes  is  something  the  industrial  revolution 

rejected  for  mass  production.  Mass  production  enabled  affordable  goods.  Now  with  technological 

advancements  this  mass  customisation  and  multi  functional  design  is  an  economically  viable  production 

method,  both  for  industries  and  consumers.  Production  processes  such  as  3d  printing  results  in  significant 

reductions in waste materials and carbon footprints, composite material are no longer needed as one material 

can meet the demands of many requirements. 

The importance of this homogenous material is that it can adapt, by altering certain characteristic it meets the 

requirements of many demands  regardless of scale. Even  if  this homogenous material was used with current 

employed design methodologies  in architecture  it would considerably reduce production cost, assembly time, 

design  requirements and many other aspects.  It also provides possibilities of uniqueness  in mass production. 

The UniBodies experiment highlights possibilities of the homogeneous material letting light through because of 

varying thicknesses whilst maintaining structural integrity, it therefore meets multiple demands. In the projects 

‘Carpal  Skin’  and  ‘Beast’  by  Neri  Oxman,  the  material  properties  rigidity  varies  helping  to  reduce  carpal 

syndrome and added support in the chez lounge. 

 

 

 

 

 

 

 

 

43 

Nature can be improved upon, pumps, wheels and mechanisms are not incorporated into all natural structures, 

resulting  in a maximum  limit. This homogenous material exploration  is much  like previous explorations  into a 

singular materials maximum potential (stone). A result of this previous exploration was exuberance, cathedrals, 

sculptures and baroque architecture. Now a new era of economically achievable, affordable exuberance may 

begin. This  is a result of multiple fields of exploration which can obtain maximum potential from one material 

effectively,  these digital  tools can  integrated  into  the design and production  system. Cathedrals and baroque 

forms can be economically possible with more potency  in  form due  to computation and are more materially 

efficient. Example projects that achieve modern day exuberance are shown below. Again because of the nature 

of the system it is not restricted to one scale nor standardisation in modular materials.  

 

 

 

 

 

 

 

 

44 

Production of form in realtime was explored in the project ‘Soft Site’ by NOX. The form is highly conceptual but 

is based on data “The  idea of  soft  site  is  to convert numeric behaviour of changing visitor numbers  instantly 

through a central computer into different shapes.33” This project proves data lead design can produce in form in 

realtime.  Implementing  ideologies from Neri Oxman’s  ‘Materialecology’ and production  into a singular system 

an  eco  system model  can  be  produced  in which  the  urban  context  can  be  created with  improved material 

efficiency and exuberance. Spatial organisation has already been proven it can be automated very successfully. 

 

 

 

 

 

                                                            33 Spuybroek. L. 2004. NOX Machining Architecture. UK. Thames & Hudson. p 43 

 

45 

5.2 Homogenous materiality 

Research  that  has  been  carried  out  by Neri Oxman  in  collaboration with MIT  and  Enrico Dini’s work  on D‐

printing, demonstrates that structures can soon be printed. This  is based on material understanding as shown 

above; many of Neri Oxman’s experimentations with form and production reveal material properties, also the 

manner in which Neri Oxman approaches design soon reveals a materials maximum limit. 

If  the  homogenous material  is  sourced  externally  eg  China,  it  is  no  different  to  current  building methods 

sourcing materials  from  international  seas  “It  has  resonated  among  some  in  the  development  community, 

where monetary  carrying  costs  can be  the difference between doing a project and  shelving  it.34” Due  to  the 

nature of  a materialecological  approach  structures  require  less material  to  achieve  the  same  goals,  refer  to 

figure  47.  If  the  homogenous material  is  synthetic  there would  be  no  need  to  import  it,  it  could  be  locally 

produced or directly integrated into the system, therefore nullifying transportation costs and carbon footprints, 

again resulting in a cheaper product. 

This homogenous material and the structures it creates basis itself on material efficiency, material can be saved 

by  altering  its  internal  configuration.  This  takes  ideologies  from  Frei Otto  and Buckminster  Fuller  (structural 

efficiency). The materials make up may mimic that of a bird of flights skeletal structure,  it  is hollow  inside but 

maintains great strength, refer to figure 48 and 49.  In a rudimentary sense this could be applied to structural 

components; a beam spanning 20 meters under the same load compared to a beam spanning 10 meters would 

need more  internal  structure,  effectively materially  efficient  verandial  beam.  A  homogenous material  also 

results  in  less material production costs as  there  is only one. This  results  in a  significant  reduction of carbon 

footprints for the production of buildings. Less connection details are needed or only one if printed or created in 

constituent parts, construction time would be significantly reduced. This will not be a repeated failure  in such 

schemes  as  Ronan  Point  because  the  technology  in  production  is  far  superior,  and  if  integrated  into  an 

evolutionary system will constantly keep self optimising. 

 

                                                            34 Woudhuysen. J. and Abley. I. 2004. Why is Construction so Backward?. Chichester. Wiley Academy. 163 

 

46 

Figure  47:  “Contrary  to  the  traditional  design  of  building  skins  that  distinguish  between  internal  structural 

frameworks  and  non‐bearing  skin  elements,  this  approach  promotes  heterogeneity  and  differentiation  of 

material  properties.  The  project  demonstrates  the  notion  of  a  structural  skin  using  a  Voronoi  pattern,  the 

density  of  which  corresponds  to multi‐scalar  loading  conditions.  The  distribution  of  shear‐stress  lines  and 

surface pressure  is embodied  in  the allocation and  relative  thickness of  the  vein‐like elements built  into  the 

skin.35” 

 

Although the creation process can be specific to structural parts and more efficient, the material  itself once  in 

place is still static, it cannot react as it were to human input. Mechanism and hardware need to be incorporated 

to  facilitate  movement.  This  is  not  just  for  the  sake  of movement.  If  a  structure  can move  and  respond 

effectively within a network  it can optimise  its state,  taking advantage of climatic conditions or providing  the 

maximum possibilities for its inhabitants. It works with its neighbouring structures to optimise itself on an urban 

scale. 

 

 

 

 

 

 

                                                            35 http://web.media.mit.edu/~neri/site/projects/monocoque2/monocoque2.html 

 

47 

5.3 Data Lead Production & BIM  

Traditionally buildings were designed by physical scale models, and then hand drawn visuals. The photocopier 

was  then  invented which meant only black pen on  transparent paper could be copied. This  is a very abstract 

form  of  information.  Essentially  still  the  same  as  2d  CAD  drawings.  3d modelling  software was  developed 

primarily  for  visual  representation. BIM, building  information models provide  crucial data  from  these  virtual 

models, the process has almost gone full circle, but the digital model is more flexible to change. BIM’s birth was 

due to a previous collapse in Finland’s construction industry. A resurgence in Finland lead to 160 projects being 

produced, this large amount of civil work lead to the idea of streamlining the flow of information and how it is 

transferred  in  order  to  speed  up  the  design  to  production  process.  Current methods with  reproduction  of 

drawings do not increase the flow of data, it increases the chances of human error. This is because one change 

has  to be carried out manually on multiple drawings. Updating one model automatically updates all  required 

drawings, therefore it is a far more efficient process. If errors are eliminated there is no financial waste, this is 

an  incentive  to clients and ultimately all designers. Essentially with BIM an accurate digital detailed model  is 

produced, in which all data is derived, form costing through to service placements. 

The streaming of live data in which design is created results extreme rapid prototyping, ‘Polymorphism’. This is a 

conceptual idea proposed by Menges it describes the evolution of such architectural systems as akin to natural 

morphogenesis.  “Hierarchical  arrangements  of  relatively  simple  material  components  organised  through 

successive series of propagated and differentiated subassemblies from which the system’s performative abilities 

emerge.36”  

Currently firms that employ BIM and integrate it into the design approach on average have a 30% reduction in 

workload. Less staff numbers are needed on a project, less time spent on a project and less time to document, 

this results  in the ability to take on a greater work  load. The project  is ultimately provided ahead of schedule 

which is of great benefit to everyone involved. Ultimately those that do not integrate BIM cannot produce the 

same  accuracy,  therefore  delays  are  produced.  The  client will  then  not  employ  the  same  firm  resulting  in 

redundancy. It is again a matter of time before this software is widely accepted into mainstream practice much 

like digital 2d drafting.  

                                                            36 Menges.A 2006. Polymorphism. Architectural Design, Eco Redux. 76. 2. p79 

 

48 

These digital models is created by humans therefore human errors can occur, cloning an object in same copying 

it  in  the  same  position  results  in  invalid  costing,  because  it  is  digital,  tools  can  be  integrated  to  check  for 

discrepancies, like spell check. This is not possible in current production drawings because they are analogue. 

This  consolidation of all  required  information  to produced architecture generated  from one  coherent  source 

leads  to  speculation of probably  repercussions when  coupled with digital  fabrication  techniques,  such  as 3d 

printing  structures  and  evolutionary  design  programmes  where  designers  may  not  be  needed.  With  the 

automation of almost all fields does it produce a highly consumable architecture at a dramatically reduced cost. 

Are buildings consumed  like cars or clothes with  respect  to  their desired  life  span, because  the homogenous 

material can back  into  the system?  Is an  IKEA  form of architecture possible because of a catalogue of data  is 

created which produces mass customisation. This  is much  like the curtain wall company Permasteelisa Group. 

“It  deploys  components  from worldwide manufactures,  custom  assembled  to  specifications  of  the  architect 

whose  designs  it  executes.37” Mass  customisation  is  attainable  for multiple  standardised  smaller  parts,  this 

standardisation results in cheaper production costs and a lower priced end product compared to bespoke units. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            37 Kieren.S and Timberlake.J. 2003. Fabricating Architecture. London. Mcgraw‐Hill. p 134 

 

49 

5.4 Adaptable Scale  

Efficiency  in  the  adaptability  of  scale  is  something  that  has  been  explored  in  formal  arrangements  such  as 

Waschmann’s diagram  and  structural  efficiency  in projects by  Frei Otto’s,  also Buckminster  Fuller’s  geodesic 

domes  remain  structurally  sound  at  various  scales.  This  is  achievable because of  geometry  and  fractals,  the 

advantages of this have been described in the chapter ‘Present framework systems’. 

 

Figure 50: Buckminster Fuller geodesic dome  

Figure 51: Konrad Waschmannm, adaptable special configurations 

Figure 52: Analogue adaptable form due to integration of mechanisms. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50 

All of  these  approaches  can  vary  in  scale  very  efficiently but  again  are  in  isolation.  Possibilities of  a  flexible 

system in production are now attainable with the digitalisation of each process in design. A closed loop systems 

can be defined in which each stage informs the other. This is possible based on a data lead design methodology 

as mentioned above, the hardware integrated into urban context collects data which informs the design which 

informs and is informed by digital fabrication technology. 

 

 

 

Figure 56 represents the closed loop system that is created by integrating all the available current technologies 

into one system. What is termed as a data receiver and how data is then collected from people will be explore in 

the  last chapter ‘Extreme  Integration’. This  is not the merely the standardisation of construction materials but 

the tools that create form, an end goal that can create affordable mass customisation in production. 

 

51 

5.5 Static Context  

The  above  approaches  are  flexible  in  the  design  process  and  strive  to  achieve  new methodologies  in  how 

architecture  is  created.  The material  properties  and  efficiency  in  how  a  new  urban  context  is  derived  and 

constructed are also being readdressed, with an end goal that is more efficient in all aspects of design.  

All  of  these  approaches  are  defining  new  areas  of  exploration  which  greatly  advance  and  redefine  how 

architecture  is  approached.  This  kinetic  approach  still  produces  non  reactive  end  results.  The  integration  of 

hardware  into  the process will produce physically  adaptable  forms based on  specific  criteria  to maximise  its 

gains.  If all components of a structure  integrate hardware coupled with  this new materialecology approach a 

network  can  be  defined  on  an  urban  scale,  the  city  is  in  constant  flux.  It  physically  adapts  to maintain  an 

optimised state when new and differing requirements are induced on the system. 

These possibilities will be explored in further detail in the next chapter, the next chapter basis itself on current 

developments  and  projects.  It  suggest  possible  alternatives  for  future  development  based  on  the  existing 

research. The possibilities are generated towards an urban context mimicking an eco system, buildings are self 

organised and created based on  specific  requirements. All of  this can be based on  simple  rules as previously 

shown but when working together with other system create a far more complex end result. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

52 

Extreme Integration 

6.1 Digital and Physical Networks  

This  chapter  concentrates  on  the  potential  benefits  that  physically  adaptable  structures  can  provide.  It  also 

addresses  the  interdisciplinary  fields  of  research  that  have  been  carried  out  in  order  for  structure  to 

appropriately respond physically. It looks at the policies needed in order for physically responsive environments 

to be achieved efficiently. With the utilisation of hardware and  integration of previously described possibilities 

in computation and digital production technologies, it may be possible for a context to be produced in the same 

manner as an eco system and react physically to become optimised. 

 The introduction of the internet and the development in computer science spawned ‘intelligent environments’. 

“Intelligent environments are defined as spaces  in which computation  is seamlessly used to enhance ordinary 

activity.38” The benefits of an interactive system are that one building is not restricted to a single programme, it 

can house many. This reduces the need  for building demand. The  internet  facilities  the  instantaneous  flow of 

various forms of data, interactions are based on this data. The interactions are governed by simple true or false 

statements; accumulation of multiple systems can produce emergent reactions which could not be consciously 

conceived. A framework is designed to accommodate these emergent traits.   

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                            38 Fox. M. 2010. Catching up with the Past. FOOTPRINT. p 6  

 

53 

The H2O  expo  by NOX  creates  an  interactive  environment.  These  interactions  are  induced  by  user  and  the 

designed technology. The H2O expo doesn’t particularly provide gains but  influences how people circulate and 

interact. “It  is the  first  fully  interactive building  in which visitors can  transform  light and sound  in the  interior 

through a wide range of sensors.39” Also the structure could not have been created without the use of digital 

fabrication tools. 

 

 

 

 

 

                                                            39 Spuybroek.L 2004. NOX Machining Architecture. China. Thames & Hudson. p 18 

 

54 

The availability of  technology  today  is  readily accessible. The newer  the  technology doesn’t necessarily mean 

better, it is the possibilities it provides for developments and integration, what these possibilities may lead to in 

other fields. This acceptability of technological advancements aims to enhance day to day life, it rarely enhances 

architectural production or designed to its maximum possibilities. “The sophisticated organisation of the printed 

TV  circuit,  for  example,  is  totally  unmatched  by  the  organisation  of  the  dwelling  that  contains  it.40”  Spatial 

configurations do not necessarily have to be as complex as electronic devices but the way in which the context is 

created  can  surpass  this  complexity.  It  can  consolidate  all  available  technology  that  informs  and  creates 

structure into a ubiquitous network. Currently the technology itself does not necessarily act within a ubiquitous 

network, nor does it particularly inform the physical context.  

Current devices such as a mobile phone can act as data receivers and providers which in turn have the ability to 

inform production. This has advantageous possibilities because  in certain  respects  it  is an unbiased source of 

data collection and constantly updates itself. People may also be integrated into these digital networks via micro 

chips which informs creation, or via RFIDs as described in the text Networked Publics. Responsive environments 

based on human emotions. Human emotions are a product of chemical  imbalances,  for example serotonin or 

adrenalin  increases are detected by  internal digital  sensors. This data  is  then  sent  to  reactive  systems which 

provide  appropriate  changes.  “People  occupying  the  space  determine  what  is  happening  and  thereby 

redetermine the architecture. The space  is continually reshaped by the changing desires of the  inhabitants.41” 

The  context  is  therefore  not  designed  to meet  perceived  requirements  it  adapts  constantly  to meet  these 

demands, it is not a design intention it is the appropriate reaction. 

 

 

 

 

 

                                                            40 Burke. A and Tierney. T. 2007. Network practices.  Princeton architectural press. p 39 41 Burke. A and Tierney. T. 2007. Network practices.  Princeton architectural press. p 40 

 

55 

6.2 Browsing 

Browsing  the  internet  is essentially another market  research  tool  that  corporations utilise  to  collect data  for 

individuals. This is apparent with suggested items by amazon based on previous browsing history. This form of 

data collection can facilitate and store data for everyone  in the world. As explained  in previous chapters form 

and  spatial arrangements  can be generated based on data,  this  is another  source of data  collection  that can 

gather a wide variety of data and is easily integrated into a digital design and production system. Hypothetically 

a group of people situated  in one area travel to a gym 10 miles away. This data  is collected digitally based on 

fuel consumption, product consumption, gym memberships etc. Carbon footprints can be reduced  in terms of 

travelling by creating a gym in walking distance to this cluster of people. This data would be analysed to whether 

it was worthwhile. This data couldn’t be derived without  this system. The user closes  the  feedback system. A 

ubiquitous system would be needed  in which all  information can be accessed by a secure source. This allows 

accurate character profiles to be built on  individuals, neighbourhoods, cities or countries  in a faster and more 

accessible  format.  It  automates  analytical  research methodologies.  The  system  as  previously  described  can 

produce  hybrid  or  evolutionary  programmes  that  challenge  traditional  architectural  programmes.  Design  is 

based  on  individual  requirements  and  can  be  accommodated  for  with  the  incorporation  of  all  the  tools 

previously mentioned. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

56 

6.3 Cybernetics 

The  development  in  the  cybernetics  which  began  in  the  early  1960’s  provided  the  basis  for  interactive 

architecture as  it  is know today. In the earlier years  it was poorly funded so remained  in the realms of theory, 

also the computational means in these early years resulted in the growth of cybernetic concepts being physically 

impossible.   Essentially cybernetics  is an “interactive feedback system related to adaptability.42” Cybernetics  is 

not  artificial  intelligence  it  only  mimics  intelligence,  response  are  governed  by  set  rules  that  have  been 

consciously  put  in  place.  Simple  rules  govern  responses,  expansion  of  these  systems  result  in  emergent 

responses. The  implementation of cybernetics has been utilised  to explain and manage all  forms of  systems, 

from  natural  development,  social  behaviour  to  electronic  system  among  many  others.  “Gordon  Pask’s 

‘conversation theory’, served as the basis of much of the architectural development  in  interactive architecture 

at the time. Essentially a model was developed in which architects interoperated spaces and users as complete 

feedback systems.43” The utilisation if cybernetic principles reveal reactive architectural potentials. 

In  this  case  mechanical  parts  are  needed  to  induce  movement  and  specific  design  is  needed  facilitate 

movement,  sensors  are  required  to  detect  information  to  complete  the  interactive  feedback  system.  “John 

Frazer posted  that architecture  should be a  living, evolving  thing.44”  If architecture never  stagnates  it  should 

never  become  redundant  or  need  to  be  demolished.  A  framework  is  created  in  which  technological 

advancements are  integrated and enhance  the buildings performance because of  its ability  to meet multiple 

programmatic needs. The building can also react to its surrounding context appropriately to self optimise. This 

redundancy  in  demolishing  buildings  reduces  the  need  to  design  new  ones.  Architectural  roles  develop 

framework structures for responsive systems to cater for multiple programmes.  

 

 

 

                                                            42 Fox. M. 2010. Catching up with the Past. FOOTPRINT. p 6 43 Fox. M. 2010. Catching up with the Past. FOOTPRINT. p 6 44 Fox. M. 2010. Catching up with the Past. FOOTPRINT. p 6 

 

57 

Installations by Philip Beesley explore  the potentials of a physically  responsive architecture. Projects  such as 

Hylozoic  Soil  and  Endothelium  are  designed  in  a manor  to  facilitate movement.  As  a  result  this maximises 

growth potentials. Hylozoic Soil reacts physically to human  interaction,  it could also react to obtain maximum 

gains from the environment and act as a growth supporting matrix.  

 

The installations can be incorporated into or onto the current urban context. This reactive system can maximise 

contextual passive gains, such as grey water harvesting. As these reactive structures provided significant gains 

by passive means there is less need for traditional active systems, therefore reducing energy consumption. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58 

6.4 Fun Palace 

The Fun Palace’s  intentions was  to encompass multiple programmes and  there  requirements  in one building. 

The project was proposed by John Littlewood and progressed in design by Cederic Price. The intention was, with 

the  integration of such developing  technologies as cybernetics,  the structure can meet specific demands of a 

certain  programme  because  it  can  react  physically.  New  spatial  configurations  are  automated.  It  looked  to 

maximise  the  potential  space  for  each  programme.  ‘Anticipatory  architecture’,  the  structure  reacted  by 

anticipating programme requirements, it was in constant flux to maintain an optimised state for each individual 

or  group,  it  ‘self  organises’.  “Central  to  Price’s  practice was  the  belief  that  through  the  correct  use  of  new 

technology the public could have unprecedented control over their environment, resulting  in a building which 

could be responsive to visitors’ needs and the many activities  intended to take place there.45” Technology has 

always been integrated and informed by design to meet the design intensions. 

 

The  project  failed  in  the  sense  that  it was  not  created  but  succeeded  in  revealing  possible  trajectories  of 

exploration  and  integration  of  new  technologies  along  with  the  collaboration  of  interdisciplinary  fields  of 

research. If one structure can meet the demands of many programmes efficiently at one time, there needs to be 

fewer buildings created, therefore there are significant financial and environmental gains to be had. 

6.5 Extreme Integration 

                                                            45 http://www.interactivearchitecture.org/fun‐palace‐cedric‐price.html 

 

59 

Possibilities  of  self  organising,  self  generating  and  self  demolishing  contexts  result  in  a  living  city.  Reactive 

contexts that can self optimises when requirements are induced. A city can then obtain maximum gains from its 

climatic, social, physical, geographical and economical conditions etc. This may all be possible by automation of 

design, production and integrating hardware into structures. The hardware integration reacts to data based on a 

‘Network Neutrality’  system  governed  be  a  central  source.  This  is  the  same  policy  the USA  employ with  its 

internet  policies.  The  unrestricted  flow  and  access  of  allow  forms  of  data  incorporated  into  all  design, 

production and monitoring tools.  It needs to be governed by a central source to prevent malicious data being 

easily  distributed  or  accessed.  A  digital  network  that  encompasses  all  these  aspects  connects  all  digital 

components in a structure. This could be applied to the current context, in that all mechanical systems that are 

digital operated are monitored and controlled be a central source. The benefits of this are that buildings do not 

work  in  isolation  from one another,  they  react  to each other’s  state  to obtain maximal gains,  this minimises 

energy consumption and so on. 

“Our work begins with the premise of a dynamic world. Political and cultural conditions change: what if the walls 

and windows morphed  in  response?46”A physically adaptable/responsive city as proposed by David Benjamin 

and Soo‐In Yang and their project ‘Living City’ (figure 61 and 62). They utilise already available digital networks 

to  transfer  data  to  localised  hardware  incorporated  into  structure.  Production  and  design  can  respond 

immediately based on current financial, political and social factors. 

The hardware allows  for movement, but because  it  is digital  it  can be  integrated  into a greater  system. This 

allows reactions to occur over very small scales which  in turn  inform  large scale reactions and visa versa. “The 

rules of response can be very simple and the rules for interaction between each system can be equally simple, 

but the combination can produce interactions that become emergent and very difficult to predict.47” The system 

self optimises to a more efficient state that couldn’t have been consciously predicted. 

                                                            46 Benjamin.D and Yang.S.I. 2010. The Living. Architectural Design. Territory: Architecture Beyond Environment. 80(3). p 61   47 Fox. M. 2010. Catching up with the Past. FOOTPRINT. p 12 

 

60 

 

 

I carried out an experiment represented by figures 63 ‐ 65. It integrates hardware to control a structures state. 

The  structure opens  to ventilate a  space;  the passive gains are controlled digitally  to alter  temperature. This 

experiment  was  carried  out  in  collaboration  with  Jose  who  is  an  electronics  specialist.  This  proves 

interdisciplinary  fields  collaborating  results  in  richer  end  products.  It  again  proves  with  no  background  in 

electronics, design  intentions can be achieved by collaboration. Videos of this experiment are provided on the 

enclosed CD. 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

61 

Adaptable  structures  that are digitally  controlled/monitored  in a  larger network  result  in passive gains being 

optimised. The single structure maximises it possible passive gains for a specific context, this catalyses the whole 

adaptable  system  to  reconfigure  which maximise  its  gains,  a  city  in  physical  flux.  If  this  is  combined  with 

materiality studies as researched and described above by Frei Otto, Buckminster Fuller, Neri Oxman etc which 

pursue structural efficiency and lightness in material. The small amount of energy required to run the hardware 

greatly offset the energy requirements to actively control a single buildings energy consumption. Again because 

of the nature of this system it can be applied efficiently to any scale and any climate. 

If the scale of the hardware could make up a material, only one material would ever be needed. It can alter its 

form  based  on  requirements  of  the  user  and  adapts  to  an  optimised  state within  its  environment.  If  one 

material is only ever needed this is a significant reduction in resources required for production and the resultant 

environmental effects. “Several  transformational materials have already been developed which demonstrates 

exciting  potential,  particularly  in  the  area  of  fabrics  and  polymers.  A  new  robot  developed  by  ‘iRobot’  for 

instance, can change its shape and squeeze into tight places...The potential attributes of kinetics working at such 

a  small  scale  can extend beyond  strictly  facilitating needs,  to  simultaneously engage a wide  range of human 

sensory  perceptions.  These  new  interactive  assembly  systems  will  bring  new  unprecedented  levels  of 

customisation and reconfigurability to the architectural palette.48” 

With  the  automation  of  design  and  construction  and  integration  of  data  networks  appropriate  building 

properties  are  produced  based  on  current,  economical,  social,  political,  climatic  and  cultural  conditions, 

something that current architectural procedures cannot do because of the timescale it takes to produce design 

intents. 

 

 

 

 

                                                            48 Fox. M. 2010. Catching up with the Past. FOOTPRINT. p 16 

 

62 

Conclusion  

This dissertation  looked to address the possibilities  in architectural production, with the architect becoming a 

master builder again. This  status  is again attainable by  the  integration of  technological advancements  into a 

ubiquitous system. The results are mass customised products that are economically viable for consumption and 

production. 

The dissertation question  is, ‘How has the development and utilisation of technological advancements resulted 

in a materially efficient and  reactive architecture?’ Re‐exploring  ideologies  instilled  in  the Bauhaus under  the 

guidance  of  Gropius  and  his  interest  in  production methodologies,  this made mass  produced  architecture 

possible. This period in exploration produced standardised forms. A resurgence in digital production techniques 

has resulted in affordable mass customisation. Current digital technologies still act in isolation. 

Development  in digital  tools  could not have been developed without  the knowledge attained  from analogue 

findings. This doesn’t  result  in all design approaches being digitalised. Each  stage of development  should be 

supported by  the use of a  specific  tool  to progress  through each  stage, be  it analogue or digital.  It has been 

proven  that analogue  tools have  limits  to  their potential efficiency. This  is because  they cannot  form greater 

networks or produce to various scales efficiently.  

To progress architectural production  in  terms of efficiency  to a minimum,  the employment of BIM has been 

proven to significantly  increase production efficiency. Again this  is only possible because the tool  is digital and 

can  accentuate  a  greater  flow of  information.  This  is only  a management  tool  effectively,  it  cannot  address 

problems of  inefficiency  in production  itself. Developments  in  the possibility of  automating production have 

proven to result  in greater complexity and accuracy  in form production that would not be attainable by hand. 

This method  addresses  possibilities  of  a  production  system  that  produces  affordable  customisation  and  can 

efficiently meet  the  demands  of  various  scales.  The  architect  therefore  explores  production  possibilities  to 

realise  intentions,  such  as  the  project  ‘Pike  Loop’.  These  digital  tools  can  be  integrated  directly  into  design 

software,  this  facilitates  instantaneous  physical  manifestations  of  emergent  design  possibilities.  This  is 

comparable to how ecosystems are created with responsive and materially efficient properties. 

 

 

63 

The  architect  can  re‐attain  the master  builder  status with  the  exploration  into  autominous  production  and 

design  technologies.  These  production  technologies  are  informed  and  inform  all  other  aspects  of  design, 

therefore only one  field of expertise  is  required, much  like previous knowledge  in  stone/masonry  resulted  in 

exuberance.  The  results  of  these  technologies  are  evident  and  couldn’t  be  economically  viable  by  analogue 

procedures.  A framework is defined with facilitates emergent properties, not only in design possibilities but also 

in  digital  production  techniques.  These  emergent  properties  are  only  possible  because  a  greater  system  is 

created which  incorporates  all  tools,  the  tools  inform one  another.  This develops  the  emergent  possibilities 

researched within cybernetics. This can  result  in more materially efficient  structures being produced  that are 

optimised  beyond  conscious  ability.  The  system  self  optimises.  This  is  a  result  of  how  design  can  be  re‐

approached. This data  lead approach will not result  in a context  losing  its  identity,  the data  is specific to that 

context therefore generating unique designs. 

The  architect  doesn’t  become  redundant  in  this  proposed  system,  as  the  designer  has  critical  thought,  the 

computer  does  not  understand  the whole  scheme.  The  architectural  field  does  not  become  saturated  also, 

example  business models  such  as  Foreign  Office  architects  allowed  for  diversity  in  design  without  loss  of 

identity,  there  is  no  reason  this  cannot  be  applied  to  this  approach.  The  architectural  field  encompasses 

interdisciplinary  research  in  order  to  achieve  design  intents.  This  redefines  what  needs  to  be  designed  to 

facilitate design criteria. A physically  responsive context and  system  results  in a more  sustainable production 

approach.  This  is  because  the  structures  within  a  context  no  longer  become  redundant.  They  inform  one 

another’s physical state to become optimised at any one time in a particular context. 

By  integrating  all  forms  of  information,  design  and  production  technologies  into  a  ubiquitous  system; 

economical,  geographical,  social  and  political  factors  can  be  accommodated  for  in  an  instance.  This  all 

streamlines workload.  It can  significantly  reduce  fluctuations and provide more  stability  to what has  recently 

been a sporadic  industry. This results  in not only  job stability for all  involved  in the construction  industry, but 

also economical, social and political stability  in global context. This  is based on current digital tools  integrated 

into a greater system and utilised to their maximum potential. 

  

 

 

64 

Appendix 1 

Cellular City 0.1 

Cellular  automata  software  developed  by  Adam  Blaney  and  Conor  Black.  The  potential  to  automate  town 

planning was explored by manipulating a cellular automata. It can produce new town planning ideologies in an 

instance. 

 

Appendix 2 

Prototype 2.0 

The structures state can be manipulated because of hardware integration. Experimentation with arduino made 

this concept possible. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65 

Illustrations 

Figure 1: Ecstasy of St Teresa  ‐ Spiller.N. Surrealistic exuberance – dark matters.   2010. Architectural Design, 

Exuberence. Vol 80. Issue 2. p 64 

Figure 2: Sagrada Familia ‐ Zerbst.R. 2005. Gaudi, The complete buildings. South Korea. TASCHEN. p32 

Figure 3: Catenary arch model. Available at 

<http://picasaweb.google.com/smouha/Barcelona#5070087806359392722> (accessed 11th February) 

Figure  4: Model  T  Ford.  Available  at  <httpwww.oldukphotos.comcaernarfonshirebangor2.htm>  (accessed  5th 

April) 

Figure  5:  Fordist  assembly  line.  Available  at  <httpwww.oldukphotos.comcaernarfonshirebangor2.htm> 

(accessed 5th April) 

Figure  6:  Automation  Robots  Car  Factory.  Available  at  <httpdev2ops.orgblog2010322criteria‐for‐fully‐

automated‐provisioning.html> (accessed 5th April) 

Figure 7: Laser Cutter. Available at 

<http://hpclaser.co.uk/index.php?main_page=product_info&cPath=1&products_id=11> (accessed 13th April) 

Figure  8:  Mafoombey,  Kalliala.M,    Ruskeepaa.E  Lukasczyk.M,  2005.  Iwamoto.L.  2009.  Digital  Fabrications, 

Architecture and Material Techniques. New York. Princeton Architectural Press. p 24 

Figure  9:  Bone  Wall,  Urban  A&O,  2006.  Iwamoto.L.  2009.  Digital  Fabrications,  Architecture  and  Material 

Techniques. New York. Princeton Architectural Press. p 95 

Figure  10:  Bone  Wall,  Urban  A&O,  2006.  Iwamoto.L.  2009.  Digital  Fabrications,  Architecture  and 

MaterialTechniques. New York. Princeton Architectural Press. p 95 

Figure  11:  3d  Printer.  Available  at  <http://www.dimensionprinting.com/3d‐printers/3d‐printing‐1200es.aspx> 

(accessed 13th April) 

Figure 12: Monocoque2. Available at 

<http://web.media.mit.edu/~neri/site/projects/monocoque2/monocoque2.html> (accessed 14th April) 

 

66 

Figure 13: Robotic Arm. Available at <http://www.dfab.arch.ethz.ch/web/e/lehre/86.html> (accessed 14th April) 

Figure 14: ETH Zurich, 2007. Iwamoto.L. 2009. Digital Fabrications, Architecture and Material Techniques. New 

York. Princeton Architectural Press. p 38 

Figure  15:  Transporting  R.O.B.  Available  at  <http://www.dfab.arch.ethz.ch/web/e/forschung/135.html> 

(accessed 17th March) 

Figure 16: Pike Loop. Available at <http://cherrypatter.com/2009/10/pike‐loop‐a‐robot‐built‐installation‐in‐nyc‐

really/> (accessed 17th March) 

Figure 17: Land Securities Bridge. Available at <http://www.akt‐uk.com/indexTemp.php> (accessed 23rd March) 

Figure 18: Trezidis. K. 2006. Algorithmic Architecture. Oxford. Architectural Press. p 79 

Figure 19: Hovestadt. L. 2010. Beyond the Grid. Germany. Birkhauser. p26 

Figure 20: Hovestadt. L. 2010. Beyond the Grid. Germany. Birkhauser. p199 

Figure 21: Hovestadt. L. 2010. Beyond the Grid. Germany. Birkhauser.  p104 

Figure 22: Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 64 

Figure 23: Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 65 

Figure 24: Picture 4. Available at <http://www.digitalcrafting.dk/?cat=16> (accessed 27th March) 

Figure 25: Software developed by Adam Blaney and Conor Black. 2011 

Figure 26: Spuybroek. L. 2004. NOX Machining Architecture. UK. Thames & Hudson.p 123 

Figure 27: Coates.P. 2010. Programming Architecture. Oxan. Routledge P103 

Figure 28: Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 198 

Figure 29: Dm Johnson. Available at <http://mocoloco.com/archives/004791.php> (accessed 26th April) 

Figure 30: Grotto. Available at <http://scriptedbypurpose.wordpress.com/participants/arandalasch/> (accessed 

5th April) 

 

67 

Figure  31:  Dzn  Modern‐Primitives.  Available  at  <http://blog.vandm.com/2010/09/less‐is‐more‐2010‐venice‐

architecture.html> (accessed 28th April) 

Figure 32: Island City Central Park GRIN GRIN. Available at <http://openbuildings.com/buildings/island‐city‐central‐park‐grin‐grin‐profile‐2817/media> (accessed 5th April) 

Figure 33: Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 80 

Figure 34: Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 82 

Figure 35: Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 87 

Figure 36: Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 87 

Figure 37: Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. p 87  

Figure 38: Eggshell. Available at <http://ming3d.com/DAAP/ARCH719sp11/> (accessed 5th April) 

Figure 39: Wolffs Law. Available at <http://www.wellsphere.com/exercise‐article/how‐strength‐training‐helps‐

prevent‐osteoporosis/29736> (accessed 29th April) 

Figure  40:  Iwamoto.L.2009.Digital  Fabrications.  Architecture  and Material  Techniques.  New  York.  Princeton 

Architectural Press. p 123 

Figure  41:  Carpalskin.  Available  at  <http://web.media.mit.edu/~neri/site/projects/carpalskin/carpalskin.html> 

(accessed 29th April) 

Figure 42: Beast. Available at <http://web.media.mit.edu/~neri/site/projects/beast/beast.html>  (accessed 29th 

April) 

Figure 43: Spiller.N. Digitalia – The other digital practice.  2010. Architectural Design, Exuberence. 80.  2. p 21 

Figure  44:  Computational  Architecture.  Available  at  <http://do‐wild‐thing.blogspot.com/2011/04/michael‐

hansmeyer.html> (accessed 3rd May) 

Figure 45: Computational Architecture. Available at <http://www.fastcodesign.com/1663306/the‐worlds‐most‐

complex‐architecture‐cardboard‐columns‐with‐16‐million‐facets#9> (accessed 3rd May) 

 

68 

Figure 46: Spuybroek. L. 2004. NOX Machining Architecture. UK. Thames & Hudson.p 43 

Figure 47: Monocoque2. Available at 

<http://web.media.mit.edu/~neri/site/projects/monocoque2/monocoque2.html> (accessed 6th May) 

Figure 48: Hollow Bone. Available at <http://sharonapbio‐taxonomy.wikispaces.com/Animalia‐Chordata‐‐Aves> 

(accessed 6th May) 

Figure 49: Bird Bone. Available at 

<http://www.sciencephoto.com/images/download_lo_res.html?id=801060011> (accessed 6th May) 

Figure  50:  Dome  1.  Available  at  <http://regisworld.wordpress.com/2008/10/25/the‐biohouse‐project/> 

(accessed 7th May) 

Figure 51: Burke. A and Tierney. T. 2007. Network practices.  Princeton architectural press. p 46 

Figure 52: Doubled Surface. Available at <http://www.youtube.com/user/jehc5> (accessed 7th May) 

Figure  53:  Super  computer.  Available  at  <http://www.hovied.com/technology/2010/chinese‐supercomputer‐

dwarfs‐all‐others‐15117860.html> (accessed 8th May) 

Figure 54: The Disintegrated Wall. Available at <http://www.dfab.arch.ethz.ch/web/e/lehre/87.html> (accessed 

8th May) 

Figure 55: Lego Sensors. Available at <http://ai.ia.agh.edu.pl/wiki/mindstorms:description> (accessed 8th May) 

Figure 56: Blaney. A. 2011  

Figure 57: Spuybroek.L 2004. NOX Machining Architecture. China. Thames & Hudson. p 34 

Figure 58: Beesley.P 2011. Soil and Protoplasm. Architectural Design. Protocell Architecture. Vol 80. Issue 2. p 86 

Figure 59: Beesley.P 2011. Soil and Protoplasm. Architectural Design. Protocell Architecture. Vol 80. Issue 2. p 80  

Figure 60: Fun Palace. Available at <http://slcl.ca/blog/wp‐content/uploads/2010/03/Screen‐shot‐2010‐02‐24‐

at‐3.59.53‐PM.png> (accessed 10th May) 

 

69 

Figure  61:  Benjamin.D  and  Yang.S.I.  2010.The  Living.  Architectural  Design.  Territory:  Architecture  Beyond 

Environment. 80(3). p63 

Figure  62:  Benjamin.D  and  Yang.S.I.  2010.The  Living.  Architectural  Design.  Territory:  Architecture  Beyond 

Environment. 80(3). p62 

Figure 63: Blaney. A 2011 

Figure 64: Blaney. A 2011 

Figure 65: Blaney. A 2011  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70 

Bibliography 

Books 

• Adjaye. D. 2006. Making Public Buildings. UK. Thames & Hudson 

• Bergdoll.  B. et al. 2007. Reflect : Barkow Leibinger Architects : building in the digital media city, Seoul, 

Korea. Ostfildern. Hatje Cantz 

• Berkel. V. B. Bos. C. 2007. UN Studios, Design Models Architecture Urbanism Infrastructure. UK. Thames 

& Hudson 

• Burke. A and Tierney. T. 2007. Network practices.  Princeton architectural press. 

• Coates. P. 2010. Programming Architecture. Oxan. Routledge. 

• Dini. E. 2009. D‐Shape. Italy. NP 

• Frazer. J. 1995. An Evolutionary Architecture. London. Architectural Association Publications. 

• Gramazio. F and Kohler. M. 2008. Digital Materiality in Architecture. Germany. Lars Muller Publishers. 

• Guallart. V. 2008. Geo Logics, Geography Information Architecture. Barcelona. Actar 

• Hovestadt. L. 2010. Beyond the Grid. Germany. Birkhauser. 

• Iwamoto.  L.  2009.  Digital  Fabrications.  Architecture  and Material  Techniques.  New  York.  Princeton 

Architectural Press. 

• Kieren.S and Timberlake.J. 2003. Fabricating Architecture. London. Mcgraw‐Hill. 

• Klinger.  K.R.  N.D.  Making  Digital  Architecture:  Historical,  Formal,  and  Structural  Implications  of 

Computer Controlled Fabrication and Expressive Form.  

• Ed. Kubo. M and Ferre. A. 2004. Phylogenesis. Barcelona. Actar 

• Mass. W. 2007. Five Minutes City: architecture and (im)mobility : forum & workshop. Rotterdam. Ram 

Distribution 

• McCoullough.M. 1996. Abstracting craft. The Practiced Digital Hand. Cambridge. MIT Press. 

• MVRDV. 2005. KM3: Excursions on Capacity. Barcelona. Actar  

• Sakamoto. T. Ferre. A. Kubo. M. 2006. Form Contol to Design. Europe. Ingoprint SL. 

• Sergison. J and Bates. S. 2002. Papers. UK. Sergison Bates Architects 

• Sergison. J and Bates. S. 2007. Papers2. UK. Editorial Gustavo Gili 

 

71 

• Spuybroek. L. 2004. NOX Machining Architecture. UK. Thames & Hudson. 

• Stanley. M. 2007. From agit‐prop to free space : the architecture of Cedric Price. London. Black Dog 

• Terzidis.K. 2006. Algorithmic architecture. Oxford. Architectural Press. 

• Varnelis. K. 2008. Networked Publics. Massachusetts. MIT Press. 

• Woudhuysen. J. and Abley. I. 2004. Why is Construction so Backward? Chichester. Wiley Academy. 

• Zerbst. R. 2005. Gaudi, The Complete Buildings. South Korea. TASCHEN. 

• 1991.Collins Shorter Dictionary and Thesaurus. The Book People Ltd. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72 

Journals 

• Bob.S. 2005. Architectural Design, Design Through Making. 75. 4 

• Fox. M. 2010. Catching up with the Past. FOOTPRINT. 

• Gissen. D. 2010. Architectural Design. Territory: Architecture Beyond Environment. 80.3 

• Hight. C, Perry. C. 2006. Architectural Design, Collective Intelligence in Design 

• Hight. C, Perry. C. 2006. Architectural Design, Eco Redux. 76. 5 

• Menges.A 2006. Polymorphism. Architectural Design, Eco Redux. 76. 2. 

• Oxman. R and Oxman. R. 2010. Architectural Design, The new Structuralism. 80. 4.  

• Spiller. N, Armstrong. R. 2011. Architectural Design, Protocell Architecture. 81.2 

• Spiller.N. Digitalia.  2010. Architectural Design, Exuberence. 80.  2. 

• Trummer. P. 2009. Architectural Design, Digital Cities. 79. 4 

 

Websites 

• http://www.dailytonic.com/pike‐loop‐manhattan‐new‐york‐by‐gramazio‐kohler‐architecture‐and‐

digital‐fabrication‐eth‐zurich/ 

• http://www.thefreedictionary.com 

• http://dictionary.reference.com 

• http://www.businessdictionary.com 

• http://www.open2.net/modernity/4_12.htm 

• http://www.nso.penndesign.net/sp_alb‐1.htm 

• http://web.media.mit.edu/~neri/site/index.html 

• http://www.philipbeesleyarchitect.com/ 

• http://www.digitalcrafting.dk/ 

• http://www.fabricate2011.org/ 

• http://www.akt‐uk.com/indexTemp.php 

 

73 

• http://do‐wild‐thing.blogspot.com/2011/04/michael‐hansmeyer.html 

• http://www.interactivearchitecture.org/ 

• http://www.dfab.arch.ethz.ch/ 

• http://www.fastcodesign.com/1663306/the‐worlds‐most‐complex‐architecture‐cardboard‐columns‐

with‐16‐million‐facets#9 

• http://legacy.lclark.edu/~soan221/fordism2.html 

• http://archigram.westminster.ac.uk/index.php 

• http://www.open2.net/modernity/4_12.htm 

• http://www.footprintjournal.org/issues/current 

• http://www.engadget.com/2009/10/14/irobot‐shape‐shifting‐chembot‐is‐back‐and‐its‐bad‐video/ 

• http://www.arandalasch.com/ 

 

Lectures 

• http://generativedesign.wordpress.com/2010/02/05/computational‐form‐finding/ 

• BIM Lecture. Arto Kiviniemi. 2011