[分享]单一模型参数化优化设计全过程

发表于2020-01-06    21人浏览    1人跟帖    总热度:140  


随着BIM应用不断发展完善,目前已经开始应用于大型结构和桥梁的设计、施工和监测当中。许多可供设计师、业主、经理人、工程师和承包商采用的报告和手册已经出版。同时,参数化设计具有灵活性和适应性等优点。资料记载中很少有将所有设计过程集成到“单一模型”中以获得更可靠设计过程的案例。本文结合一些实际案例,简要介绍了Maffeis工程公司提出的“单一模型”策略。

面对大型结构和一些独特建筑的设计挑战,Maffeis工程公司采取了一种新的方法,叫做“单一模型”(OSM)。“单一模型”是一组链接的软件和工具集群,其中大部分是内部开发或与API(应用程序编程接口)链接。根据Maffeis的协议和标准、精确的方案与工作流程,“单一模型”的管理是从FEM分析到BIM模型(反之亦然)的数据输入,并生成技术报告,自动验证IFC图纸和BIM输出。其目的是,在办公室的不同部门之间对设计过程进行完全参数化,以实现更高的标准质量和客户的快速请求,并可以完全控制设计过程。

单一模型参数化优化设计全过程_1
参数化设计

设计过程

一个项目是从建筑师或客户的初始构思开始的,但是通常在设计的过程中,最终的成果往往与最初的构思会大不相同。即使设计已经开始,也会有许多抉择、疑问或后期的事宜需要考量。同时,需要制定设计方案,考虑许多设计可能遇到的限制因素,比如,时间、成本、可行性、施工现场可能发生的干扰、MEP阻碍,等等。因此,设计师和工程师要协同管理设计的限制因素和参数来不断优化设计。所以,需要在找到最佳解决方案的同时,满足解决方案易于更改的条件。这也是需要采用参数化设计和参数化设计在当今建筑行业中日渐重要的原因。参数化设计提供了创新的解决方案,以帮助解决整个过程中产生的越来越多的挑战,提高工作的效率和设计的质量。

方法的复杂性

关于参数化设计的普遍认识是,设计人员可以通过使用参数来更改3D模型的几何形状。因为结构可以通过想象产生变幻无穷的几何形态。比较典型的示例是,使用Grasshopper或Dynamo软件完成的3D模型,建筑师可以根据输入参数的不同,快速更改和调整建筑物的结构形状。
然而通常这些参数不仅可以改变几何形状或数量,而且还会改变结构行为,并且可以对其进行控制以达到最佳解决方案。而存在的问题是,如何在确保符合标准和规范以及左右结构验证的前提下,有效地控制更改。

从模拟到建筑工地

通常,参数化软件用于表面复杂的建模或具异常形状的特定建筑物,但不仅限于此。参数化设计可用于数据的定义和交换、工作流程、自动化、安装施工方案和时间表的分析。Maffeis工程公司早在几年前已开始在所有不同阶段使用参数化设计:从概念到施工阶段,都使用一种称为“单一模型”(OSM)的方法。

单一模型

独特的控制面板:画布

“单一模型”的控制面板是一个可视化的编程接口。它不仅是对程序员,甚至对工程师和设计师来说都是简单直观的,因为它是按模块或步骤组织的,所以明确定义了输入和输出。这一阶段的成效直接取决于项目本身,所以需要从设计的最开始就努力做好每一个步骤。然而,一旦机器完成了这项指令,便拥有了巨大的优势,之后所有的步骤均将受此画布控制—FEM分析和BIM模型。

单一模型参数化优化设计全过程_2

BIM区域

对于大型结构和独特造型的建筑物来说,每一个设计步骤都不同于以往,与其相适应的方法也会不同。鉴于此,“单一模型”的体系结构是延展式的一种模式,可以很容易地适应从概念到执行的每个过程,和每个设计阶段。有时候,会遇到客户要求采用BIM的方法,这时“单一模型”的流程,将会在某一方面的设计过程中产生失衡的状态。

以Fivizzano桥为例,是在“单一模型”协议内开发了FEM网格,使用FEM模型和Revit模型生成并自动更新所有的施工图和施工方案。该桥是一座人行桥,长200米,宽3~6米不等(总重量约750吨)。“单一模型”不仅会自动生成工程图,还会从工程量清单、施工时间表和技术文档中自动生成工程图。此外,当需要详细的FEM模型时,它是从相同的BIM模型和相同的输入开发而来的。同时,更改由Dynamo画布控制。

单一模型参数化优化设计全过程_3

FEM区域

以中东地区的一座双塔钢桥为例。该项目设计过程的标准方法是采用了自动化算法,该结构的重点节点由厚度达150mm的全焊接钢板组成。选择每个节点上的会聚光束,定义节点网格划分的几何定义算法,并对结果进行分析和后期处理。通过识别T形接头并根据应力水平定义焊缝,实现焊缝的自动化设计。通过这种方式,工程师可以专注于高层次的要求问题,节省重复任务的时间。通过优化设计方法,可以将每个节点的处理时间从最初估计的24小时减少到平均9小时的时长,并且也考虑了建模和处理分析所需的时间,在“单一模型”的协助下新的目标便实现了。

Maffeis spider软件是一种可以将所有内容组合在一起的内部软件,由程序员与工程师以及架构师共同开发,以解决特定任务并在不同软件之间建立起链接。Maffeis spider程序正处在发展时期,并且许多第三方软件已被集成工具所取代。该软件用控制面板(Grasshopper或Dynamo)与FEM和BIM软件之间的接口,且具有实时链接,可双向传输信息和数据。为实现结构分析软件,开发了结构构件验证和工程方案优化等其他工具。

大型结构的设计需要不同学科之间进行大量的协调。为了减少成本以及信息、时间、精力的损失,Maffeis工程公司开发了新的工作方式叫做“单一模型”法。这种方法提供了在结构和建筑设计之间轻松连接的能力。将来,控制面板、FEM模型和BIM接口将在内部开发,并与“单一模型”协议集成。为此,程序员需要与项目团队,以及需要特定技能的技术部门一起工作。即使可以将流程的每个部分与其他部分分开,并且可以作为一个独立的模块,只要清楚定义了所有设计阶段,就可以从一个“单一模型”中获得最佳结果。其复杂性可以通过分解成小而简单的模块来解决:一个“单一模型”应该以一种参数化的方式同样地遵循这个逻辑,在设计过程中共享信息和知识。


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 发表于2020-01-06   |  只看该作者      

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