随着社会的发展,建筑材料和营造技术取得了极大的进步,使得人们对建筑的需求从原始的功能需求过渡到审美需求上。审美需求极大地激发了建筑师的设计灵感,使得当前城市涌现出许多有别于传统建筑形式的异形建筑,其复杂的建筑造型在给我们带来美的享受的同时,也给建筑行业带来了新的设计思潮和技术革新,相关的生产方式和生产工具也有了极大的更新。参数化设计便是其中之一,相关工具也是琳琅满目——如Pro/Engineer,UGNX,CATIA和Solidworks等等,而基于Rhino平台的Grasshopper(简称GH)则是建筑设计师们的热门之选。
然而对于大部分建筑从业者来说,参数化工具仅限于用来生成异形的曲面与复杂的表皮形式,但在后期深化环节却束手无策,以至于经常出现前期设计酷炫而后期配合却无法跟进,亦或是造价过高客户无法接受的尴尬局面。本文就基于一个落地公建项目的立面设计与优化,探讨参数化在项目后期中的具体运用与解决问题的方法。希望能为大家在未来的工作中起到抛砖引玉的作用。
GRASSHOPPER丨ALUMINUM PLATE丨RHOMBUS
项目位于眉山天府新区,是一个以海洋为主题的主题性游乐馆,建筑立面由4356块菱形折叠式铝板单元(以下简称铝板单元)组成,通过GH精确控制每个铝板单元的起翘高度,以达到整体呈现海浪起伏的视觉效果,同时也使整个立面更具雕塑感。在设计过程中,业主与我方都高度重视幕墙表皮的曲面优化,由于该项目中的块铝板单元尺寸各异,产生的模块数量众多,如果不对立面进行优化,那么对成本造价以及生产周期等诸多环节都非常不利。因此业主希望我们能提供合理的解决方案,在满足视觉效果的前提下,尽可能多的减少模块数量。项目的外立面表皮由两部分组成,分别为菱形网格状龙骨,以及置于其上的铝板单元,其中铝板单元的两边与龙骨两边共线以用于铝板单元的固定安装,而另外两边则不同程度的悬空用于形成图案效果。组成网格状龙骨的两个基本元素为:边长以及内角,而组成铝板单元的三个基本元素为:边长,内角,以及折叠角。▲网格内角δ,起翘角γ与铝板单元内角α,折叠角β的三角函数关系我们基于上述的铝板单元的三元素,运用GH对本项目的模块进行数量统计与归类,计算出该立面在原始状态未经优化的情况下,共计922种模块。通过分色图可以非常直观的看到不同模块在立面上的分布情况。922种模块对于此项目立面造型来讲,数量过多,不利于造价以及施工。经过分析不难发现,模块数量众多的原因是:立面造型两段起翘,引起厚度大小发生变化(图4),导致了在该形体上划分出的网格龙骨边长以及内角大小各异,进而产生了多种模块。由于本案中立面形体的特殊性,我们以控制变量法的方式,分别对网格龙骨边长以及内角进行优化统一,希望以此减少变量,方便后面的模数控制。通过GH我们实现了相应的优化结果,并分别得到了相关模块数据——优化统一边长后,产生了181种模块;优化统一内角后,产生了831种模块基于上述对边长及内角的优化,我们将两种优化方式结合,最终通过重组和整合,将总模块数量控制在了10,15,24以及32种这四种组合中。在上述4种模块组合中,综合视觉效果,成本造价,生产周期等多种因素,客户最终选定了24种模块作为优化方案,既满足整理的立面渐变效果,又满客户成本要求。从最开始的922种模块下降到最终的24种模块,从最开始的预估750万成本减少到最后的204万总造价,我们通过不断的失败与尝试,完成了整个立面表皮的优化工作。其间任一环节都需要大量的数据计算以及分析比对,正是通过GH平台,我们实现了传统软件很难或根本无法实现的工作,对多达4356个铝板单元实现了精确的控制以及与后期团队的施工配合。同时结合我们团队在工作中研发的数据可视化插件,将枯燥繁琐的数据以图像的方式呈现给客户,起到了很好的展示与沟通的作用,也为项目的推进带来了诸多便利。纵观本案外立面的整个优化过程,我们不难看出,GH绝不止是传统认知中“做表皮,玩形式”的神器,更是参数处理,数据把控的利器。只要大家能多用“参数化”的方式去思考,探索与研究,那么工作中遇到的很多难题都能迎刃而解。未来,我们也将陆续与大家分享交流GH在建筑设计乃至其它领域中的应用,共同探索,发掘其巨大潜能。
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