單一模型參數(shù)化優(yōu)化設計全過程
來源：橋梁雜志 作者：橋梁雜志 更新于：2020-1-8 閱讀：
隨著BIM應用不斷發(fā)展完善，目前已經(jīng)開始應用于大型結構和橋梁的設計、施工和監(jiān)測當中。許多可供設計師、業(yè)主、經(jīng)理人、工程師和承包商采用的報告和手冊已經(jīng)出版。同時，參數(shù)化設計具有靈活性和適應性等優(yōu)點。資料記載中很少有將所有設計過程集成到“單一模型”中以獲得更可靠設計過程的案例。本文結合一些實際案例，簡要介紹了Maffeis工程公司提出的“單一模型”策略。
面對大型結構和一些獨特建筑的設計挑戰(zhàn)，Maffeis工程公司采取了一種新的方法，叫做“單一模型”（OSM）。“單一模型”是一組鏈接的軟件和工具集群，其中大部分是內(nèi)部開發(fā)或與API（應用程序編程接口）鏈接。根據(jù)Maffeis的協(xié)議和標準、精確的方案與工作流程，“單一模型”的管理是從FEM分析到BIM模型（反之亦然）的數(shù)據(jù)輸入，并生成技術報告，自動驗證IFC圖紙和BIM輸出。其目的是，在辦公室的不同部門之間對設計過程進行完全參數(shù)化，以實現(xiàn)更高的標準質(zhì)量和客戶的快速請求，并可以完全控制設計過程。
參數(shù)化設計
設計過程
一個項目是從建筑師或客戶的初始構思開始的，但是通常在設計的過程中，最終的成果往往與最初的構思會大不相同。即使設計已經(jīng)開始，也會有許多抉擇、疑問或后期的事宜需要考量。同時，需要制定設計方案，考慮許多設計可能遇到的限制因素，比如，時間、成本、可行性、施工現(xiàn)場可能發(fā)生的干擾、MEP阻礙，等等。因此，設計師和工程師要協(xié)同管理設計的限制因素和參數(shù)來不斷優(yōu)化設計。所以，需要在找到最佳解決方案的同時，滿足解決方案易于更改的條件。這也是需要采用參數(shù)化設計和參數(shù)化設計在當今建筑行業(yè)中日漸重要的原因。參數(shù)化設計提供了創(chuàng)新的解決方案，以幫助解決整個過程中產(chǎn)生的越來越多的挑戰(zhàn)，提高工作的效率和設計的質(zhì)量。
方法的復雜性
關于參數(shù)化設計的普遍認識是，設計人員可以通過使用參數(shù)來更改3D模型的幾何形狀。因為結構可以通過想象產(chǎn)生變幻無窮的幾何形態(tài)。比較典型的示例是，使用Grasshopper或Dynamo軟件完成的3D模型，建筑師可以根據(jù)輸入?yún)?shù)的不同，快速更改和調(diào)整建筑物的結構形狀。
然而通常這些參數(shù)不僅可以改變幾何形狀或數(shù)量，而且還會改變結構行為，并且可以對其進行控制以達到最佳解決方案。而存在的問題是，如何在確保符合標準和規(guī)范以及左右結構驗證的前提下，有效地控制更改。
從模擬到建筑工地
通常，參數(shù)化軟件用于表面復雜的建模或具異常形狀的特定建筑物，但不僅限于此。參數(shù)化設計可用于數(shù)據(jù)的定義和交換、工作流程、自動化、安裝施工方案和時間表的分析。Maffeis工程公司早在幾年前已開始在所有不同階段使用參數(shù)化設計：從概念到施工階段，都使用一種稱為“單一模型”（OSM）的方法。
單一模型
獨特的控制面板：畫布
“單一模型”的控制面板是一個可視化的編程接口。它不僅是對程序員，甚至對工程師和設計師來說都是簡單直觀的，因為它是按模塊或步驟組織的，所以明確定義了輸入和輸出。這一階段的成效直接取決于項目本身，所以需要從設計的最開始就努力做好每一個步驟。然而，一旦機器完成了這項指令，便擁有了巨大的優(yōu)勢，之后所有的步驟均將受此畫布控制—FEM分析和BIM模型。
BIM區(qū)域
對于大型結構和獨特造型的建筑物來說，每一個設計步驟都不同于以往，與其相適應的方法也會不同。鑒于此，“單一模型”的體系結構是延展式的一種模式，可以很容易地適應從概念到執(zhí)行的每個過程，和每個設計階段。有時候，會遇到客戶要求采用BIM的方法，這時“單一模型”的流程，將會在某一方面的設計過程中產(chǎn)生失衡的狀態(tài)。
以Fivizzano橋為例，是在“單一模型”協(xié)議內(nèi)開發(fā)了FEM網(wǎng)格，使用FEM模型和Revit模型生成并自動更新所有的施工圖和施工方案。該橋是一座人行橋，長200米，寬3~6米不等（總重量約750噸）。“單一模型”不僅會自動生成工程圖，還會從工程量清單、施工時間表和技術文檔中自動生成工程圖。此外，當需要詳細的FEM模型時，它是從相同的BIM模型和相同的輸入開發(fā)而來的。同時，更改由Dynamo畫布控制。
FEM區(qū)域
以中東地區(qū)的一座雙塔鋼橋為例。該項目設計過程的標準方法是采用了自動化算法，該結構的重點節(jié)點由厚度達150mm的全焊接鋼板組成。選擇每個節(jié)點上的會聚光束，定義節(jié)點網(wǎng)格劃分的幾何定義算法，并對結果進行分析和后期處理。通過識別T形接頭并根據(jù)應力水平定義焊縫，實現(xiàn)焊縫的自動化設計。通過這種方式，工程師可以專注于高層次的要求問題，節(jié)省重復任務的時間。通過優(yōu)化設計方法，可以將每個節(jié)點的處理時間從最初估計的24小時減少到平均9小時的時長，并且也考慮了建模和處理分析所需的時間，在“單一模型”的協(xié)助下新的目標便實現(xiàn)了。
Maffeis spider軟件是一種可以將所有內(nèi)容組合在一起的內(nèi)部軟件，由程序員與工程師以及架構師共同開發(fā)，以解決特定任務并在不同軟件之間建立起鏈接。Maffeis spider程序正處在發(fā)展時期，并且許多第三方軟件已被集成工具所取代。該軟件用控制面板（Grasshopper或Dynamo）與FEM和BIM軟件之間的接口，且具有實時鏈接，可雙向傳輸信息和數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)結構分析軟件，開發(fā)了結構構件驗證和工程方案優(yōu)化等其他工具。
大型結構的設計需要不同學科之間進行大量的協(xié)調(diào)。為了減少成本以及信息、時間、精力的損失，Maffeis工程公司開發(fā)了新的工作方式叫做“單一模型”法。這種方法提供了在結構和建筑設計之間輕松連接的能力。將來，控制面板、FEM模型和BIM接口將在內(nèi)部開發(fā)，并與“單一模型”協(xié)議集成。為此，程序員需要與項目團隊，以及需要特定技能的技術部門一起工作。即使可以將流程的每個部分與其他部分分開，并且可以作為一個獨立的模塊，只要清楚定義了所有設計階段，就可以從一個“單一模型”中獲得最佳結果。其復雜性可以通過分解成小而簡單的模塊來解決：一個“單一模型”應該以一種參數(shù)化的方式同樣地遵循這個邏輯，在設計過程中共享信息和知識。
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