Площадь Федерации, Мельбурн, Австралия
Динамичные, текстурные и символичные; не важно, бросают ли они вызов силе притяжения или органично вырастают из окружающего ландшафта, — знаменитые сооружения часто имеют
сложные фасады. Спроектированные не только для защиты, они также регулируют такие переменчивые факторы, как температура и внешняя эстетика.
Специалист в данной области, компания Newtecnic, проектирует и анализирует фасадные системы для их использования в значимых общественных проектах, а также систематически сотрудничает с компанией Zaha Hadid Architects, известной во всем мире смелыми, текучими архитектурными формами. Основатели и нынешние руководители компании Newtecnic Эндрю Уоттс (Andrew Watts) и Ясмин Уоттс (Yasmin Watts) известны своей работой над выдающимися проектами, в число которых входят знаменитая Площадь Федерации (Мельбурн, Австралия) и совсем недавно построенный культурный центр имени Гейдара Алиева в центре Баку, Азербайджан (см. рис. 1).
«Наши клиенты хотят получить эффективные и экономичные конструкторские решения, которые бы соответствовали требованиям, условиям окружающей среды и были бы просты в эксплуатации, — говорит Кармело Галанте (Carmelo Galante), начальник исследовательского отдела компании Newtecnic. — Поэтому ключевым аспектом нашей работы является описание физических свойств фасадных систем, которые мы проектируем».
Существует множество задач, которые можно решить с помощью моделирования: от исследований солнечного излучения, которые позволяют оптимизировать расчет затенения, чтобы уменьшить нагрузку на систему охлаждения и добиться максимальной эстетики, до влияния крепежных кронштейнов вентилируемого фасада на целостность изоляции.
Моделирование за рамками концептуального проектирования
Программное обеспечение COMSOL Multiphysics® стало ключевым инструментом для компании Newtecnic. Рассказывает Кармело Галанте: «Один пакет для моделирования решает все наши задачи. Я использую COMSOL для изучения трехмерных моделей теплового моста — это когда материалы с высокой проводимостью проникают в изоляцию — и его влияния на общую энергоэффективность всего сооружения, а также для оценки максимальной температуры компонентов и выбора наиболее подходящих изделий или материалов. Я могу оценивать давление облицовки на конструкцию здания на этапах эскизного проектирования и исследовать более сложные фасады, в которых одновременно присутствует и принудительная, и естественная вентиляция. Также я могу оценивать влияние различных конфигураций конструкции на гигротермические характеристики фасадной системы».С помощью функции импорта данных САПР, доступной в среде COMSOL®, Галанте часто импортирует сложные геометрические формы, в основном из ПО Autodesk® AutoCAD® и Rhinoceros®. В компании Newtecnic все чаще применяется ПО Autodesk® Revit®, поэтому новый модуль расширения LiveLink™ for Revit®, обеспечивающий интеграцию моделей COMSOL со средой Revit, исключительно важен для работы. Также Галанте использует COMSOL совместно с инструментами параметрического моделирования, такими как язык программирования Grasshopper®, который применяется для построения и анализа сложных геометрий посредством порождающих алгоритмов.
В одном из текущих проектов компании Newtecnic применяется проектирование фасадных систем для престижного частного сооружения, которое состоит из самонесущих бетонных оболочек длиной от 10 до 80 м и высотой до 30 м (см. рис. 2).
Выполнив упрощенный двухмерный анализ в среде COMSOL, Галанте изучил, каким образом создаваемый кронштейнами эффект теплового моста влияет на распределение температуры по фасаду (см. рис. 4).
Рисунок 5. Модель одной из оболочек, показанных на рисунке 2, с выделенными областями, на которые воздействуют один или два кронштейна либо не воздействует ни один кронштейн
«С помощью мультифизического моделирования я сумел лучше понять реальную ситуацию, — объясняет Галанте. — Я могу анализировать потоки сред совместно с явлениями теплопередачи с учетом проводимости, конвекции и излучения. Иными словами, я могу более точно оценивать взаимосвязь разных физических явлений и проверять характеристики различных конструкций и материалов».
Учёт изменений конструкций
Инженеры компании Newtecnic должны учитывать постоянные изменения конструкции и подтверждать правильность любых таких изменений. «Моделирование дает нам такую возможность, — говорит Галанте. — Мы можем четко продемонстрировать, какой именно эффект окажут изменения конструкции, и не важно, относятся ли они, например, к энергоэффективности, конструктивным характеристикам, коррозии или сроку службы компонента».Директору Newtecnic Эндрю Уоттсу приходится отвечать на вопросы вроде: «Стоит ли поменять это, чтобы заработало что-то другое?» или «Если мы это поменяем, то до какой степени?». Он высказал свое мнение: «С помощью моделирования мы можем отойти от применяемых в строительстве традиционных принципов изучения отдельных компонентов, которые выполняют одну единственную функцию, а вместо этого думать о многофункциональных компонентах и сооружении в целом».
Моделирование используется для анализа каждого компонента сооружения, а его результаты в полном объеме присутствуют в чертежах, поэтому оценка затрат становится исчерпывающей и понятной. Фабио Миколи (Fabio Micoli), заместитель директора компании Newtecnic, отметил ценность обратной связи с клиентами.
«Моделирование сводит к минимуму затраты на строительство, демонстрируя подрядчикам, что именно необходимо построить. Это, в свою очередь, позволяет сократить бюджет непредвиденных затрат и время на устранение недостатков конструкции, давая строительной бригаде сконцентрироваться на сроках выполнения проекта».
Непрерывный процесс улучшения
«Цифровые инструменты, которые мы используем, например, среда моделирования, позволяют нам изучать новые возможности, а также улучшать процесс проектирования», — говорит Галанте. Он и его коллеги видят потенциал для более широкого использования моделирования в компании Newtecnic, включая новую Среду разработки приложений, входящую в COMSOL Multiphysics ® 5.0. Миколи отмечает: «Мы можем, например, лучше взаимодействовать с клиентами, создав приложение, которое позволило бы архитектору изменять различные параметры и видеть, как именно изменения повлияют на конструкцию, не вникая в нюансы мультифизического моделирования».Определяющим фактором является то, что с помощью моделирования клиенты компании Newtecnic смогут лучше чем, когда-либо, понять характеристики сооружения, что подчеркнет преимущества инновационного архитектурного проекта.
Autodesk, логотип Autodesk, AutoCAD и Revit являются зарегистрированными торговыми марками или торговыми марками
компании Autodesk, Inc. и (или) ее дочерних компаний и (или) ее аффилированных компаний в США и (или) других странах.
Grasshopper и Rhinoceros являются зарегистрированными торговыми марками Robert McNeel & Associates.