¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

21 декабр€ 2021

 ак € сделал Ђгенератор дипломов дл€ строительного вузаї

¬ладислав Ўестаков

јвтор окончил в 2021 году специалитет »нженерно-строительного института —ибирского федерального университета, г.  расно€рск, по специальности Ђ—троительство уникальных зданий и сооруженийї.

ѕо просьбе автора воспроизводим его статью, опубликованную ранее на habr.

¬ этой статье € хочу рассказать, как € использовал визуальное программирование дл€ получени€ расчетной и архитектурной модели здани€ в своем дипломном проекте.

ѕро параметрическое моделирование € узнал на 5-м курсе строительного института. –утина всегда отталкивала мен€, но в тоже врем€ € понимал, что это неминуема€ часть моей будущей работы, поэтому решил работать над минимизацией ее количества.

‘ормирование геометрии здани€

ѕлагин Grasshopper дл€ Rhino 7 Ч это высокоточное математическое представление любой формы, что позвол€ет его использовать дл€ создани€ сложной геометрии зданий.

–ис. 1. 3D-модель в Rhino 7

–ис. 1. 3D-модель в Rhino 7

≈ще до момента открыти€ программы следует задатьс€ измен€емыми входными параметрами модели дл€ того, чтобы приступить к разработке логики сценари€.

»значально были заданы следующие параметры:

  • габарит здани€ (в основе формы фигура посто€нной ширины “реугольник –Єло);
  • высота этажа;
  • угол поворота этажа;
  • радиус €дра жесткости.
–ис. 2. ¬ходные параметры в Grasshopper

–ис. 2. ¬ходные параметры в Grasshopper

¬ ходе разработки подземной части здани€ были добавлены и другие параметры:

  • ширина коридора возле €дра жесткости;
  • отступ контура плитного ростверка от контура сваи;
  • шаг расстановки свай (рассто€ние по ос€м между ближайшими сва€ми);
  • отступ крайней сваи от контура плитного ростверка.
–ис. 3. ƒополнительные входные параметры в Grasshopper

–ис. 3. ƒополнительные входные параметры в Grasshopper

Ќиже представлен участок сценари€, создающий уровни в —апфир.

–ис. 4

–ис. 4

¬ Grasshopper был создан участок сценари€, формирующий треугольник –Єло на плоскости. ‘игура в плане была выбрана не случайно. ¬о-первых, с точки зрени€ архитектуры, при использовании круглого €дра жесткости получаетс€ посто€нно мен€юща€с€ глубина помещени€, что дает гибкость и свободу планировочных решений. ¬о-вторых, фигура достаточно проста при построении циркулем на бумаге или в чертежной программе, однако задание узлов, лежащих на данной кривой, в расчетных программах весьма трудоемко и требует или параллельного вычислени€ координат, или переноса dxf-геометрии.

–ис. 5. ѕлан здани€ в форме треугольника –ело

–ис. 5. ѕлан здани€ в форме треугольника –Єло

ƒалее, дл€ образовани€ перекрытий здани€, треугольник –Єло был размножен по высоте с определЄнным углом поворота и шагом, заданными во входных параметрах.

–ис. 6. Ќоды, формирующие плиты перекрыти€, и модель в Rhino 7

–ис. 6. Ќоды, формирующие плиты перекрыти€, и модель в Rhino 7

‘ормирование наружной структуры происходило в несколько этапов:

  • создание наклонных элементов;
  • создание условно вертикальных элементов (стальных колонн и железобетонных пилонов).
–ис. 7. Ќоды, формирующие диагридную решетку, и модель в Rhino 7

–ис. 7. Ќоды, формирующие диагридную решетку, и модель в Rhino 7

–ис. 8. Ќоды, формирующие условно вертикальные колонны

–ис. 8. Ќоды, формирующие условно вертикальные колонны

ћоделирование радиальных металлических балок сталежелезобетонного перекрыти€ изображено на рис. 9.

–ис. 9. Ќоды, формирующие балки сталежелезобетонного перекрыти€

–ис. 9. Ќоды, формирующие балки сталежелезобетонного перекрыти€

‘ормирование стен железобетонного €дра жесткости представл€ет довольно массивный объем нодов и св€зей, ввиду чего изучать логику его построени€ лучше, открыв Hi-res изображение сценари€ или файл программы. ѕомимо линий, образующих стены, были размечены точки проЄмов.

–ис. 10. Ќоды, формирующие €дро жесткости

–ис. 10. Ќоды, формирующие €дро жесткости

ѕодземна€ часть здани€ представл€ет собой:

  • монолитные железобетонные стены, на которые опираетс€ металлическа€ структура здани€;
  • плитно-свайный фундамент.

—ценарий ее моделировани€ представлен на рис. 11. “акже учтены отверсти€ в монолитной стене под ввод коммуникаций.

–ис. 11. Ќоды, формирующие подземную часть здани€

–ис. 11. Ќоды, формирующие подземную часть здани€

ƒл€ некоторых нагрузок необходимо смоделировать свои образующие линии. Ќапример, дл€ учета веса стекл€нных офисных перегородок внутри здани€. “акже нужно передать в —апфир определенный, параметрически измен€ющийс€, набор контуров перекрытий, величина нагрузок на которые отличаетс€ (технические этажи).

–ис. 12. Ќоды, задающие контуры дл€ нагрузок

–ис. 12. Ќоды, задающие контуры дл€ нагрузок

ƒополнительно был создан блок, вывод€щий справочную информацию о некоторых геометрических параметрах модели. — его помощью можно узнать углы наклонных элементов наружной металлической структуры и длину дуги треугольника –Єло.

–ис. 13. Ќоды, вывод€щие справочную информацию

–ис. 13. Ќоды, вывод€щие справочную информацию

¬ итоге получилс€ довольно крупный сценарий. ќсновной объем геометрии создавалс€ в Grasshopper, так как он предлагает большое разнообразие нодов с различными функци€ми. ƒл€ реализации подобного в —јѕ‘»–-√≈Ќ≈–ј“ќ– пришлось бы использовать обычное программирование. “акже —јѕ‘»– оперирует более сложной объемной геометрией с множеством свойств, а значит, врем€ выполнени€ сценари€ увеличилось бы.

–ис. 14. ќбщий вид сценари€ в Grasshopper

–ис. 14. ќбщий вид сценари€ в Grasshopper

ѕеренос модели из Grasshopper при помощи плагина Sapfir2020 в —јѕ‘»–-3D и доработка сценари€

— использованием Sapfir2020, плагина дл€ Grasshopper, геометри€ из Rhino 7 в виде точек и линий была перенесена в —јѕ‘»–-3D, где проводилось дальнейшее назначение сечений и доработка геометрии.

¬ —јѕ‘»–-3D по полученной геометрии из Grasshopper были созданы:

  • плиты перекрытий, а также проемы в них дл€ устройства шахт;
  • балки перекрытий;
  • металлические элементы наружной решетки;
  • железобетонные пилоны;
  • стены €дра жесткости и проЄмы в них;
  • стены подземного этажа здани€ и проЄмы в них;
  • плитно-свайный фундамент;
  • нагрузки от веса полов, веса кровли, веса перегородок, веса фасадного остеклени€, полезна€ нагрузка на перекрыти€, в том числе на технические этажи.

ѕараметризаци€ непосредственно в —јѕ‘»– позвол€ет автоматически корректно размещать балки и плиту перекрыти€ при изменении еЄ толщины. –едактиру€ свойства нодов программы, можно моментально помен€ть величину любого типа нагрузки, сечение и материал элементов, тип  Ё, опирание, св€зи. ќбщий вид сценари€ представлен на рис. 16.

–ис. 15. ћодель в —јѕ‘»–-3D

–ис. 15. ћодель в —јѕ‘»–-3D

–ис. 16. ќбщий вид сценари€ в —јѕ‘»–-3D

–ис. 16. ќбщий вид сценари€ в —јѕ‘»–-3D

ƒемонстраци€ работоспособности параметрической модели

ƒл€ демонстрации было создано две расчетных модели здани€ с различными параметрами (см. видео).

¬ ходе проверки работоспособности модели были вы€влены следующие особенности, св€занные с логикой работы —јѕ‘»–:

  • при изменении количества этажей дл€ новой расчетной модели предыдуща€ расчетна€ модель сбивает этажные конструктивные блоки. –екомендуетс€ сразу открывать и сохран€ть модель в Ћира-—јѕ–;
  • иногда не удаетс€ триангулировать некоторые плиты перекрыти€. ќбычно помогает удаление расчетной модели с нетриангулированными элементами и создание новой.

¬ыводы и итоги

»спользование параметризации при создании традиционных зданий требует анализа целесообразности дл€ каждого проекта. —тоит иметь в виду, что первичное создание модели может быть выигрышно при обычном подходе, однако последующее внесение правок нивелирует все прежние преимущества.

Ќаибольшую эффективность параметрический метод проектировани€ показывает при разработке зданий с нестандартными конструктивными формами. »з-за отсутстви€ какой-либо статистики и рекомендаций создание таких проектов требует поисковых расчетов:

  • увеличение или уменьшение общего габарита здани€ может потребоватьс€ дл€ обеспечени€ требуемых технико-экономических показателей в балансе с конструктивными предпосылками;
  • подбира€ угол поворота этажа, можно добитьс€ наиболее благопри€тной аэродинамики здани€;
  • мен€€ такие параметры, как высота этажа и размер €дра жесткости, можно получить оптимальные перемещени€, ускорени€ и формы колебаний здани€;
  • изменение шага свай и размера фундаментной плиты позвол€ет рассматривать различное их количество в зависимости от грунтовых условий, а также регулировать ширину основани€ при расчете опрокидывани€.

—ценарий, рассмотренный в статье, довольно гибкий. “ак, сохранив общую логику, можно заменить один нод и получить здание другой формы в плане, другой тип наружной металлической решетки.

—в€зка Grasshopper и —јѕ‘»–-√≈Ќ≈–ј“ќ– дают уникальную возможность дл€ проектировщика братьс€ за самые смелые проекты, оптимизиру€ его работу и повыша€ качество готового продукта. —равнива€ дес€тки и сотни вариантов одного здани€, можно получить наиболее экономичный и безопасный. ѕри этом затраты на этапе проектировани€ останутс€ примерно на том же уровне, что и разработка проекта традиционным методом, поскольку цена внесени€ изменений в параметрическую модель крайне мала.

»спользование всего потенциала программ сэкономит еще больше времени, снизит издержки проектировани€ и повысит экономичность. ќдин из примеров Ч задание армировани€ по результатам расчета в Ћира-—јѕ– и оформление чертежей  ∆ непосредственно в —јѕ‘»–-3D. —уществует множество плагинов дл€ Grasshopper, вот возможности некоторых из них:

  • расчет инсол€ции здани€ с вли€нием соседней застройки;
  • оптимизаци€ планировочных решений с использованием алгоритмов машинного обучени€;
  • топологическа€ оптимизаци€ формы (метод BESO);
  • CFD моделирование воздушных потоков.

Ћичным итогом дл€ мен€ стала разработка и защита дипломного проекта (рис. 17). ћожно с уверенностью сказать, что именно параметризаци€ позволила в сжатые сроки выполнить проект здани€ нестандартной конструктивной формой и положительно повли€ла на итоговое качество работы. Ќесмотр€ на отсутствие конструкторского опыта у студента, данный подход позволил получить более полное понимание о работе конструктивной схемы благодар€ возможности ее анализа при различных параметрах.

–ис. 17. 3D-модель дипломного проекта автора статьи

–ис. 17. 3D-модель дипломного проекта автора статьи

ѕерспективы

јрхитекторы намного чаще используют Grasshopper, чем конструкторы. Ќапример, при использовании единой параметрической модели, переданной архитекторами, общий замысел и концепци€ проекта останетс€ неизменной несмотр€ на то, что инженер-конструктор внесет какие-то изменени€ дл€ обеспечени€ надежности и безопасности реализуемого проекта. ¬озможна и обратна€ ситуаци€: например, инженер-конструктор создает сценарий, а уже архитектор задает такие параметры, чтобы получить требуемые технико-экономические показатели, не мен€€ основных конструктивных решений. ≈сть уверенность, что при дальнейшем изучении и внедрении данного подхода могут быть применены приЄмы дл€ совместной работы, что увеличит производительность и качество итогового продукта.

Ѕлагодарность

«а помощь и наставничество хочу выразить благодарность моему дипломному и научному руководителю Ч к.т.н. “арасову јлексею ¬ладимировичу.

ѕримечание

ќписанный опыт был первым дл€ автора. —ценарий, представленный в статье, может быть многократно оптимизирован при более глубоком изучении Grasshopper.

Ќаписать автору: 8he8takov@gmail.com



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ѕерем с полки огурец
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2022 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.