追求特立独行的美,是建筑师的天性。
参数化设计工具在为建筑造型提供了无穷可能的同时,却也把建筑师的审美趣味导向疯狂和未来感;在世界各大建筑院校,也常常会出现这样的情况:老师用一套“合乎逻辑”却“不合常理”的教学思路,带领学生做出酷炫的建筑造型,可学生直到做完作业都不明白,“我为什么要这么做”?
反观其他设计领域,比如结构设计专业,却能够充分利用参数化设计的优越性,以“合理”为目标改良结构设计。这样的思维,是很多建筑师、尤其是学生们所欠缺的。
本文推荐给所有醉心于参数化建筑造型设计的朋友。
原文《结构黑科技——结构参数化》

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以下为正文
参数化大家可能并不陌生,核心思想就是把建筑设计的全要素都变成某个函数的变量,通过改变函数,或者说改变算法,人们能够获得不同的建筑设计方案。
参数化在建筑设计领域已得到了广泛的应用,如建筑师常用的Revit和基于Rhino平台的Grasshopper等软件,建筑师利用参数化,也完成了众多令人惊叹的建筑。
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看到这些作品,各位读者感受如何?可能很多人的第一感觉相同,酷炫。可在严谨的结构设计领域,酷炫并不一定是褒义词。各位结构工程师先别急着给参数化留下“轻佻”的印象,下面就为各位介绍已在悄然萌芽的结构参数化。
上海中心全参数化建模
01 |  结构参数化
凌晨两点半,拼了老命,终于按照建筑新提资把结构模型调好,起个名字“最终模型”,长吁一口气。第二天,打开邮箱,建筑表皮调整新提资,柱位变了,边界变了......此时结构工程师内心是奔溃的。
方案阶段,甲方要求方案比较,于是建模、摘指标、数据比对,长吁一口气。甲方爸爸意见,要不其他体系也比比,钢结构混凝土比比,柱跨调整一下再比比......此时结构工程师内心是奔溃的。
结构工程师可能都有类似的经历,说多了都是泪。而参数化就是通过控制个别参数来自动调整整体模型,因此在面对重复工作时,可以为我们带来极大便利。
首先要了解,参数化并不是让我们去面对计算机语言和海量数据。结构参数化作为工程师的语言,所有数据都是可视的。
比如下面这个例子,对于固定楼面布置和荷载情况,通过参数化计算各种方案,计算机自动挑选最为适合的支撑结构布置。建模、计算过程、计算结果等,数据与图形都是交互的,任何数据的变动都可以在图形窗口实时显示。
02 |  高层建筑参数化
超高层项目中楼层与表皮变动频繁,但整个结构模型建立,通常是有固定而简明的逻辑的。在参数化系统中,搭建结构模型就像搭积木一样,即使建筑参数发生变化,结构模型也可以通过固有的逻辑,及时发生变化。同时,发生变动后的楼层信息,材料用量,单层面积等都可以一目了然。
对于固定的建筑方案,参数化可以根据已有的建筑表皮,快速建立不同结构体系的模型。并逐步优化相应的结构体系,细化至结构构件、材料、荷载等信息。
在重复性极高的方案比对阶段,参数化更有其天生的优势。通过参数化,我们可以同时在相同几何和荷载条件下,比较各种结构体系和结构布置,快速比对结构动力特性、侧向位移、材料用量等各项结构指标。
同时,参数化也是结构优化的基础,比如在下面中信金融中心的案例中,SOM通过对框架斜撑几何造型进行参数化优化,在确保整体结构刚度的同时,将整个结构材料用量减少至最小。
参数化就是把建筑结构数据化,因而我们可以将建筑数据导入AR软件,让我们的结构模型、计算结果,以更加直观的方式呈现。想象一下,当面对业主汇报结构方案时,打开手机扫描二维码,通过屏幕即可看到整个结构模型,是不是感觉既清晰直观,又逼格满满。
03 |  空间结构参数化
对于大跨度结构,我们以往的结构计算流程如下:根据固定的建筑表皮手动划分网格,将面离散为线;将网格导入计算软件,赋予杆件截面、施加荷载、指定支座等;对结构模型进行计算,调整构件截面。如建筑表皮发生变化,重复以上流程。
传统流程无法实现自动化主要有两个原因。首先,结构计算与建筑表皮构造不是同一平台,需要重复完成模型建立、荷载布置等操作;其次,结构网格划分并非逻辑的推演。而参数化解决了这两个问题,就如同打通了“任督二脉”,结构计算自动化也就迎刃而解了。
大跨度屋面结构,相对于高层建筑结构设计师自由度更大。因此,利用参数化思维,我们能够实现更多的可能性。比如,对于给定的自由曲面,我们以支座约束为变化参数,可以找到结构最优的支座约束布置;对于不同的荷载布置,也可以通过参数化,自动调整构件截面;可以计算动荷载下,结构响应,并进行实时显示。
当然,我们也可以对应某一自由曲面,快捷地对不同的结构布置进行方案比对,计算结果直观可视,同时非常炫酷。
04 |  关于参数化二三事
从上面简要的介绍中,大家可以感受到,结构参数化并非遥不可及。也许在我们刚听说这个概念时,它已经在悄然颠覆我们对于传统结构设计的认识。
本篇文章大量的案例,有来自于传统结构设计巨头ARUP、SOM的实际项目,也有来自于新兴设计软件Karamba、ParaStaad官方网站的案例。小i们也在这方面做了很多探索,并且在几个超高层和空间结构工程中实际应用,取得了良好的效果,同时,也启发了我们很多新的设计思路。
小i认为,一方面,结构工程师应该以更为开放的心态,来面对这个快速更迭的时代,让更多新的技术为我们所用。另一方面,避免走向唯技术论。参数化是一个工具,本质上和CAD一样,不用参数化可以做出好建筑,就好像不用电脑也可以做设计。但是参数化给我们带来了新的思维方式,给设计带来更多的可能性。真正重要的始终在于设计者的思维,这才是真正可以创造出好设计的源泉。
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