数字建筑参数化建模与结构分析

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1、第6卷第6期V01．6No．62014年l2月Dec．2014数字建筑参数化建模与结构分析程健张群力黄俊2李江波2(1．浙江省省直建筑设计院，杭州310006；2浙江省建筑设计研究院，杭州310006)【摘要】进入21世纪以来，建筑领域内的数字技术运用突飞猛进，设计和建造的关系在数字技术的平台上得以整合。世界各地掀起了数字建筑设计的浪潮，国内外出现了一大批优秀的数字建筑。这些建筑都蕴含其自身的几何规律，通过这些规律，可以编程或利用几何造型软件，建立参数化的几何模型。联合专业软件成为物理模型，导入有限元软件或结构计算软件，便可进行分析计算。数字建筑具有数学韵律，当建筑和

2、结构完美融合在一起时，往往能创造出与传统迥异、令人叹为观止的奇妙建筑形态。本文以经典的boyg曲面和椭球面碳笼造型为例，介绍数字建筑参数化建模与结构分析的详细过程。【关键词】数字建筑；参数建模；结构分析；boy’S曲面；椭球面碳笼【中图分类号】TU35；O189．31【文献标识码】A【文章编号】1674—7461(2014)06-0001—07三维数字技术统指三维信息模型(BIM)和态创建到结构模型生成的这一过程中的参数化参数化设计等相关技术，而数字建筑就是指采用方法。。三维数字技术来进行设计制造的建筑。当前建1参数化与流形筑设计数字化已进入了一个崭新的时代，三维复杂

3、形体的创意已不再是国外前卫建筑师的专利，几何学的发展过程是人们对几何空间、几何对越来越多的建筑师开始借助现代数字设计工具，象认识不断拓广的过程，而流形正是这一过程的最创建出更加梦幻的建筑形态。目前国内已出现终产物。L4在欧氏几何阶段，人们所研究的几何对了许多三维复杂形体的优秀建筑作品，如北京凤象主要是平面上的线段、多边形等规则的几何图凰国际传媒中心]、上海中心大厦、中国尊、国家形，在古典微分几何阶段，其研究对象拓广为曲线游泳馆“水立方”、云南省科技馆新馆、杭州奥体曲面。随着数学进一步发展，这些几何对象已不能中心等等。在这些项目中都或多或少地采用了满足几何、众多数学分支

4、理论发展和人们研究自然三维数字技术来支持建筑的设计、制造与施界现象的需要，在这样的形势下，流形的概念应运工]。用北京市建筑设计研究院执行总建筑师而生。同样在建筑形态创建过程中采用流形的观邵伟平先生的话讲：数字技术不仅仅是造型手点和方法来描述弯曲的几何对象是非常有效的。段，更大的价值和潜力是从根本上改变了建筑设粗略地讲凡是能用参数化表示的几何对象就是流计的思维过程，使建筑师对建筑设计的理解和控形，例如用一个独立参数表示曲线(一维流形)，制进入了一个崭新的阶段。数字建筑一般采用用二个独立参数表示曲面(二维流形)。用n个独数学内在逻辑来表达建筑的形态。数字建筑的立参数表示n

5、维流形。难点在于模型建创、数据处理与转换、BIM实2参数化建模与结构分析的一般过程施_9]、结构配合、MEP配合、建筑施工与构件加工诸多环节。其中关键是模型创建及数据处理。1)首先根据概念设想，创建一个建筑形态内在本文以椭球面碳笼和boy’S曲面这两个尚未在现的几何逻辑关系，采用专业的几何造型软件如实建筑实现过的几何造型为例，探讨从建筑的形Rhino、CATIA～等，用几何的思想与方法(而不【作者简介】程健(1980一)，硕士，一级注册结构工程师，高级工程师。主要研究方向：参数化建模与结构计算。2是简单的欧氏坐标输入)构造出一个三维流形(实分发挥各自所长的过程，所以在

6、不同软件间如何进体，由三个独立参数控制)或者一个二维流形(曲行图形文件、信息数据的高效率、安全交换成为关面，由二个独立参数控制)。这就是参数化的几何键所在。模型。该模型通过参数(或曲线坐标)来确定模型上的各个点及其几何性质。3boy’s曲面的参数化建模和结构分析2)为了配合功能的深化与专业设计，要将该几何模型嵌入到中来。也就是要建立参数坐标与现实的三维欧氏坐标的对应关系。这样就可确定建示的方法明确其数学公式。boy’S曲面具有三重对筑的水平和垂直及一些特定形态的三维控制线，包括：基准模型表皮的基本版块划分线；平面形态控复原。boy’s曲面可以由好几种参数表示的方法得制

7、轴线；竖向楼层板及幕墙水平控制线等。三维基准线对于复杂型体的设计深化具有十分重要的技术价值，随着设计的推进，还要对控制线进行了二(IlZlI≤1)并让级扩展，不断补充建筑控制线以应对各专业的设计需要。g。一](1_1)3)几何模型转化为物理信息模型及结构布置Rhino、CATIA软件提供了深层次开发接口。使gz一Re[](1_2)得数字建筑的设计从技术上已实用化。造型设计及工种的配合可通过软件的专门功能、专用接口再gg，3=一一丢Im[而]卜一(1卜—3)加上一定的程序代码来完成。英国动物学家汤普森有一句名言“形是力的图解”。在弯曲的形体上4布置结构