0 引言
參數(shù)化建模技術(shù)在輔助建筑設(shè)計上的應(yīng)用越來越廣泛，其發(fā)展時間短暫，發(fā)展速度卻令人嘆為觀止。目前，在建或已建成的形態(tài)各異的建筑中，或多或少都有參數(shù)化軟件的設(shè)計輔助。在各種常用的參數(shù)化輔助設(shè)計軟件當(dāng)中，Rhinoceros和 Grasshopper組成的設(shè)計平臺是目前使用最為廣泛、最為流行的一套設(shè)計平臺，這主要得益于 Rhinoceros建模軟件強(qiáng)大的造型能力和Grasshopper獨特的可視化編程建模方式
1 項目概況
本項目為我司在新加坡承接的一個海外重點項目，其局部外形像一個船體(圖 1～ 4)，幕墻面積 10000m 2。由于立面造型復(fù)雜，特別是局部為船體造型，加上土建施工方?jīng)]有嚴(yán)格按圖施工，土建結(jié)構(gòu)施工誤差較大，必須從幕墻設(shè)計安裝上予以糾正。本案就是針對該土建局部誤差，用參數(shù)化建模來解決幕墻設(shè)計施工中的問題，優(yōu)化建筑的立面效果。
圖1 項目局部效果圖
圖2 項目局部立面圖
圖3 項目局部平面圖
圖4 項目局部剖面圖
2 三維空間建模
作為幕墻設(shè)計及施工單位，要把建筑師的意圖和想法實現(xiàn)到項目中，必須完善幕墻施工圖。但通過圖紙，我們很難在二維的平面上看出該造型的幾何模型，也無法準(zhǔn)確定位及放線。因此，必須進(jìn)行三維空間建模。我們用 Rhinoceros的平臺對設(shè)計院的圖紙進(jìn)行校對。
2.1 輪廓處理
將每層的平面圖紙導(dǎo)入到 Rhinoceros中(圖5)，對每層的輪廓線進(jìn)行描繪。通過對比分析，最終確定以8層的平面輪廓為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行輪廓處理(圖6)。
2.2 造型分析
根據(jù)甲方要求，幕墻的剖面斜率要保持一致的 3.5°傾角;同時，還要滿足建筑紅線的規(guī)劃要求(圖7)。另外，根據(jù)目前工地現(xiàn)場已經(jīng)完成的 4層結(jié)構(gòu)面實測數(shù)據(jù)，施工的實際偏差還不小。而此刻，工地為了趕工期，正在忙著搭建第 5層的腳手架。時間緊迫，必須在搭建 5層結(jié)構(gòu)模板之前，把幕墻的模型給定下來。
但是設(shè)計院提供的圖紙有缺陷，加上甲方趕工的時間倉促，這就給幕墻的設(shè)計施工帶來了困難。通過對圖紙的大致分析，我們對該造型有了概念。這是一個倒橢圓臺造型，對于這種非線性的造型，通常的二維 CAD的表達(dá)方式是難以表達(dá)出來的。
根據(jù)建筑師要求，幕墻的剖面斜率要保持一致的3.5°外傾角;同時，還要滿足建筑紅線的規(guī)劃要求(圖7)。另外，根據(jù)目前工地現(xiàn)場已經(jīng)完成的4層結(jié)構(gòu)面實測數(shù)據(jù)，施工的實際偏差比較大。而且項目為了趕工期，土建施工方正準(zhǔn)備搭建第5層的模板。時間緊迫，必須在搭建5層結(jié)構(gòu)模板之前，把幕墻的模型確定下來。
但是設(shè)計院提供的圖紙不完整且有矛盾，而且項目趕工時間倉促，給幕墻的設(shè)計施工帶來了困難。通過對圖紙的研究，我們對該造型進(jìn)行了分析，確定為倒橢圓臺造型，對于這種非線性的造型，通常的二維 CAD的表達(dá)方式是難以表達(dá)出來的。
為了便于加工組裝及施工，板塊規(guī)格必須盡可能少，我們決定將板塊做成等腰梯形。但是，要達(dá)到等腰梯形的要求，且每個板塊夾角大小一樣，那這個弧段必須是圓弧。根據(jù)這個思路，最終把橢圓造型分解成3部分：大弧段部分由大圓弧去擬合，小圓弧段由小圓弧去擬合，它們的連接部分再用圓弧段去擬合，即整個橢圓造型由3個圓弧構(gòu)成。圖 8為擬合的三段弧線段。
2.3 建模
2.3.1 外表皮構(gòu)建
1 8的 3條線段進(jìn)行模型構(gòu)建，這些都是在參數(shù)化建模的環(huán)境下完成的(圖9)。
2 3條輪廓線進(jìn)行偏移，定向移動，再放樣生成表皮(圖10)。
3 對生成的表皮進(jìn)行檢驗，看其跟之前的結(jié)果有沒有碰撞(圖11)。
(1) 利用圖8的3條線段進(jìn)行模型構(gòu)建，這些都是在參數(shù)化建模的環(huán)境下完成的(圖9)。
(2) 3條輪廓線進(jìn)行偏移，定向移動，再放樣生成表皮(圖10)。
(3) 對生成的表皮進(jìn)行檢驗，檢查其與之前的結(jié)果有沒有碰撞(圖11)。
(4)通過對偏移尺寸的控制，將表皮的最外邊控制在建筑紅線之內(nèi)(圖 12)。將外圍的輪廓線往里偏移450mm。
2.3.2 碰撞檢查
將外表皮建完之后，下一步工作是檢測表皮和結(jié)構(gòu)之間會不會碰撞。
(1)重新抽取每層的結(jié)構(gòu)輪廓線(圖 13)，具體的位置對應(yīng)每層的標(biāo)高。由于設(shè)計院圖紙的原因，原設(shè)計的結(jié)構(gòu)有誤差，使得幕墻超出了建筑紅線，必須重新根據(jù)紅線來定義結(jié)構(gòu)。因此，重新抽取的結(jié)構(gòu)線就是實際施工的結(jié)構(gòu)線。
(2)抽取完結(jié)構(gòu)線之后，對幕墻的表皮進(jìn)行劃分。根據(jù)節(jié)點的尺寸進(jìn)行玻璃板塊的定位，并根據(jù)定位線，提取到GH插件中(圖14、15)。
(3)通過表皮的分割，得到了凈玻璃板塊(圖16)。這些的工作也全是在參數(shù)化的平臺中完成的。
2.4 施工下單
(1)為了方便材料下單，需要對板塊進(jìn)行編號，對三維空間的板塊進(jìn)行攤平(圖17、18)。
(2)由于大部分的板塊是相同的，為了減少工作量，需要把相同的板塊進(jìn)行分類。在分類之前，首先給板塊進(jìn)行編號(圖 19～21)。
(3)最終，我們得到了不同的板塊。提取每個板塊的編號、尺寸、對角線和角度等信息(圖22、23)，生成數(shù)據(jù)表格(圖24、25)。
(4)把邏輯關(guān)系通過 Grasshopper表達(dá)清楚之后，其后續(xù)工作基本都是系統(tǒng)自動生成，可以批量下單，大大節(jié)省了設(shè)計者的時間。
3 結(jié)語
回顧整個建模過程，需要手工完成的工作是導(dǎo)入平、立、剖面和節(jié)點大樣圖。在確定輪廓線之后，其他的步驟均可以交由 Grasshopper插件來完成，通過編寫邏輯關(guān)系，實現(xiàn)參數(shù)化的建模，極大地提高了幕墻設(shè)計和施工下單的效率，特別適用于空間造型比較復(fù)雜的幕墻。
