建筑黑科技 | 建筑结构辅助设计软件
建筑结构辅助设计软件
参数化、软件算法、智能优化等词汇在建筑领域早已不陌生，通过这些技术和工具，我们能极大地提高设计效率，解决工程项目中的各种“疑难杂症”。
今天跟大家分享一个中南建筑设计院工程数字技术中心团队开发的用于辅助建筑结构设计的软件Swallow(ESD)，文末附软件下载链接。
Swallow(ESD)软件
一体化设计流程
作为提高建模速度、解决复杂模型建模难题的有效方法，参数化技术的核心在于运用一套数学逻辑或是计算机语言去描述这个模型，将其与计算分析模块和优化模块结合起来可组成一个完整的优化流程用于实现工程优化，如以应变能最小为目标的曲面找形优化。
以应变能最小为目标的曲面找形优化
Rhino+Grasshopper是建筑结构领域最为常见的参数化设计平台，拥有众多的用户，其中不乏ZAHA、ARUP等国际知名公司的设计师。基于Grasshopper开发的Swallow(ESD)软件将与CSEPA一起联合打造一个智能设计系统。
集成化智能设计系统
工具研发
古语云“磨刀不误砍柴工”，拥有一个好的工具往往能事半功倍。Grasshopper虽然具有强大的参数化建模能力，但缺乏专业的结构计算功能，因此我们需要一个能在Grasshopper与结构计算软件间建立有效连接的工具，于是Swallow(ESD)应运而出。
Swallow(ESD)菜单
Swallow(ESD)是一款在Grasshopper平台上开发的用于建筑结构一体化辅助设计软件，主要包括四大功能模块：结构信息定义与结构模型组装、模型导入与导出、计算结果处理，其他辅助功能。
1. 结构信息定义与结构模型组装
该模块主要用于结构信息的定义与指定，如荷载模式和工况定义、荷载组合定义、荷载指定和节点约束、截面定义与指定等，然后将Grasshopper线框模型与结构信息一起组装成结构分析模型。
1）荷载相关功能
本软件当然支持多种类型的荷载模式定义，如：Dead，恒荷载；SuperDead，附加恒荷载；Live，活荷载；Wind，风荷载等。荷载定义与荷载组合示例如下：
荷载定义与荷载组合示例
2）截面相关功能：
本软件可定义多种类型的截面，部分截面定义电池如下：
截面定义电池示例
实际工程中，特别是在空间结构中经常遇到需要调整杆件截面方向的情况，本软件可方便地进行杆件截面的调整。
截面角度调整前
截面角度调整后
2. 模型导入与导出
Sap2000和Etabs分别是当前较为常用的空间结构计算软件和高层结构计算软件，且提供了友好的二次开发功能，本软件通过相应的API函数将Grasshopper与Sap2000、Etabs软件直接关联起来，方便程序调用。
利用Swallow(ESD)将Grasshopper模型导入Sap2000软件示例。
Grasshopper模型导入Sap2000
3. 计算结果处理
计算结果处理模块用于提取与分析Sap2000、Etabs软件的计算结果。当前只提供了提取Sap2000杆件内力的功能，其他功能处于开发完善中。
杆件内力云图
4. 其他辅助功能
该模块主要包含一些具有辅助功能的电池，用于提高建模速度、模型显示效果等。
工程应用
1. 案例1
建筑方案效果图
某景观建筑总长约132m，高约20m，采用三角形单层网壳结构，在Grasshopper中进行网格划分和优化操作。
网格优化
完成网格优化后利用Swallow(ESD)软件快速组装成结构分析模型并调用Sap2000软件做结构计算分析，设计效率大约提高4倍。
导入Sap2000
2. 案例2
建筑方案效果图
某高层办公建筑，结构高度约222m，平面尺寸45mx45m。采用参数化技术快速建立多种结构体系模型，然后利用Swallow(ESD)软件快速组装成结构分析模型并调用Etabs软件进行结构计算分析，相比于传统设计方式，设计效率至少提高4倍。
结构体系比选
某高层办公建筑结构参数化设计
3. 案例3
建筑方案效果图
某气象塔建筑高92米，共16层。为满足塔楼功能与造型一体化需求，突出整体设计的理念，利用参数化技术，在已有的“气旋式”外表皮上进行结构设计，快速建立起不同类型的结构模型，并通过Swallow(ESD)软件与Sap2000进行联动式设计，在短时间内完成结构多方案比选，相比于传统设计方式，设计效率至少提高4倍。
某气象塔建筑结构参数化设计
分享
在河南开封举办的第十八届空间结构会议上，工程数字技术中心研发团队在分会场发布Swallow(ESD)软件的相关技术成果，介绍了该软件的主要功能和工程实践，得到了与会人员的高度肯定。
软件下载
Swallow(ESD)软件目前免费试用，用户可登录Rhino官网下载，同时也欢迎大家在使用工程中向我们提出宝贵的意见与建议，以帮助本软件的开发和完善。
Swallow(ESD)下载链接：
https://www.food4rhino.com/app/swallowesd
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研发团队
张慎、胡文进、尹鹏飞、辜文飞、孟凡凯
中南建筑设计院 工程数字技术中心
电话：027-87265723 / 027-87338287
邮箱：zhangshen202@163.com
地址：武汉市武昌区中南二路2号
工程数字技术中心依托湖北省数字化设计建造工程技术研究中心，结合公司院士专家工作站和博士后科研工作站，进行前沿工程数字技术研发，先后参与30余项公司重大项目投标及复杂结构的设计与分析。中心取得国家实用新型专利5项，发明专利8项(其中3项已发布，5项已受理)，取得软件著作权30项；在国内、外核心期刊发表学术论文30余篇，包括两篇SCI收录，三篇EI收录。
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2020年第11期 总第23期
策划 ┃ 工程数字技术中心
文字 ┃ 尹鹏飞 编辑 ┃ 工程数字技术中心
校对 ┃ 张慎