建筑黑科技 | 体育建筑智能设计工具集初探

体育建筑智能设计工具集初探

国运兴则体育兴，体育强则国强。改革开放40余年来,我国体育事业蓬勃发展,一批批体育建筑建成落地，象征着城市的发展成就。广大人民群众对体育建筑的多层次、多元化的设计提出了更高的要求。

过去的设计工具已经无法满足更多细节和更高精细度的设计要求，数字化、智能化设计在体育建筑的设计过程中发挥着越来越重要的作用，为体育建筑的价值挖掘,功能提升和性能优化带来无限可能。

1 工具集介绍

面对当下更快更全的设计需求，坚持品质、精益求精的设计师越发感到头疼不已。而体育建筑由于其专业性强、功能明确、逻辑清晰的特点，成为数字技术在建筑设计中的绝佳应用领域，以此为契机，我们利用数字技术开发了各种参数化设计工具，应用于多个体育建筑项目中，极大提高了设计效率和质量。

┃ 各种参数化设计工具

随着开发的工具在工程实践中的应用范围不断扩大，我们产生了将这些参数化工具串联整合，形成系列智能设计工具集的想法，希望借此可以形成一套自动化的设计流程，让体育建筑方案的创作和深化过程更加高效。

┃ 工具集的系统模块

2 工程实践

建筑智能设计模块

在建筑方案深化过程中，我们利用自主研发的程序，实现了一模多用，同步完成曲面优化、复杂异形曲面生成、异形几何表面构造、索膜结构找形分析、视线分析、参数化生成体育看台等工作，相对于传统设计方式，我们的效率得到了大幅提高。

┃ 视线分析工具

┃ 风环境模拟分析及人流疏散分析工具

┃ 基于BIM的复杂曲面优化及深化工具

更多工具集参见推文《数字技术时代的体育建筑设计》

空间结构分析模块

总结近年国内典型体育工程，空间张拉结构在体育场挑篷和体育馆屋盖中有很好的应用前景，其设计的难点在于张拉体系布置和找形找力分析。我们在以下几种通用性强的典型空间张拉结构体系研究和分析中取得了阶段性成果。

┃ 旋转索网和马鞍形索网找形分析

┃ 弦支穹顶结构体系分析

┃ 大开口轮辐式刚性张拉结构体系分析

┃ 马鞍形轮辐式单层索网结构体系分析（项目源于网络）

3 智能设计工具集开发

在智能设计工具集的初步规划中，我们希望能为用户提供阶段明确、反馈迅速的设计工具，使用户能在设计阶段迅速预览建筑形态，让设计的修改过程有的放矢。

┃ 智能设计工具集的初步构想草图

我们计划以Rhino+Grasshopper为平台，利用C#、python作为编程语言，开发集成智能设计工具集，形成简洁明确的五步工作流程：

┃ 五步工作流

在工具集的开发过程中，我们始终坚持反馈迅速、效率为先，力求做到接近原生电池的使用体验，优化数据输入流程，告别繁琐手工操作并提供直观的修改反馈。

┃ 工具集电池的数据输入

我们可以将体育场看台设计分解为下图所视的工作流。通过看台设计模块，我们在方案调整时便能直接观察分析结果，二者同步完成，让分析不再滞后于设计过程。

┃ 看台设计工作流

我们分析总结了常用的张拉结构的结构布置和拓扑形式，目前已完成了索穹顶参数化快速建模电池组。

┃ 索穹顶参数化建模类型

┃ 张拉结构参数化快速建模电池组

结合我们刚刚发布的Swallow插件（建筑黑科技 | 建筑结构辅助设计软件），设计师可以在Rhino平台中快速设置张拉结构的截面、支座和荷载，直接导入结构分析软件中进行计算。

┃ Rhino建模+SAP2000结构分析

4 未来展望

本文是我们在体育建筑智能设计中的初步探索。未来，我们希望通过工具集的研发，实现参数化设计体育建筑，降低造型优化、看台设计、结构选型和布置、索网找形找力分析上的时间成本，结合自动出图技术大幅提高设计效率。

┃ 一键自动生成体育场

体育建筑智能设计工具集开发完成后，我们将实现一键生成体育场看台和屋盖结构计算模型，通过计算比选，找出相对最优的方案，大到系统小到节点都交由计算机集成处理，在极短时间获得接近施工图深度的方案。设计师能省下更多的时间，尽情挥洒创意，追求创新，以至诚至精的理念创作建筑方案，为中华民族的体育强国梦提供我们的设计智慧。

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2021年第1期 总第25期

策划 ┃ 工程数字技术中心

文字 ┃ 程辉 张慎 辜文飞 孟仲永 孟凡凯 尹鹏飞

校对 ┃ 张慎 程辉

 

中南建筑设计院 工程数字技术中心

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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。