單一模型參數化優化設計全過程
來源：橋梁雜志 作者：橋梁雜志 更新于：2020-1-8 閱讀：
隨著BIM應用不斷發展完善，目前已經開始應用于大型結構和橋梁的設計、施工和監測當中。許多可供設計師、業主、經理人、工程師和承包商采用的報告和手冊已經出版。同時，參數化設計具有靈活性和適應性等優點。資料記載中很少有將所有設計過程集成到“單一模型”中以獲得更可靠設計過程的案例。本文結合一些實際案例，簡要介紹了Maffeis工程公司提出的“單一模型”策略。
面對大型結構和一些獨特建筑的設計挑戰，Maffeis工程公司采取了一種新的方法，叫做“單一模型”（OSM）。“單一模型”是一組鏈接的軟件和工具集群，其中大部分是內部開發或與API（應用程序編程接口）鏈接。根據Maffeis的協議和標準、精確的方案與工作流程，“單一模型”的管理是從FEM分析到BIM模型（反之亦然）的數據輸入，并生成技術報告，自動驗證IFC圖紙和BIM輸出。其目的是，在辦公室的不同部門之間對設計過程進行完全參數化，以實現更高的標準質量和客戶的快速請求，并可以完全控制設計過程。
參數化設計
設計過程
一個項目是從建筑師或客戶的初始構思開始的，但是通常在設計的過程中，最終的成果往往與最初的構思會大不相同。即使設計已經開始，也會有許多抉擇、疑問或后期的事宜需要考量。同時，需要制定設計方案，考慮許多設計可能遇到的限制因素，比如，時間、成本、可行性、施工現場可能發生的干擾、MEP阻礙，等等。因此，設計師和工程師要協同管理設計的限制因素和參數來不斷優化設計。所以，需要在找到最佳解決方案的同時，滿足解決方案易于更改的條件。這也是需要采用參數化設計和參數化設計在當今建筑行業中日漸重要的原因。參數化設計提供了創新的解決方案，以幫助解決整個過程中產生的越來越多的挑戰，提高工作的效率和設計的質量。
方法的復雜性
關于參數化設計的普遍認識是，設計人員可以通過使用參數來更改3D模型的幾何形狀。因為結構可以通過想象產生變幻無窮的幾何形態。比較典型的示例是，使用Grasshopper或Dynamo軟件完成的3D模型，建筑師可以根據輸入參數的不同，快速更改和調整建筑物的結構形狀。
然而通常這些參數不僅可以改變幾何形狀或數量，而且還會改變結構行為，并且可以對其進行控制以達到最佳解決方案。而存在的問題是，如何在確保符合標準和規范以及左右結構驗證的前提下，有效地控制更改。
從模擬到建筑工地
通常，參數化軟件用于表面復雜的建模或具異常形狀的特定建筑物，但不僅限于此。參數化設計可用于數據的定義和交換、工作流程、自動化、安裝施工方案和時間表的分析。Maffeis工程公司早在幾年前已開始在所有不同階段使用參數化設計：從概念到施工階段，都使用一種稱為“單一模型”（OSM）的方法。
單一模型
獨特的控制面板：畫布
“單一模型”的控制面板是一個可視化的編程接口。它不僅是對程序員，甚至對工程師和設計師來說都是簡單直觀的，因為它是按模塊或步驟組織的，所以明確定義了輸入和輸出。這一階段的成效直接取決于項目本身，所以需要從設計的最開始就努力做好每一個步驟。然而，一旦機器完成了這項指令，便擁有了巨大的優勢，之后所有的步驟均將受此畫布控制—FEM分析和BIM模型。
BIM區域
對于大型結構和獨特造型的建筑物來說，每一個設計步驟都不同于以往，與其相適應的方法也會不同。鑒于此，“單一模型”的體系結構是延展式的一種模式，可以很容易地適應從概念到執行的每個過程，和每個設計階段。有時候，會遇到客戶要求采用BIM的方法，這時“單一模型”的流程，將會在某一方面的設計過程中產生失衡的狀態。
以Fivizzano橋為例，是在“單一模型”協議內開發了FEM網格，使用FEM模型和Revit模型生成并自動更新所有的施工圖和施工方案。該橋是一座人行橋，長200米，寬3~6米不等（總重量約750噸）�！皢我荒Ｐ汀辈粌H會自動生成工程圖，還會從工程量清單、施工時間表和技術文檔中自動生成工程圖。此外，當需要詳細的FEM模型時，它是從相同的BIM模型和相同的輸入開發而來的。同時，更改由Dynamo畫布控制。
FEM區域
以中東地區的一座雙塔鋼橋為例。該項目設計過程的標準方法是采用了自動化算法，該結構的重點節點由厚度達150mm的全焊接鋼板組成。選擇每個節點上的會聚光束，定義節點網格劃分的幾何定義算法，并對結果進行分析和后期處理。通過識別T形接頭并根據應力水平定義焊縫，實現焊縫的自動化設計。通過這種方式，工程師可以專注于高層次的要求問題，節省重復任務的時間。通過優化設計方法，可以將每個節點的處理時間從最初估計的24小時減少到平均9小時的時長，并且也考慮了建模和處理分析所需的時間，在“單一模型”的協助下新的目標便實現了。
Maffeis spider軟件是一種可以將所有內容組合在一起的內部軟件，由程序員與工程師以及架構師共同開發，以解決特定任務并在不同軟件之間建立起鏈接。Maffeis spider程序正處在發展時期，并且許多第三方軟件已被集成工具所取代。該軟件用控制面板（Grasshopper或Dynamo）與FEM和BIM軟件之間的接口，且具有實時鏈接，可雙向傳輸信息和數據。為實現結構分析軟件，開發了結構構件驗證和工程方案優化等其他工具。
大型結構的設計需要不同學科之間進行大量的協調。為了減少成本以及信息、時間、精力的損失，Maffeis工程公司開發了新的工作方式叫做“單一模型”法。這種方法提供了在結構和建筑設計之間輕松連接的能力。將來，控制面板、FEM模型和BIM接口將在內部開發，并與“單一模型”協議集成。為此，程序員需要與項目團隊，以及需要特定技能的技術部門一起工作。即使可以將流程的每個部分與其他部分分開，并且可以作為一個獨立的模塊，只要清楚定義了所有設計階段，就可以從一個“單一模型”中獲得最佳結果。其復雜性可以通過分解成小而簡單的模塊來解決：一個“單一模型”應該以一種參數化的方式同樣地遵循這個邏輯，在設計過程中共享信息和知識。
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