Наиболее эффективный подход при выполнении любой работы состоит в том, чтобы минимизировать ваши собственные усилия, максимизируя потенциальные выгоды, которые могут вытекать из неё. Это так же относится к симуляции и анализу. В этой статье мы опишем один из таких способов.
Моделирование и анализ здания всегда требуют времени, будь то при построении модели или назначении свойств и параметров объектам. Ведь нужно постоянно повторять этот процесс несколько раз на разных моделях, поскольку параллельно разрабатываемый дизайн, постоянно изменяется в деталях и размерах и становится серьезным бременем для проектировщиков. Однако, если вы можете решить проблему анализа и моделирования, упростив процесс до предела, то ваша напряженная работа может быть значительно облегчена - не только для вас, но и для других участников проектной группы.
Возьмем в качестве примера сложную проблему инсоляции. Представьте себе место под строительство в условиях плотной городской застройки с сотнями окон на фасадах окружающих зданий, каждый из которых, должен иметь доступ к дневному свету, на который влияет то бая новая постройка. (Рисунок 1). Разработка метода проверки того, что конкретное новое здание соответствует разрешенным уровням инсоляции, является достаточно трудоемкой работой, не говоря уже о необходимости повторять этот процесс много раз, когда дизайнеры постоянно совершенствуют и дорабатывают предлагаемую модель здания.
Цель здесь сводится к тому, чтобы уменьшить этот анализ до чего-то простого, что дизайнеры могут использовать сами, а не постоянно получать последнюю модель, преобразовывать ее, тестировать, отслеживать все проблемы и отправлять обратно обновленный отчет. Вместо этого пусть дизайнеры проводят простой тест самостоятельно так часто, как хотят, пока не завершат работу. Очевидно, это предложение звучит неплохо, но как именно это сделать?
Ключ заключается в детальном анализе как характера проблемы, так и параметров, которые влияют на нее. Проектной команде необходимо знать геометрические размеры, в пределах которых они могут работать, и местные требования к пропуску света, которые создают ограничения на проект разработки.
Для любой новой постройки необходимо доказать, что дневной свет, доступный для окон в смежных зданиях, либо превышает предписанный порог, либо не меньше 80% OT их первоначального значения. Как простой отчет о производительности, это позволяет создать метод, который может быть применен к любому проектно-конструкторскому предложению.
Таким образом, если вы рассматриваете проблему с более широкой точки зрения, должна быть какая-то форма, основанная на размерах здания, которая находится на пределе соответствия - чуть выходим за пределы этой формы и какое-то окно уже затеняется. Если вы можете точно определить эту форму, вы можете просто предоставить её дизайнерам как небольшую геометрическую модель, которую они могут наложить на свое дизайнерское предложение.
Таким образом, сложная задача проверки инсоляции становится простой визуальной проверкой, выполняемой так часто, как того требует любой член команды дизайнеров. Если какая-либо часть здания выходит за рамки идеальной формы, то предложение будет изменено.
Вычисление этой оптимальной формы – это не то, что вы можете легко сделать сами. Однако, если вы думаете об этом как о большой серии очень простых алгоритмов, которые компьютер может делать много тысяч раз при необходимости, - тогда он становится более управляемым и, с течением времени, даже разрешимым. Таким образом, если мы должным образом сформулируем задачу, мы сможем превратить ее в относительно простой итеративный расчет.
ECOTEST уже может рассчитать маску затенения для любой поверхности модели. Если мы используем маску затенения для определения Вертикального коэффициента Sky (VSC) для каждого окна, мы можем использовать это как метрику для определения относительной величины изменения для каждого окна на каждой итерации. (Рисунок 2.)
И вот сложная проблема затем становится простым способом, компьютер может генерировать и изменять геометрический объем здания на каждой итерации, основываясь на результатах предыдущего анализа. Будет много разных способов сделать это. Однако самый простой состоит в том, чтобы разделить строительную площадку на ряд меньших сегментов. сетку отдельных квадратов, которые можно экструдировать на каждой итерации в столбцы. Чтобы создать совместный конверт для разработки‚ сначала создается область строительной площадки. В этом конкретном случае для нового здания доступна только часть площадки. Затем эта область отображается на площадке и делится на несколько небольших участков сетки, как показано на рисунке 3.
Затем высота каждого из этих разделов может независимо управляться сценарием анализа. В начале итерационного процесса каждой секции сетки назначается начальная высота и положительное значение приращения. На каждой итерации вычисляется VSC для каждого окна и сравнивается с его опорным значением. Если расчетное значение падает ниже 80%, то ближайшая секция сетки определяется на основе ее геометрического расстояния от центральной точки окна.
Приращение высоты для этого раздела затем делится на отрицательные два (-2,0) – это уменьшает приращение сегмента и изменяет его направление. Это важно, поскольку окно фактически опустилось ниже 80% -ного порога, поэтому высота секции должна быть уменьшена.
Если значение приращения для ближайшей секции сетки уже отрицательно, то используется следующий ближайший сегмент с неотрицательным приращением. Если на следующей итерации вычисленное значение для этого окна будет превышать 80%, то ближайший сегмент отрицательного приращения снова будет уменьшен и отменен. но только если ранее рассчитанное значение было ниже 80%.
Полагаем, что задача будет решена. Когда значения приращения для всех секций сетки опускаются ниже заданного порога - в данном конкретном случае 100 мм. Полученная допустимая форма здания показана на рисунке 4.
При первоначальном развитии этой системы нередко менялось значение отдельных сегментов, а затем «забываюсь», как только окно, вызвавшее изменение, восстанавливало его до 80%. Это связано с тем, что окна могут пропускать меньше 80% света для нескольких итераций, каждый раз реверсируя другую секцию сетки. Вместо того, чтобы пытаться сохранить все обратные секции для каждого окна, было наложено ограничение на пять последовательных итераций с отрицательным приращением, после чего раздел вернулся к положительному приращению. Хотя это увеличило общее количество итераций. необходимых для разрешения задачи, примерно на 9% в этом примере значительно упростило задачу сценариев.
Такая система достаточно гибкая, чтобы разместить любое количество секций сетки над любым макетом площадки без ограничений на количество потенциально уязвимых окон и сложность окружающих условий.
Основная слабость метода заключается в том, что это действительно не простой процесс. Это требует понимания как характера каждой проблемы анализа, так и различных критериев, необходимых для ее решения. Это также требует разработки на заказ скриптов для манипуляции геометрией модели, которая часто очень специфична для каждой площадки.
Наша цель исследования состоит в том, чтобы идентифицировать любые общие области между различными типами проблем, чтобы мы могли предоставить более общие сценарии, а в будущем. возможно. даже встроенные модули, которые помогут вам справиться c такими проблемами. Однако это еще далеко.
Цель этой исследовательской работы состояла в том, чтобы задействовать методы симуляции и оптимизации производительности намного раньше в процессе проектирования, чтобы направлять разработку окончательной построенной формы. Это подразумевает создание механизмов, с помощью которых полезные результаты моделирования могут быть получены из относительно неполных моделей проектирования. а затем использоваться для генерации или изменения геометрии здания для повышения его эффективности.
Если вы столкнулись с проблемой сложного анализа, вы всегда должны попытаться отступить и взглянуть на него с более широкой точки зрения. Ваша настоящая цель - решить такие проблемы более простыми процессами, которые могут быть применены быстро и легко, любым членом команды дизайнеров. Хотя это может показаться трудоемким, простые повторные или итеративные процессы — это именно то, с чем хорошо справляются компьютеры.
Таким образом, цель этой статьи - предложить лучший компромисс. Вычислительный анализ и симуляция могут вносить существенный вклад на самых ранних этапах проектирования, создавая оптимальные решения для очень узконаправленных и четко определенных проблем. Нет проблем, если разработчику не нравится сгенерированное решение. То, что дизайнеры умеют - ассимилировать широкий спектр противоречивой информации и делать оценочное суждение, основанное на многих тысячах критериев сразу. Каждый компьютерный анализ просто заполняет некоторые пробелы в знаниях, добавляя к запасам количественной информации дизайнера.