Конфигурация расчетной схемы диктует форму элемента
В статье Маттиаса Михеля идет речь о разбиении расчетных схем объектов современных архитектурных форм на отдельные элементы для выполнения расчетов и уточнения дизайна и схем монтажа. Это - также одна из тем, которые будут обсуждаться на "Build IT Berlin-2001".
Все, кто использует трехмерные CAD-программы, обычно работают с NURBS. Наборы элементов произвольной формы практически повсеместно вытеснили добрые старые полигональные решетки, которые традиционно применялись при описании сложных пространственных структур.
Все активнее NURBS вторгается в сферу архитектурного проектирования. Эффективность данного математического аппарата, в основе которой лежит возможность достаточно свободного его использования, и вывела данную сферу деятельности за плоскостные, двухмерные рамки.
Все началось с того, что несколько лет назад ведущий калифорнийский архитектор Фрэнк Гэри стал использовать в проектной деятельности такое программное средство, как CATIA. Эта высокотехнологичная программа, которая в то время не была известна в архитектурных кругах, помогла Гэри создать новые элементные формы и применить их непосредственно в строительном проектировании.
Последние три года ознаменовались широким применением NURBS-моделей - CAD окончательно вошел в практику архитекторов и конструкторов.
Сегодня, используя компьютер как мощный инструмент, дальнейшее развитие NURBS осуществляет создатель ряда уникальных проектов франкфуртский архитектор Бернхард Франкен.
На первый взгляд это не представляется чем-то экстраординарным. В конце концов, на сегодняшний день множество CAD-моделей обрело материальное воплощение. Однако Франкен сделал следующий шаг, используя в качестве базовых геометрические структуры, им же самим и создаваемые с помощью компьютера.
Франкен не просто создает какие-то формы, оперируя различными поверхностями: он воссоздает на экране решетку, точнее, матрицу нового типа - на основе изопараметрических кривых. (Как гигантское трехмерное изображение.) Структура эта детально воспроизводит основные элементы его компьютерогенной архитектуры.
Для того чтобы архитектура, рождающаяся на основе строгой и точной научной методологии, смогла воплотиться в жизнь, Франкену, с одной стороны, нужны клиенты, способные видеть эту архитектуру (в качестве проводников его идей), с другой - мощный партнер в сфере практического воплощения создаваемых виртуальных объектов.
В качестве одного из таких заказчиков выступил концерн "BMW AG", что позволило Франкену стать автором выставочной архитектуры для "IAA International Motor Show" (Франкфурт, 1999 г.) и женевского "Motor Show" 2000 г., а также выставочного павильона "BMW" на Expo в Мюнхене.
Квинтэссенцией презентации "BMW" является новая водородная технология (в настоящее время идет подготовка к серийному ее воспроизводству). Поэтому вполне логично, что именно на Франкена с его гидроморфным компьютерным дизайном, облекающим в математическую форму движение воды, пал выбор руководства концерна.
Воплощать же все создаваемое на экране компьютера в жизнь Франкену помогают действительно выдающиеся партнеры, в частности, франкфуртская архитектурная фирма "ABB". Обширный опыт ее руководства и персонала подсказывает верные шаги в работе с разнообразной клиентурой.
Очень важно, чтобы в команде был конструктор, способствующий преобразованию каплеобразных и волнообразных структур в более земные объекты. В даном случае это франкфуртские расчетчики Клаус Боллингер и Манфред Громанн.
Что касается франкфуртской "IAA-99", с участия в подготовке которой началась карьера Франкена на данном поприще, то для данного шоу им была создана конструкция из алюминия и плексигласа, представляющая собой две капли воды, замерзшие в момент их слияния воедино. Программа, разработанная Франкеном для описания этого процесса, позднее получила анимационную версию.
Программное средство предусматривает воздействие на расчетную схему разнообразных нагрузочных факторов, что выражается при задании исходных данных в цифровом виде. Конечный вариант дизайна есть в данном случае схема, деформированная под воздействием генерируемых из окружающей среды абстрактных сил.
В соответствии с замыслом Франкена, капли сливаются на лакированной поверхности автомобиля под воздействием набегающего ветрового потока.
Полученную однажды форму Франкен никогда не меняет. Его метод состоит в трансформации полученной на компьютере формы в реальный объект настолько неизменно, насколько это возможно, с сохранением вех структурных особенностей, включая сглаженные ребра или изопараметры, то есть кривые Безье, определяющие конфигурацию пространства, ограниченного поверхностью свободной формы.
Проектируя павильоны "BMW AG" и для женевской выставки "Motor Show-2000", и для мюнхенской выставки "Clean Energy Exhibition" Франкен всегда прикладывал к своим расчетным схемам нагрузки релевантного окружения, деформируя плоские поверхности и превращая их в экспрессивные геометрические формы.
Воздействие женевской экспозиции имело двойной характер - ламинарное перетекание из одного из углов гигантского выставочноо зала в область стенда дополнялось вихревым впечатлением самого стенда с размещенным на нем автомобилем Formula-1 BMW.
И вновь деформированные NURBS вместе с изопараметрами, описывающими их формы в анимационной программе, были напрямую трансформированы в реальную среду.
Подчас даже самая прямая дорога оказывается длинной, изобилующей окольными участками.
В качестве координаторов при внедрении объектов свободной формы в проекты для "BMW" выступили вышеупомянутые Клаус Боллингер и Манфред Громанн, каждый из которых является профессором структурного анализа.
Проектирование началось с использования наиболее ранних бета-версий макниловского моделлера Rhinoceros NURBS, сегодня наличествующего в версии 2.0. Rhinoceros был опробован и как ключевой инструмент проектирования, и как гибкий, многосторонний конвертер (особенно в отношении пакетов конечных элементов ANSYS и R-Stab).
Область приложения специальных программных приложений моделлера простирается от поверхностного анализа и сглаживания проектной модели до установления характеристик реальных конструктивных элементов, которым предстоит составить сооружение.
"Пузырь" - сферическая оболочка из акрилового оргстекла - поддерживается рамной конструкцией, состоящей из алюминиевых ребер, разрезанных струей воды.
Поскольку первоначально CNC-технология использовалась исключительно для резки алюминия и перемалывания пеноблоков с целью последующего формования акриловых стеклопанелей, волнисто-трубчатые секции, образующие геометрические формы женевского и мюнхенского объектов, были построены исключительно вручную.
Пространственная решетка, являющаяся основой конструкции, состоит из специально сконструированных профилей из экструдированного алюминия с системой гибких стыков и стальных трубчатых элементов, рассчитанных на тяжелые условия работы и поддерживающих ребра.
Изопараметры NURBS, из которых возведено сооружение, состоят из алюминиевых профилей, а стальные ободья сглаженных ребер образуют поверхность свободной формы.
Приступив к работе над женевским проектом, команда проектировщиков столкнулась с серьезной проблемой: невозможно было найти компанию, способную выполнить необходимые гибочные работы и изготовить из тяжелых стальных труб ребра необходимых параметров. Когда секции были собраны вместе для монтажа в 80-метровую форму, выяснилось, что допуски, с которыми они были изготовлены, весьма далеки от проектных.
К тому же практически не оставалось времени для пробного монтажа строения.
После совместных размышлений проектировщики и специалисты строительной компании пришли к простому, но блестящему решению: все конструктивные элементы, представляющие собой кривые свободной формы, были расчленены на составляющие дуги, которые и предстояло далее смонтировать с образованием сложной окончательной геометрической формы.
Алюминиевые профили образовали правильные кривые, соответствия же окончательных геометрических очертаний проектным удалось добиться с использованием результатов предварительного расчета.
Необычный подход был выбран для осуществления монтажа стальных труб при изготовлении ребер поверхности.
Опорное ребро 22 см в диаметре было разделено на 100 частей. Все они были изогнуты в одну сторону и сварены на специально сконструированном стане. Работа заняла несколько ночей. Технология обеспечила достаточную точность изготовления звеньев и позволила уложиться в 6-сантиметровый допуск.
Попытки проектировщиков Боллингера и Громанна превратить кривые свободной формы, образующие обод, в дискретные дуги с тангенциальными переходными кривыми, конкретизировали границы возможностей средства Rhinoceros.
Было похоже, что решить задачу в срок невозможно. Ситуацию прояснил телефонный звонок в Мюнхен разработчику средства flexiCAD. В ответ была получена Thinking, самая новая и надежная версия NURBS-моделлера.
Помимо того, что она обеспечивает математическое обоснование разбиения, о котором идет речь, данная программа стыкуется по всем параметрам как с Rhinoceros, так и с анимационной формообразующей программой.
После разделения обода на составляющие будущее пространственное положение и угол кривизны каждой из них были определены расчетным путем. Опорное ребро было изготовлено за 3 недели.
Большинству пользователей CAD знакомо волнение по поводу того, насколько хорошо будет работать сконструированное ими сооружение после его возведения. Однако выбора не было. К счастью, все опасения оказались напрасными.
Все отлично состыковалось. Несмотря на то, что на монтаж женевского объекта отводилось всего две с половиной недели, на практике процесс этот осуществлялся с опережением календарного плана. Ноутбуки проектировщиков, доставленные на стройплощадку в помощь инженерам, осуществлявшим монтаж, даже не пригодились.
Следующий проект (для мюнхенской выставки "Clear Energy Exhibition") явился концентрированым выражением того, что методом проб и ошибок было найдено Франкеном для выставочного павильона "BMW".
Почти 100-метровая "Волна" заполнила внутреннее пространство старого мюнхенского выставочного зала, перед зданием же вновь возник "Пузырь". В настоящее время Франкен приступает к работе над новым грандиозным проектом, однако из корпоративных соображений пока не готов давать подробные комментарии. Хотя то, что объект не будет иметь ни прямых углов, ни плоских поверхностей, уже дело решенное.
Реализованные проекты позволяют говорить о том, что возможности применения CNC-методов в строительной индустрии ограничены (особенно масштабами операций).
Сегодня элементы футуристического дизайна еще во множестве случаев выполняются вручную. Но каждый архитектор либо дизайнер интерьера должен знать, что лишь грамотное применение CA-технологий позволит ему отойти от традиционных методов проектирования.
Наилучших результатов удается достигать на пути совмещения традиционных методов проектирования, в частности, эскизирования, с информационными технологиями. Первоначальная идея возникает в голове дизайнера по ассоциации с самыми разнообразными явлениями окружающего мира, разрабатывать же ее лучше всего, опираясь на мощные программные комплексы.
К сожалению, в полной мере желаемых возможностей в области проектирования пока не в состоянии предоставить ни один из них. Все развивается€
Все, кто использует трехмерные CAD-программы, обычно работают с NURBS. Наборы элементов произвольной формы практически повсеместно вытеснили добрые старые полигональные решетки, которые традиционно применялись при описании сложных пространственных структур.
Все активнее NURBS вторгается в сферу архитектурного проектирования. Эффективность данного математического аппарата, в основе которой лежит возможность достаточно свободного его использования, и вывела данную сферу деятельности за плоскостные, двухмерные рамки.
Все началось с того, что несколько лет назад ведущий калифорнийский архитектор Фрэнк Гэри стал использовать в проектной деятельности такое программное средство, как CATIA. Эта высокотехнологичная программа, которая в то время не была известна в архитектурных кругах, помогла Гэри создать новые элементные формы и применить их непосредственно в строительном проектировании.
Последние три года ознаменовались широким применением NURBS-моделей - CAD окончательно вошел в практику архитекторов и конструкторов.
Сегодня, используя компьютер как мощный инструмент, дальнейшее развитие NURBS осуществляет создатель ряда уникальных проектов франкфуртский архитектор Бернхард Франкен.
На первый взгляд это не представляется чем-то экстраординарным. В конце концов, на сегодняшний день множество CAD-моделей обрело материальное воплощение. Однако Франкен сделал следующий шаг, используя в качестве базовых геометрические структуры, им же самим и создаваемые с помощью компьютера.
Франкен не просто создает какие-то формы, оперируя различными поверхностями: он воссоздает на экране решетку, точнее, матрицу нового типа - на основе изопараметрических кривых. (Как гигантское трехмерное изображение.) Структура эта детально воспроизводит основные элементы его компьютерогенной архитектуры.
Для того чтобы архитектура, рождающаяся на основе строгой и точной научной методологии, смогла воплотиться в жизнь, Франкену, с одной стороны, нужны клиенты, способные видеть эту архитектуру (в качестве проводников его идей), с другой - мощный партнер в сфере практического воплощения создаваемых виртуальных объектов.
В качестве одного из таких заказчиков выступил концерн "BMW AG", что позволило Франкену стать автором выставочной архитектуры для "IAA International Motor Show" (Франкфурт, 1999 г.) и женевского "Motor Show" 2000 г., а также выставочного павильона "BMW" на Expo в Мюнхене.
Квинтэссенцией презентации "BMW" является новая водородная технология (в настоящее время идет подготовка к серийному ее воспроизводству). Поэтому вполне логично, что именно на Франкена с его гидроморфным компьютерным дизайном, облекающим в математическую форму движение воды, пал выбор руководства концерна.
Воплощать же все создаваемое на экране компьютера в жизнь Франкену помогают действительно выдающиеся партнеры, в частности, франкфуртская архитектурная фирма "ABB". Обширный опыт ее руководства и персонала подсказывает верные шаги в работе с разнообразной клиентурой.
Очень важно, чтобы в команде был конструктор, способствующий преобразованию каплеобразных и волнообразных структур в более земные объекты. В даном случае это франкфуртские расчетчики Клаус Боллингер и Манфред Громанн.
Что касается франкфуртской "IAA-99", с участия в подготовке которой началась карьера Франкена на данном поприще, то для данного шоу им была создана конструкция из алюминия и плексигласа, представляющая собой две капли воды, замерзшие в момент их слияния воедино. Программа, разработанная Франкеном для описания этого процесса, позднее получила анимационную версию.
Программное средство предусматривает воздействие на расчетную схему разнообразных нагрузочных факторов, что выражается при задании исходных данных в цифровом виде. Конечный вариант дизайна есть в данном случае схема, деформированная под воздействием генерируемых из окружающей среды абстрактных сил.
В соответствии с замыслом Франкена, капли сливаются на лакированной поверхности автомобиля под воздействием набегающего ветрового потока.
Полученную однажды форму Франкен никогда не меняет. Его метод состоит в трансформации полученной на компьютере формы в реальный объект настолько неизменно, насколько это возможно, с сохранением вех структурных особенностей, включая сглаженные ребра или изопараметры, то есть кривые Безье, определяющие конфигурацию пространства, ограниченного поверхностью свободной формы.
Проектируя павильоны "BMW AG" и для женевской выставки "Motor Show-2000", и для мюнхенской выставки "Clean Energy Exhibition" Франкен всегда прикладывал к своим расчетным схемам нагрузки релевантного окружения, деформируя плоские поверхности и превращая их в экспрессивные геометрические формы.
Воздействие женевской экспозиции имело двойной характер - ламинарное перетекание из одного из углов гигантского выставочноо зала в область стенда дополнялось вихревым впечатлением самого стенда с размещенным на нем автомобилем Formula-1 BMW.
И вновь деформированные NURBS вместе с изопараметрами, описывающими их формы в анимационной программе, были напрямую трансформированы в реальную среду.
Подчас даже самая прямая дорога оказывается длинной, изобилующей окольными участками.
В качестве координаторов при внедрении объектов свободной формы в проекты для "BMW" выступили вышеупомянутые Клаус Боллингер и Манфред Громанн, каждый из которых является профессором структурного анализа.
Проектирование началось с использования наиболее ранних бета-версий макниловского моделлера Rhinoceros NURBS, сегодня наличествующего в версии 2.0. Rhinoceros был опробован и как ключевой инструмент проектирования, и как гибкий, многосторонний конвертер (особенно в отношении пакетов конечных элементов ANSYS и R-Stab).
Область приложения специальных программных приложений моделлера простирается от поверхностного анализа и сглаживания проектной модели до установления характеристик реальных конструктивных элементов, которым предстоит составить сооружение.
"Пузырь" - сферическая оболочка из акрилового оргстекла - поддерживается рамной конструкцией, состоящей из алюминиевых ребер, разрезанных струей воды.
Поскольку первоначально CNC-технология использовалась исключительно для резки алюминия и перемалывания пеноблоков с целью последующего формования акриловых стеклопанелей, волнисто-трубчатые секции, образующие геометрические формы женевского и мюнхенского объектов, были построены исключительно вручную.
Пространственная решетка, являющаяся основой конструкции, состоит из специально сконструированных профилей из экструдированного алюминия с системой гибких стыков и стальных трубчатых элементов, рассчитанных на тяжелые условия работы и поддерживающих ребра.
Изопараметры NURBS, из которых возведено сооружение, состоят из алюминиевых профилей, а стальные ободья сглаженных ребер образуют поверхность свободной формы.
Приступив к работе над женевским проектом, команда проектировщиков столкнулась с серьезной проблемой: невозможно было найти компанию, способную выполнить необходимые гибочные работы и изготовить из тяжелых стальных труб ребра необходимых параметров. Когда секции были собраны вместе для монтажа в 80-метровую форму, выяснилось, что допуски, с которыми они были изготовлены, весьма далеки от проектных.
К тому же практически не оставалось времени для пробного монтажа строения.
После совместных размышлений проектировщики и специалисты строительной компании пришли к простому, но блестящему решению: все конструктивные элементы, представляющие собой кривые свободной формы, были расчленены на составляющие дуги, которые и предстояло далее смонтировать с образованием сложной окончательной геометрической формы.
Алюминиевые профили образовали правильные кривые, соответствия же окончательных геометрических очертаний проектным удалось добиться с использованием результатов предварительного расчета.
Необычный подход был выбран для осуществления монтажа стальных труб при изготовлении ребер поверхности.
Опорное ребро 22 см в диаметре было разделено на 100 частей. Все они были изогнуты в одну сторону и сварены на специально сконструированном стане. Работа заняла несколько ночей. Технология обеспечила достаточную точность изготовления звеньев и позволила уложиться в 6-сантиметровый допуск.
Попытки проектировщиков Боллингера и Громанна превратить кривые свободной формы, образующие обод, в дискретные дуги с тангенциальными переходными кривыми, конкретизировали границы возможностей средства Rhinoceros.
Было похоже, что решить задачу в срок невозможно. Ситуацию прояснил телефонный звонок в Мюнхен разработчику средства flexiCAD. В ответ была получена Thinking, самая новая и надежная версия NURBS-моделлера.
Помимо того, что она обеспечивает математическое обоснование разбиения, о котором идет речь, данная программа стыкуется по всем параметрам как с Rhinoceros, так и с анимационной формообразующей программой.
После разделения обода на составляющие будущее пространственное положение и угол кривизны каждой из них были определены расчетным путем. Опорное ребро было изготовлено за 3 недели.
Большинству пользователей CAD знакомо волнение по поводу того, насколько хорошо будет работать сконструированное ими сооружение после его возведения. Однако выбора не было. К счастью, все опасения оказались напрасными.
Все отлично состыковалось. Несмотря на то, что на монтаж женевского объекта отводилось всего две с половиной недели, на практике процесс этот осуществлялся с опережением календарного плана. Ноутбуки проектировщиков, доставленные на стройплощадку в помощь инженерам, осуществлявшим монтаж, даже не пригодились.
Следующий проект (для мюнхенской выставки "Clear Energy Exhibition") явился концентрированым выражением того, что методом проб и ошибок было найдено Франкеном для выставочного павильона "BMW".
Почти 100-метровая "Волна" заполнила внутреннее пространство старого мюнхенского выставочного зала, перед зданием же вновь возник "Пузырь". В настоящее время Франкен приступает к работе над новым грандиозным проектом, однако из корпоративных соображений пока не готов давать подробные комментарии. Хотя то, что объект не будет иметь ни прямых углов, ни плоских поверхностей, уже дело решенное.
Реализованные проекты позволяют говорить о том, что возможности применения CNC-методов в строительной индустрии ограничены (особенно масштабами операций).
Сегодня элементы футуристического дизайна еще во множестве случаев выполняются вручную. Но каждый архитектор либо дизайнер интерьера должен знать, что лишь грамотное применение CA-технологий позволит ему отойти от традиционных методов проектирования.
Наилучших результатов удается достигать на пути совмещения традиционных методов проектирования, в частности, эскизирования, с информационными технологиями. Первоначальная идея возникает в голове дизайнера по ассоциации с самыми разнообразными явлениями окружающего мира, разрабатывать же ее лучше всего, опираясь на мощные программные комплексы.
К сожалению, в полной мере желаемых возможностей в области проектирования пока не в состоянии предоставить ни один из них. Все развивается€
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 50 за 2000 год в рубрике технологии
