Экстремальный холод

Дата: 15 июля 2022 г.

Холодногнутое стекло все чаще применяется в строительных проектах с неплоской геометрией. В этом документе представлены работы, проделанные для комплекса из четырех высотных башен, состоящих из 11 136 уникальных панелей, согнутых методом холодной гибки, сотни из которых имеют толщину более 250 мм. Все панели уникальны, непрямоугольные, а в некоторых случаях слегка изогнутые. Сложная геометрия усложняет прогнозирование окончательной формы панели, что является важным шагом для создания рабочих чертежей плоской формы панели перед ее изгибом.

Хотя машинное обучение все еще является зарождающейся технологией в отрасли AEC, прогнозирование — это класс задач, для решения которых идеально подходят многие методы машинного обучения, особенно при работе с большим количеством данных или, в данном случае, панелей. В статье обсуждаются геометрические характеристики сильно изогнутого стекла, методология прогнозирования формы панелей и использование машинного обучения при ее реализации. Эта методология была применена для более чем 3500 единиц установленного архитектурного стекла, и было показано, что она снижает геометрические отклонения на целых 75%, вплоть до допусков в субмиллиметры.

Холодная гибка — это метод, позволяющий использовать стекло в строительных проектах с органической или иной неплоской геометрией. По мере того, как методы холодной гибки становятся все более понятными и широко применяемыми, их ограничения исследуются и оспариваются. В рамках недавнего проекта четыре высотные башни (две высотой 240 метров и две высотой 300 метров) состоят из 11 136 уникальных панелей, гнутых методом холодного гнутья. Из этих тысяч несколько сотен панелей выдвинуты из плоскости на 200–400 мм.

Большая часть исследований, посвященных холодной гибке и ее механическим ограничениям, касается прямоугольных или даже квадратных панелей, но также точно известно, что форма панели оказывает значительное влияние на характеристики потери устойчивости. Поскольку прямоугольники не могут облицовывать неплоскую поверхность плиткой, весьма вероятно, что для большинства применений холодной гибки потребуются панели непрямоугольной формы. Панели в этом проекте представляют собой перекошенные четырехугольники и служат полезным исследованием природы упругой деформации в непрямоугольных формах.

Хотя взаимодействие геометрии и материала важно понимать во время проектирования и проектирования, оно абсолютно необходимо при подготовке к изготовлению. Чтобы панели правильно вписывались в свои рамы, необходимо правильно учитывать геометрические искажения при прогнозировании окончательной уплощенной формы панели. Для этого требуется серия симуляций материалов, которые являются дорогостоящими в вычислительном отношении и отнимают много времени, по крайней мере, в масштабе тысяч и тысяч уникальных экземпляров.

Однако прогнозирование — это класс задач, хорошо подходящий для алгоритмов машинного обучения. Поэтому мы создали методологию определения поверхности как набора параметров, которая позволяет обучить модель машинного обучения для прогнозирования геометрии холодногнутой поверхности в архитектурных стеклянных панелях. На основе этой окончательно предсказанной формы мы используем анализ методом конечных элементов, чтобы моделировать изгиб в обратном направлении и прогнозировать плоскую, «развернутую» форму с учетом свойств и толщины материала.

Здесь мы обсуждаем особенности сильно деформированного остекления, а также методологию обучения и реализации модели машинного обучения.

Общая форма башен определяется двумя эллипсами, одним у основания и одним наверху, которые имеют немного разные радиусы и повернуты друг относительно друга на 90 градусов. Специальный алгоритм, определенный архитекторами, определяет поверхность произвольной формы, которая интерполирует эти две направляющие кривые. Эта поверхность является основой для разделения на фасадные панели.

Фасад имеет трехмерный элемент затенения, а панельная облицовка имеет наклон, чтобы повысить эффективность затенения. Это приводит к угловому эффекту спирали и, что немаловажно, к получению панелей, напоминающих параллелограммы. Конечно, поскольку массив представляет собой непрерывно изогнутую форму, панели не могут лежать ровно на поверхности, а должны выгибаться из плоскости.