每隔四年，奥运会就会把成千上万的运动员和观众聚集在一起，参加最大的国际体育赛事之一。一个国家有机会举办奥运会，就可以用艺术表达他们的文化和创新的未来。例如,中国著名的2008年奥运会体育场被戏称为“鸟巢”，因为支撑它的结构梁类似于鸟巢中复杂的编织细枝，这也是该项目的灵感来源。

为了支持他们的奥运申办，主办国通常会建造全新的体育场馆和其他基础设施，这需要仔细的规划，当然还有大量的资金。对于一个像体育场这样大的项目，在如此短的准备时间内，确保设计是可行的，美丽的，并在预算之内是至关重要的。

尽管时间和预算紧张，现代模拟软件使建筑师能够创造创新和结构健全的体育场，同时在设计中仍然展示一个国家的文化和生活方式的关键特征。使用拓扑优化，设计师可以自由地解释新概念的加载模式，而不必冒结构问题的风险。

牵牛星®激励^™加速创新、优化和研究具有结构效率的零部件和组件。它的拓扑优化技术是为了反映骨骼是如何在人体压力下生长的。仿生学启发的方法使设计工程师能够在设计空间内产生有机外观的负载路径，并确保整体结构使用尽可能少的材料达到强度和刚度目标。其结果是一个美丽和功能设计，也受益于节省材料成本。

Altair的工程师利用Inspire设计了一个使用拓扑优化的体育场概念，这种方法影响了许多过去的奥林匹克体育场项目。

我们采访了Altair的全球建筑工程和建设高级总监Luca Frattari，以了解更多关于他的“巨像”体育场博士项目的灵感，以及他对计算机辅助工程(CAE)在未来建筑中的应用的见解。bob电竞官方

巨像项目的灵感是什么?您希望通过这个技术演示展示什么技术和方法?

通过这个项目，我试图利用我们提供的优化技术，它是应用于三维域上的拓扑优化。体育场上的每一个环都是用不同的建筑细节制作的。体育场有两个对称性的轴，所以如果你要镜子四分之一的设计两次，它会模仿整个设计布局。当2010年工作中的这个项目工作时，我们没有足够强大的计算机来处理这种尺寸的型号，所以我们一次只能在它的四分之一工作。从一个研究点，其目的是利用拓扑优化，因为我们可以获取尽可能多的洞察力。如果您仔细观察外圈，它与中间环不同，并且每个环的支撑均具有略微不同的设计。我的目标是避免该技术的局限性只是为了看看我可以获得什么类型的结果并创造对建模结果的文字解释。我没有合理化由标准梁，杆或线性元件制成的结构。我想拥有尽可能多的连接，并将结构“移动”从上到下流动。当时作为一个设计师，我想看看我可以用这种方法创造多少。 That led me to what you see in this picture, leaning more toward aesthetics than what you’d typically see in a design like this.

你能给我们介绍一下重新设计的过程吗?

在《Inspire》中，这个版本是用钢筋混凝土制作的，但正如你在这里看到的，解释是沉重的，这意味着设计师从原始设计中提取了大量信息，创造了一个与最初概念非常不同的新版本。它在结构上更有悟性，因为它已经嵌入了已建立的结构概念，但它不一定会突破美学界限，所以这就是我想做的最新诠释。澄清一下，这个项目的范围是为了证明这种技术可以产生这些类型的概念，但不能替代设计师。生成性设计可能会让人觉得设计师脱离了设计，但实际上，它增强了设计师的创造力。这种技术不仅可以让设计师探索新的形状，还可以创造出“开箱即用”的结构设计，理论上也是结构合理的。

拓扑优化在其优化中考虑材料吗?用户可以评估不同的材料来评估成本和性能的折衷吗?

在设计的早期阶段，根据项目所需的材料密度或特性，您选择的材料类型可能不会成为最终设计。也许你知道这种风格，希望它成为一个非常传统的体育场，如英国足球场，或者更多的有机物，就像你现在在中东看到的一些体育场一样。当然，有更换材料的权衡，并改善性能，僵硬或特别成本。制造限制有时可以影响优化结果超过材料。但在这个级别，我们正在宏观规模，并试图确定材料应该去哪里以及需要多少。

在我的研究过程中，探索所有这些结构性观点是非常直观的。你可以设计一个形状，它可以是一个非常先进的设计，但是你必须接受结构完整性的潜在妥协。出于几个原因，你可能会发现，例如，你不能生产一个特定长度的柱子或悬臂，因为材料和时间不可能，或者不符合规定。设计过程越详细，你面临的限制就越多。在这个阶段，我们的想法是探索形状。通过在早期阶段使用模拟，你可以开发出一种艺术愿景，一种你知道大致可行的形状，这样你就不必做出可能破坏结构的艺术完整性的巨大妥协。

尽管推动设计的极限很重要，看看你能用不同的材料和设计创造出什么，但创造者必须记住，奥运场馆是一个国家表达其文化和技术进步的媒介。因此，这个国家的文化首先应该被视为是他们生活方式的象征，是他们为奥运会相聚的象征。

我认为，像激励一样的工具可以帮助这些项目的概念化，因为我的建筑师很快就会看到创造这些类型的概念的优势，同时避免了昂贵的设计错误和报废了工作的风险。

在初始设计阶段，体育场设计的哪些方面是最重要的?是否有一些对外部观察者来说不太明显的领域也能从减重优化中受益?

一般来说，在设计体育场时，显然存在一些强制性设计要求，以查看包括结构安全，可访问性和成本。在这种情况下，在概念阶段，我的兴趣是在支持或列中。对我来说，这些元素可以真正展示我们谈到的这种技术的潜力，因为我会说几乎不可能可视化这些类型的元素，这些元素可以将一个楼层连接到另一方面，就像在此图像中一样。创造这种形状的可能性对我来说是令人着迷的。如果您朝顶部看第一和第二环，您可以看到有45度的倾斜度。倾斜部分的目的是确保地板不会在任何地方转移或崩溃，摩天大楼或非常高的建筑物。这是您无法在概念级别提出的东西，以及仿真和生成设计将设计师的能力带到下一个级别。设置负载后，您可以在技术中获得真正独特的形状和结构建议。

体育场设计中最具挑战性的方面是什么?

当然，安全是建筑师、设计师和工程师应该关注的地方。在Inspire的SimSolid求解器中，你需要考虑多种设计场景，你可以评估复杂组件(如体育场)的结构可行性，并在几分钟内获得分析结果。对于像体育场这样的建筑，你需要考虑地震作用，或由跺脚或跳跃等行为引起的感应振动，以确定这些行为何时以及如何影响结构。这样大小的建筑每年都能容纳成千上万的人，而且在任何情况下，人们都会欢呼雀跃，因为他们的球队赢得了比赛，所以你需要考虑这样的场景可能产生的负载。

你有最喜欢的奥运场馆设计吗?从设计的角度来看，这个体育场有什么创新之处?

1972年，弗雷·奥托设计的慕尼黑奥林匹克体育场。这是一个美丽的设计，融合了湖泊和景观，结构的屋顶由钢索和顶部的玻璃板组成。这真是一个宏伟的建筑。奥托以创建轻量级设计和原型而闻名，他们足够大胆，设计了一些在当时如此雄心勃勃的东西，用风格和非常强大的技术背景。

土木工程模拟的现状如何?您如何看待CAE在未来发展的大型建筑项目中的应用?

我会说CAE在土木工程中有很大的利用，在3D结构设计和优化方面存在强大的存在。所有在奥林匹克体育场级别的这些领域工作的公司都有经验和必要的工具。大多数时候，我甚至会说他们引领行业设计标准的起草，并为这些学科改进，就像风测试或地震设计一样。

CAE将在简化大型架构项目的工作流方面发挥更大的作用。该领域的公司需要一种方法来进行设计更改，而不因其规模而损害现有的工作。假设有一个10步的过程，无论在哪里必须进行设计更新，他们都需要工具来实现所需的更改，而其余的设计应该自动更新并适应这些更改。它可能是一个实质性的变化，也可能是项目截止日期的最后一刻的变化。在奥运会上，他们可能会在开幕式前24小时完成景观美化工作，所以时间很重要。或者是可能影响结构的美学变化，但您不希望这种变化需要繁琐的模型更新或对单个模型细节的手工工作。这些成本会影响工程、咨询和整个项目团队。

我看到越来越多的采用CAE技术，特别是在不同平台之间的数据流方面。各公司正投入更多资金以避免常见的设计瓶颈，因为它们希望自己的技术具有渗透性。他们正在从最好的供应商那里寻求最好的工具，通过Altair，您可以在一个平台上访问所有必要的结构分析和优化工具，并提供完整的CAD连接和模型传输解决方案。

要了解更多关于使用模拟驱动设计改进建筑结构的信息，请访问www.s-emart.com/civil-engineering/．