基于拓扑优化的现代体育场设计

每四年，奥林匹克运动会都会聚集成千上万的运动员和观众，参加一项最大的国际体育赛事。一个国家举办奥运会的机会使他们能够对自己的文化和创新的未来做出艺术性的陈述。例如，中国的显着2008年奥运会体育场它被昵称为“鸟巢”，因为用来支撑它的结构梁类似于鸟巢中发现的错综复杂的编织细枝。

为了支持他们的奥运会出价，东道国通常会建立全新的体育场和其他基础设施，需要仔细规划，当然当然是一个大量的资金。对于一个像体育场一样大的项目，并且在这么短的时间准备，确保设计是可行的，美丽，并且在预算范围内是至关重要的。

尽管时间紧迫，预算有限，现代模拟软件使建筑师有可能创造创新和结构健全的体育场馆，同时仍然在设计中展示一个国家的文化和生活方式的主要特点。使用拓扑优化，设计师可以自由地解释新概念上的加载模式，而不必冒结构问题的风险。

Altair®灵感^™加速创新，优化和研究创新，结构有效的零件和组件。它的拓扑优化技术是开发的，以镜像骨骼如何响应人体内的压力而变化。一种生物体激发的方法使设计工程师能够在设计空间内产生有机负载路径，并确保整体结构将使用最少量的材料达到强度和刚度目标。结果是一种美观而功能的设计，也有利于节省材料成本。

牵牛星的工程师们用Inspire设计了一个体育场概念，采用了拓扑优化的方法，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全球建筑工程和建筑高级总监Luca Frattari，了解他“巨像”体育场博士项目的灵感来源，以及他对计算机辅助工程（CAE）在建筑中的应用前景的见解。bob电竞官方

巨大项目的灵感是什么？您希望通过这项技术示威者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。从研究的角度来看，意图是利用拓扑优化，以获得尽可能多的洞察力。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.

你能告诉我们重新设计的过程吗？

在激励中，这个版本是用钢筋混凝土制作的，但您可以在这里看到，解释很重，这意味着设计师从原始设计中提取了大量信息，并创建了与初始概念非常不同的新版本。它更加结构化，因为它已经嵌入了建立的结构概念，但它并不一定推动审美边界，所以这就是我想与最新的解释为止。为了澄清，该项目的范围是证明该技术可以产生这些类型的概念，但不会替代设计师。生成设计可能觉得它正在将设计师带出设计，而是实际上，它增加了设计师必须具有创造性的能力。该技术允许设计人员不仅探索新形状，而且还可以在理论上的结构上的结构设计中创建“开箱即用”结构设计的可能性。

拓扑优化是否考虑了优化过程中的材料问题？用户能否评估不同的材料以评估成本和性能的权衡？

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，对所有这些结构见解的探索是非常直观的。你可以设计一个形状，它可以是一个非常进步的设计，但你必须接受结构完整性的潜在妥协。例如，由于一些原因，你可能会发现，你不能生产一个特定长度的柱子或悬臂，因为这是不可能的材料和时间，或不符合规定。设计过程越详细，您将面临的约束就越多。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视觉，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艺术完整性的巨大妥协。

尽管重要的是要突破设计的极限，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需要被视为他们生活方式的象征，并为奥运会齐聚一堂。

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。

体育场设计的哪个领域最重要的是在初始设计期间关注？是否有可能对外部观察者不太明显的区域，这些观察者也受益于减肥优化？

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各个方面是什么？

当然，安全是建筑师，设计师和工程师应该焦点的地方。有多种设计方案需要考虑，并且在激励的Simsolid Solver内，您可以评估复杂组件等体育场的结构存活率，并在几分钟内获得分析结果。对于像体育场这样的建筑物，您需要考虑从踩踏或跳跃等行动中诱导震动，以确定这些行动如何影响结构的行动。这种尺寸的结构可以每年占据成千上万的人，并且在任何情况下，人群可以开始欢呼和跳跃，因为他们的团队赢得了游戏，所以你需要考虑从这样的场景发生的结果。

你有最喜欢的奥运体育场设计吗？这个体育场呢可以从设计的角度来实现这么重要？

1972年慕尼黑奥林匹克体育场由Frei Otto。这是一个漂亮的设计，包括湖泊，景观和结构的屋顶是由顶部的钢绳和玻璃板组成的。这只是一个非常雄伟的结构。奥托以创造轻量级设计和原型而闻名，他们敢于为时间设计如此雄心勃勃的东西，用风格和一个非常强大的技术背景。

土木工程中的当前模拟状态是什么？您如何看待CAE在未来发展的大规模建筑项目的使用？

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将在简化更大建筑项目的工作流程方面发挥更大的部分。在此空间的公司需要一种方法来设计更改，而不会纯粹由于其规模纯粹损害现有的工作。假设必须发生十步流程，并且在设计更新必须发生设计时，他们需要根据需要启用更改的工具，而设计的其余部分应自动更新和容纳该更改。它可能是一个物质变更或项目截止日期的最后一刻更改。在奥运会中，他们可以在开幕式前24小时完成景观美化，所以时间是本质。或可能影响结构的美学变化，但您不希望改变更改，以要求繁琐的模型更新或手动工作在各个模型细节上。这些是影响工程，咨询和整个项目团队的成本。

我看到CAE越来越智能化，特别是对于不同平台之间的数据流。为了避免常见的设计瓶颈，企业正在加大投入，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找最好的工具，借助Altair，您可以在一个平台下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。

了解有关使用仿真驱动设计改进建筑结构的更多信息，请访问www.s-emart.com/civil-engineering/.