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参数化动力学的建筑,看看那些“动起来”的建筑

 转自:钢结构设计-公众号


人类一直善于改变自己以适应所处的环境,世界各地的建筑师提出了“动力学建筑”的概念,这意味着建筑的某些元素可以根据要求实时变化,而不会影响建筑物的结构完整性。

参数化动力学的建筑,看看那些“动起来”的建筑


许多建筑师已经使用这一概念来设计建筑,以提高建筑的性能,适应不利的环境条件,也能很大程度的提升审美要求。


01

迪拜达芬奇旋转塔

Dynamic Tower 

阿拉伯联合酋长国 迪拜


达芬奇旋转塔的与众不同之处不仅是设计方案的技术性,更取决于类似“乐高积木”一样的游戏运用。当这座建筑竣工后,它将是第一座彻底由事先定制的部件构成的建筑。


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在意大利南部事先安装好每个模块,配置全部水电工程系统软件和全部的室内装修,随后运往阿联酋迪拜拼装,顺着中间固定不动的混凝土主杆一层一层拼装,可以最大程度缩短竣工时间。


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这也是世界首个风力发电的旋转摩天大楼,其功能集成了办公、住宅、酒店。此外该塔楼还配备了太阳能板,可以为自身和临近的建筑物提供电力。


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如果单纯从形体角度来看的话,用Grasshopper来构建就比较简单了。首先确定好楼层平面样式,然后通过旋转即可生成类似结果,鉴于该塔楼旋转角度的非线性变化,因此需要通过函数映射来调整。


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02

上海复星艺术中心

Fosun Foundation Art Center

 上海外滩 与陆家嘴金融中心隔海相望


上海复兴艺术中心坐落于上海外滩金融城,除了举办优质的美术展览,还专注于举行各种群众教学活动,为社会公众给予触碰造型艺术的机遇。建筑外型较大的特点是三层金黄可旋转投影幕,结合了中西方元素,如古代中国的王冠,西方国家的竖琴。


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投影幕每日指定旋转四次,如同上海外滩边绽放的“民族舞蹈世家”。为了让舞动的旋律更具生命力,外部金属幕帘由675根铝合金组成,俨然成为了外滩的新地标。


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这种有逻辑的表皮形体可直接用Graph mapper进行模拟,并且能够还原其动态变化的过程。其实整体构成逻辑很简单,只需前期将三组不同位置的定位点确定好,然后按照函数映射的关系生长度成均匀变化的杆件。


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为了方便大家学习,可在公众号后台回复关键字“艺术中心” ,领取本案例的犀牛和GH文件。


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03

密尔沃基美术馆

Milwaukee Art Museum

 美国 密执安湖畔


密尔沃基美术馆位于美国威斯康星州密执安湖畔、由卡拉特拉瓦设计,它具有洁白色的外观和别致的造型,如大鸟双翼的巨大屋顶代表着卡拉特拉瓦的美学,同时成为了密尔沃基的标志性建筑。


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密尔沃基美术馆通过机械传动装置来调整外部结构的运动,建筑顶部的是两个能够像翅膀一样张开的钢结构羽翼,在阳光下慢慢张开仿佛一座会动的建筑。


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这个结构体系由两根平行、倾斜47度的桅杆支撑,一根桅杆位于屋面的中轴线上,另一根位于通向艺术馆入口的桥上,创造出了诗意般的结构体系和运动感的整体效果。


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与一般建筑不一样,这个美术馆在户外部分也设计了一组遮阳的百页,而没有把百页全都放进玻璃窗的内侧去。卡拉特拉瓦把这一部分的遮阳百页放在室外,直接串在了桅杆上,如同一叶纤细的羽毛片随时跟着阳光调整自己的角度。


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密尔沃基美术馆【视频】


密尔沃基美术馆钢结构的展开也可以通过GH进行模拟,用简单的旋转就可以控制杆件的运动。其生成原理与下一个案例明日博物馆很相似,读者可领取下明日博物馆的GH文件进行查看。


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04

超级悬挑 | 明日博物馆

Museu do Amanhã

 巴西 里约热内卢


明日博物馆位于巴西里约热内卢市,由西班牙著名建筑师卡拉特拉瓦设计,该建筑建成于2015年12月17日,其设计灵感来源于里约热内卢植物园。


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明日博物馆在世界上开创了新一代科技馆的要求,将科学与创新设计相结合,并将重点着眼于城市的可持续发展。在建筑的屋顶有翅膀一样的钢结构,其功能是用于收集太阳能。


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博物馆吸引了游客前往五个主要领域:宇宙,地球,人类,明天和现在。该建筑具有连续天窗的设计,以适应不断变化的环境条件。主要展览内容为专注于创意的数字化技术,而非实物展览。


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用Grasshopper简单地模拟了下其天窗杆件的变化效果,动态过程主要是通过Trigger运算器进行控制。鉴于该案例步骤比较繁琐,读者可在公众号后台回复关键字【动态装置】来获取GH文件。


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05

艾尔巴哈尔塔

Al Bahar Tower

阿拉伯联合酋长国 阿布扎比


哈尔塔项目完工于2012年6月,这是一座高145米的塔楼。塔身被屏风包裹,在距离内墙两米的建筑外墙上形成一个独立三角形结构,这种结构被称为Masharabiya 遮阳系统。


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Masharabiya遮阳系统由Aedas的计算设计团队开发,每个三角形个体都随着太阳的移动而摆动,同时幕墙上还涂有玻璃纤维,通过参数化方式来调整几何形状的立面板、从而减少太阳能和眩光。


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这样的屏风在精密的测算下将减少50%以上的太阳光热,并减少建筑物的能源消耗,这种独特的设计让该项目赢得了许多设计师同行的赞许。


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此类建筑表皮的做法多是通过移动多边形的顶点或边缘的中点,常用控制移动距离的方法为点干扰或先干扰,然后将这些点重新构成面。读者可在公众号后台回复关键字【巴哈尔塔】来获取本案例的GH文件。


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06

丽水世博会主题馆

One Ocean

韩国 丽水世博会


G.Lab建筑事务所赢得了丽水世博会Big-O设计创意国际性比赛,其参赛主题是“绿色海洋,蓝色森林”,该项目预计在2022年竣工。Big-O项目是丽水世博会的联接核心区,也是富有激情的大中型公共性聚会场地。


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主题馆让游客感受海洋生态体系和各类有关“人造自然”的展览会,从而促进海洋产业及科技的发展。建筑就像海岸边绽放的柔软浪迹,外表皮是仿生动力学形式,可以根据不同环境变化不同模式。


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厅和大厅通过空气动力学实现了自然通风,减少了空调的使用。工程师对建筑进行了结构的优化,减少了能源的耗费,提高了资源的使用率。


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这类渐变开洞的表皮纹理制作方法本质上也是移动点,只是需要将移动后的点与原始曲线的端点构成曲线,进而可生成曲面开洞效果。本案例思路比较简单,希望大家能够自行练习一下。


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07

世贸中心中转站

WTC Transportation Hub

美国 纽约世贸中心


历经12年斥资40亿美金、在911废墟上修建的巨大工程世贸中心交通枢纽站总算向群众对外开放。全部工程造价是初始预算的二倍,并且开放时间延迟了7年。站房由高高的互锁白色肋骨组成,内部包含两层地下,其中包括一部分购物中心。


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世贸中心中转站目前是一个集买东西、转乘站与人行步道网于一体的商业综合体。整个建筑就像一只鸟,从外边看它像一只白色的和平鸽,煽动着羽翼将要起降。


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建筑内部结构从355英寸长的“眼”向外拓宽,能够看见纽约的一线天空。它由白钢管和钢化玻璃做成,将太阳光引入房间内。这座建筑有60英寸深,连接着外边的道路和地铁站的内部结构。



08

风动幕墙 | 航站楼停车场

Ned Kahn and Urban Art Projects

澳大利亚 布里斯班


布里斯班航站楼停车场的东立面、大约有117000块悬挂的铝板随着风而产生流动的波纹。为了应对不断变化的风形,立面在建筑和自然环境之间建立了直接的界面,其灵感来自布里斯班市猫的尾迹所产生的水面反射。


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在停车场内,当阳光穿过立面时,光影图案投射到墙壁和地板上。该设计还提供了实用的环境效益,例如遮荫和自然通风。


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除了其引人注目的外观外,该装置还提供了两个环境效益。外立面实际上具有 50% 的透气性,可以为停车场提供通风,同时整个立面也可以起到遮阳的作用,为整个建筑降温。


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风动幕墙也叫风铃幕墙,其原理简单来说就是利用动力学的风力来模拟风吹的效果。其结构较为简单,通常用不锈钢拉索把金属风动片串链起来,固定住风动片的单边,限制仅在一个方向能移动。让墙面在空中随风飘舞,轻盈灵动、自然流畅。


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此类建筑表皮可用Kangaroo的风力进行模拟,读者可在公众号后台回复关键字【风动幕墙】来获取本案例的GH文件。


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09

3D脸部展馆

MegaFaces

俄罗斯 索契奥林匹克公园


MegaFaces展馆位于2014年索契奥林匹克公园入口处,由俄罗斯最大的电信公司之一、索契冬奥会的合伙人 MegaFon 委托建造。


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伦敦建筑师 Asif Khan 对肖像画的想法十分着迷,MegaFaces的灵感来自于数字技术。如今,“自拍”、表情符号、社交软件已成为数字时代交流的符号。MegaFaces以雕塑的形式利用这种即时性,使用现代数字平台在建筑规模上表达情感。


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展馆是一个2000平方米的立方体,具有动感的立面,可以在三个维度上变换,以重现大楼参观者的面孔,让每个人都有机会成为奥运会的代言人,只需运动员和奥运观众在大楼内的特殊3D照相亭内拍照。


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立面的图像是由11000个程序执行器控制建筑物的弹性皮肤而成,同时在建筑上展示了三幅每幅8米高的肖像。每个执行器中的尖端都带有一个包含RGB-LED灯的半透明球体。每个致动器充当一个像素,从建筑物向外延伸最多两米以创建立体图像,或改变显示在立面上的图像或视频的颜色。


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在GH中可用图像采样器Image Sampler模拟3D脸部效果,初学者特别要注意的是、采样点数据为UV Point,而不是真正的三维空间点。读者可在公众号后台回复关键字【图像采样】来获取本案例的GH文件。


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10

哈德逊广场艺术中心

The Shed

美国 纽约哈德逊广场


The Shed位于美国纽约的哈德逊城市广场,艺术中心将用作剧院和画廊空间。更重要的是,展览、舞蹈表演、音乐会等不同的活动可以在五个区域中的任何一个区域同时进行。每个区域都被这样的声学包裹着,以至于没有一个表演会影响另一个表演。


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The Shed 的外立面由轻质、发光的 ETFE 面板制成,其外壳位于一组与短轨道相连的轮子上。一旦激活,外壳就会从建筑物的主框架上移开,实际上构建了一个全新的建筑物,


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11

迪拜暴风塔

Squall Tower

阿拉伯联合酋长国 迪拜


Squall Tower 恰如其名,将现代标志性的摩天大楼美学与独特的自我维持功能相结合。参数化摩天大楼提出了一种有趣的设计融合:它的形式和功能都源自风车或旋转的垂直风力涡轮机,这些机器已经存在了几十年。


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使用复杂的参数将这种灵感带入现代智能建筑时代作为设计工具,Squall Tower 不仅着眼于模仿该机制并自行发电,而且看起来以敏锐的风格做到这一点。该设计不是单个旋转元件或一组旋转元件,而是让建筑物沿中心轴旋转,以便为底部的涡轮机提供动力以发电。


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作者: ganggouren

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