摘要：针对穿孔铝板设计的复杂性，传统二维设计很难达到设计要求的现状，基于Rhino+Grasshopper平台实现对穿孔铝板的建模研究，本文提出一种可以应用于实际项目。在方案推敲阶段给出一种快速模拟推敲的方法；在工程实施阶段，减少修改方案带来的重复工作量，给出了一种基于图案建立穿孔铝板效果的方法，并结合一个实例说明穿孔铝板排孔的参数化方法。研究成果可为相关应用与研究提供参考。
关键词：穿孔铝板；参数化建模；Rhino；Grasshopper
1.引言
近年来，建筑师追求建筑造型的标新立异，建筑的视觉震撼，大量有特点的建筑如雨后春笋般涌现，这类建筑的共同点都是基于参数化平台实现的。
参数化设计作为一种新的手段，是基于数学函数算法及相应参数生成模型，模型的不同都是基于参数的调整反应出来的，参数保存了模型的所有数字化信息。当对方案进行修改时，参数化修改引擎提供的参数修改能让设计师快速的通过某个或某几个参数的调整使参数的反应—模型快速改变，与传统手段需重新建立模型相比，参数化设计工作效率高，降低工作量，并且对前期方案的推敲有很大帮助。
穿孔铝板效果由于其本身的特殊性，给设计师在设计过程中根据图案确定孔的排布带来了难题，若是基于二维传统平台，工作效率低，方案可改性差，带来了大量的重复工作，影响了工作的效率并且有时很难实现设计效果。基于这种现状，若采用参数化方法，大大提高了设计的主动性，提高了工作效率。本文借助Rhino+Grasshopper参数化平台，对带图案的穿孔铝板孔的排布进行研究，给出一种新的设计方法。
图1 穿孔铝板工程案例
图2 参数化实现流程
2.参数化建模思路
2.1建立网格
启动Rhino及grasshopper平台，载入square运算器，在size端接入确定网格大小的运算器number slider，在extentx及extenty端接入确定X，Y大小的运算器number slider，这样就生成了图案的整个网格。
2.2重构网格的中心
接下来我们想让穿孔板开孔的圆心位于生成网格的各个中心，平面点具有二维坐标信息即X和Y,我们想把任意的图像做成穿孔图案效果，就必须将图案的像素信息和之前建立网格的中心点相对应，这样为了避免错误及更换效果的随意性，我们将所有点均重构成X和Y区间均为0-1的点，方法有很多，这里主要采用Area运算器提取网格中心点，然后用deconstrcut运算器分解点，得到每个中心点对应的X及Y坐标，再利用数学运算得到X及Y坐标对应的0-1区间的值。
2.3网格中心点信息与图像信息相关联
将重构的点与设定好的X及Y区间均在0-1范围的图像相对应，并得到对应的图像反映在数值上的信息，因为现在的对应数值是在0-1区间的，为了后续不用折算孔径大小，需将该对应信息转化成正常孔径范围的数值信息。
表1 常用的运算器
表2 常用的运算器
2.4分析判断
现在我们得到的图像对应点信息分布于全区间范围内，实际生产中限于设备的加工精度等因素，显然不可能达到目前加工要求，这就带来一个难题，怎么能将现在的数据转化成能加工出来的信息，并且最大限度的保证加工效果，这里引入一个区间概念是理想的选择，即可以把某个区间的数值都转化成某个能实现的具体数值，这样全区间里的离散分布的数值就可以转化为几个具体的数值，再用这几个数值代替对应区间值当作开孔的孔径值，这样既达到了效果的要求也解决了加工精度等方面的要求。
2.5模型实现
鉴于以上分析，现在我们要得到不同区间对应的孔径值可以用find domanin电池配合consecutive domains,list item,formate得到设定区间内对应的孔径唯一值，再运用circle运算器生成不同孔径的圆，最后用boundary surfaces就可以生成穿孔板效果模型。
表3 常用的运算器
3.穿孔铝板排孔的参数化方法案例综合模拟研究
针对以上参数化穿孔铝板实现的分析，现结合案例进行模拟并验证可行性，该案例穿孔铝板的效果是树叶形状的图案，若运用传统二维手段很难达到预期效果，只能另辟蹊径，而参数化的特点也给了这种形式穿孔铝板制作的可能。按照上面的方法编写该模拟的参数化程序，该模拟以150x150个方格，每个方格大小100来建立网格，原始效果为枫叶造型，生成效果如下：
图3 穿孔板图案
图4生成镂空的孔隙
图5最终图案效果
图6算法程序
如方案改变无需重新建立开孔模型，只需改变图案即可，程序会自动生成根据新图案效果的穿孔铝板模型，即将image sampler中的图像重新载入替换即可，下图是由枫叶效果变为两片树叶效果的方案，改变后生成模型如下：
图7 新图案效果
4结论与建议
4.1结论
基于Rhino+grasshopper平台的参数化设计具有修改方便，设计灵活的特点，是异形建筑广泛采用的方法之一。但前期Rhino主要用于工业设计方面，对于建筑方面的应用有限，因此对于基于Rhino+grasshopper平台的建筑方面的研究具有很高的理论价值与实际意义。
本文结合实际工程中遇到的难题运用参数化设计方法得到以下结论：
1)通过参数化驱动，建立了穿孔铝板根据图案效果建立孔洞的参数化模型。
2)阐明了实现过程及过程中遇到问题的解决，最后通过实例模拟了生成过程，验证了基于参数化实现根据图案确定穿孔铝板开孔想法实现的可行性。
3)在工程早期推敲图案的美观性、可行性及工程实施阶段方案变更时，为工程技术人员能够快速修改方案提供了一种参数化方法。
4)在实际工程中可以运用本文所提到的方法实现穿孔铝板根据图案开孔的需求。
5)本文所提出的思路，为类似问题解决提供了一个参考依据。
4.2建议
1)在工程实践过程中遇到传统二维方法难以实现时可以考虑使用参数化设计方法实现。
2)在设计阶段方案经常修改的情况下，可以借助参数化方法利用参数驱动建立模型，通过修改参数达到推敲方案，降低工作量、提高工作效率的目的。
3)本文所研究的是整个铝板均开孔的效果，如果只是在图案效果处开孔需进一步讨论。
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论文作者:王辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：参数论文; 效果论文; 运算器论文; 图案论文; 铝板论文; 方法论文; 区间论文; 《基层建设》2018年第34期论文;