مقالات و نوشتار های تحلیلی
بهینه سازی میزان حفره یک سقف با گرس هاپر و DIVA
بهینه سازی میزان حفره یک سقف با گرس هاپر و DIVA
مایلم تجارب خود در طراحی ورودی ایستگاه TGV مونپلیه فرانسه توسط شرکت Marc Mimram Architects که جوایزی نیز برده را با شما در میان بگذارم. به همراه تیمم در ELIOTH ، کارم متمرکز بر طراحی حفره های درون سیستم سقف طاق بتنی بود. در این پروژه از ابزارهای راینو، گرس هاپر و DIVA استفاده شد.
ضریب آفتابگیری چیست؟
در حالت کلی، قواعد ساختمانی میزان نور طبیعی موجود در فضا را با معیاری به نام " ضریب آفتابگیری" تعیین میکنند. عموما میتوانیم هر سطحی را به عنوان یک کرهی درخشان عظیم تصور کنیم و از این طریق ضریب آفتابگیری را بیابیم. سطح داخلی این کره به صورت یکنواخت میدرخشد و نور به همهی سطوح از همهی زوایا تابیده میشود، که باعث میشود ضریب آفتابگیری مستقل جهتگیری نسبت به خورشید باشد.
اهداف پروژه
برای ایستگاه قطار در مونپیله، به تعیین دو ضریب آفتابگیری نیاز داشتیم:
فضاهای اداری و جایگاههای تحویل بلیط باید حداقل به ضریب آفتابگیری 1.0 میرسیدند (آبی رنگ)
پلتفرم باید ضریب آفتابگیری 0.5 میداشت (قرمز رنگ)
چون فضاهای ایستگاه بدون سیستم خنک کننده بودند، نیاز بود که به منظور آسایش حاضرین دمای داخلی بیش از حد بالا نباشد. یعنی لازم بود تا حد امکان ایستگاه را خنک نگه داریم. گرچه یک سیستم تهویه طبیعی هم داشتیم، لازم بود کمترین میزان نور ممکن از سقف عبور کند.
لذا طراحی ما باید دو چالش را مرتفع مینمود:
۱- حفرهها به اندازه ی کافی بزرگ طراحی شوند تا به ضریب آفتابگیری 1.0 برای فضاهای اداری برسیم.
۲- پاسخ دادن به جهت گیری نسبت به خورشید و مینیمم کردن گرمای ورودی تابش خورشید.
آنچه کار را بسیار سخت کرد فضاهای اداری بود چون جعبه ای بودند و فقط یک سطح برای دریافت نور داشتند، پنجرهای که رو به پلتفرم بود، دیگر سطوح همگی دیوارهای مات بودند. برای وارد کردن نور به این محدوده*ها، باید حفرههای تقریبا بزرگی را به صورت هدفمند در سقف جایگذاری میکردیم. مکان دقیق این حفرههای بزرگ غالبا نامعلوم بود و باید برای یافتن بهترین مکان آزمایش میکردیم. تصویر زیر نشان دهندهی دو پیکربندی مناسب ممکن برای قراردادن پنل بزرگ حفرهها است.
بعلاوه، لازم بود اندازه ی حفرهها را مطابق جهت تابش نور خورشید تنظیم کنیم. برای حل همهی این مشکلات یک مدل پارامتریک از تمام سقف ایجاد کردیم و حفرههای تک تک سطوح را مطابق جهت تابش نور خورشید تغییر دادیم.
هندسه ی سقف در دو جهت متقارن است و از 5 دهانهی طولی تشکیل شدهاند که یک قوس ایجاد میکنند. هر دهانه از ردیفی از پنلهای بتنی 4 طرفه تشکیل شده. گرچه همهی پنلهای بتنی از نظر هندسی مشابه بودند، با توجه به موقعیت خورشید، هرکدام جهت متفاوتی داشتند.
میتوانستیم با استفاده از DIVA میزان اشعهی خورشیدی که به هر کدام از این پنلها میتابید را شبیهسازی کنیم. سپس از مقادیر تابش برای تعیین اندازهی حفرهها برای هر پنل استفاده شد. برای نمونه، کنارهی پنل که دارای بیشترین میزان تابش بود کوچکترین حفرهها را داشت (که بیشتر نور را مسدود می کرد) و کنارهی پنل که دارای کمترین میزان تابش بود بزرگترین حفرهها را داشت (که منجر به عبور بیشتر نور میشد).
قدم بعد گذراندن این مدل سقف حفرهدار از شبیه سازی بود که ضریب آفتابگیری پلتفرم را محاسبه کند. بر اساس این نتایج، ما محدودهی حفرههای سقف را تغییر دادیم. برای نمونه، اگر نور بیشتری نیاز داشتیم میتوانستیم محدوده را از 8 تا 25 درصد به 15 تا 30 درصد تغییر دهیم. چون مدل پارامتریک است، هندسهی آن به صورت اتوماتیک آپدیت میشود و میتوانیم به سرعت شبیه سازی بعدی را اجرا کنیم.
اسکریپت را به گونه ای طراحی کردیم که بتوانیم بخش های خاصی از سقف که محدودهی حفرهدار بودن متفاوتی داشتند را بزرگتر از بقیهی قسمتهای سقف انتخاب کنیم. این محدودهها فضاهای اداری را هدف قرار دادند و ما تستهای مختلفی انجام دادیم تا مطمئن شویم با به کارگیری کمترین تعداد پنلهای دارای حفرهی بزرگ به ضریب آفتابگیری 1.0 میرسیم. تصاویر زیر اسکرین شاتهایی از گرس هاپر هستند که بخشهای دارای محدودهی حفرههای کوچکتر (خاکستری رنگ) و بخشهایی که حفرههای بزرگتری داشت تا امکان ورود نور بیشتر به فضاهای اداری فراهم شود را نشان میدهند(آبی رنگ).
تا اینجا اسکریپت به گونهای تنظیم شده که همهی پنلهای حفرهدار متناسب با جهت تابش نور خورشید باشند. همچنین، ما میتوانیم محدودهی حفرهها (به صورت درصد) و مناطقی که امکان درصد حفرههای بیشتری میدهند را نیز انتخاب کنیم.
این پارامترها، محدودهی حفرهها و مناطق، پس از هر شبیه سازی دست کاری میشوند تا به ضریب آفتابگیری مورد نظر خود برسیم. مباحثی در مورد استفاده از الگوریتمهای ژنتیکی مانند Galapagos برای حل بهینهی مساله نیز مطرح بود، اما استفاده از این روش موانعی نیز داشت.
نتیجه:
سقف نهایی به گونهای حفره دار شده که نور مسقیم ورودی به بخش ابتدایی ایستگاه را مینیمم میکند، به خصوص در ماههای تابستانی که فضای داخلی باید دمای پایین و مناسبی داشته باشد. در عین حال، حفرهها به گونهای هستند که امکان ورود نور محیطی زیادی را به ایستگاه برای روشن کردن فضا فراهم میکنند. مناطق دارای حفرههای بزرگتر به گونهای جایگذاری شدهاند که میزان نور محیطی ورودی به فضاهای اداری ماکزیمم شود.
www.parametric3d.com
http://www.parametric3d.com/data/roof-opt-grass-diva/#comment-41
http://designplaygrounds.com/projects/roof-perforation-optimization-using-grasshopper-and-diva
ترجمه و تهیه کننده :
سایت www.Parametric3d.com
استفاده از مطالب، فقط با ذکر منبع مجاز است. حق پیگرد بر اساس قانون حمایت از حقوق مؤلفان و مصنفان، محفوظ میباشد.