Rhino GH平台在结构设计中的应用 / 开普饭

小编：Yifei.

结构的边界是形式。
新时代里，优秀的结构设计已经难以脱离建筑而评判。结构工程师的追求从超高层与大跨度，逐渐转向了形式的自由，并开始对除力学性能之外的其他属性关心了起来。除此之外，进入信息社会以后，人类的生产生活组织形态在看不见的地方飞速更迭。人们对空间的需求更加多样且灵活，但是更进一步，不仅住宅是居住的机器，每一个建筑甚至城市也都变成了更为复杂的机器。电讯派的Walking City从科幻逐渐降格为比喻。

Walking City

设计对象的极大复杂化使得建筑行业重新孕育了自己的系统工程。系统工程讲求加大设计阶段的投入，以尽量全面的设计考虑，避免在加工制造阶段的临时补救甚至返工。越复杂的系统，越难以通过现场的临时设计变更实现补救。因为建筑方案开始考虑更多的因素，在早期就会有大量的方案推敲和论证，而在系统工程中，需要借助基于仿真的设计方法（simulation based design），将难以实现的方案排除出去，以避免无用投入造成的浪费。因此复杂项目在方案阶段就需要引入可以及时配合的粗略分析结果来判定性能是否（难以）符合指标。
Rhino + Grasshopper因其既适合敏捷化快速配合，又有极大潜力通过开发实现深度配合，逐渐在设计阶段流行起来。设计团队可以在初期便实现对建筑的外观，热工，通风，视野，噪音，照度，能耗，力学，人流，微气候等等的分析，对方案表现进行综合性评估。同时对构造，施工过程的可行性进行推敲。其模型不仅可配合3D打印技术对原型进行论证，也可以生成可直接交付工厂加工的数据。

Rhino建模指导构件加工

无人机航拍生成场地模型辅助方案设计

场地开挖坡度分析

对于结构专业来说，置身于基于仿真的设计环境中，工程师需要能够快速对方案进行结构模型抽取分析，或对结构形态进行参数变量的批量分析，以实现敏捷配合。下面介绍一些简单工具，能够帮助工程师实现联动分析。

以下推荐几个GH插件，用于结构工程分析与设计：

(1)

Karamba3D应该是目前应用最多的结构分析插件。可以处理杆系和平面单元的有限元分析。分析方法包括线性分析，二阶分析，非线性分析，大变形分析，模态分析，屈曲分析，振动分析，截面优化，BESO拓扑优化等，分析结果的显示方式非常丰富。Karamba3D官网有中文版的使用手册可以免费下载，还有大量的分析案例和教程可以下载学习。

Karamba3D对一壳单元桥分析的教程案例

(2)

Kiwi!3D是一个应用IGA（isoGeometric Analysis）方法进行结构分析的差价。IGA方法直接以NURBS函数建立有限元模型，对于曲线构件无需进行折线重建，是有限元方法比较新的一个方向。该插件目前免费，除线性分析外，还支持非线性分析，找形，考虑施工工序的分析等。随插件会有教学案例下载，简单易学。

Kiwi!3D的一膜结构分析案例

(3)

Alpaca4D是一款调用OpenSees实现结构分析的插件，对OpenSees分析的输入和输出实现可视化的模型和分析结果。作为一款非常新的插件，目前后处理功能还比较简略。随插件下载压缩包同样内附有教学案例文件。

Alpaca4D一结构分析案例

项目进行到一定阶段，结构可通过OAPI生成Sap2000或Etabs模型进行进一步深化。Sap2000和Etabs都算是更新比较频繁的·软件，其OAPI亦随版本常常更新。所以可以想象建立模型转化的这一步工作也需要常常更新自测维护。目前虽然有一些插件可以实现Rhino模型到Sap2000或Etabs的转换，但是这里还是建议使用者学会对OPAI的使用，自己编写转换模块，以确保生成模型的正确，避免设计事故。
结构的生形逻辑多种多样，结构的布置方式要结合方案和场地，结构的设计理念需要工程师自己探索。但是俗话说“什么都不懂，就用遗传算法”，下面介绍两个遗传算法的插件。

(4)