مقالات و نوشتار های تحلیلی

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.