基于Dynamo衍生式设计的办公空间智能优化设计.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 20 期 2023 年 10 月Vol.54 No.20 Oct.20232526基于 Dynamo 衍生式设计的办公空间智能优化设计刘学贤1，张 超1，张 森1，刘新超2（1.青岛理工大学建筑与城乡规划学院，266033，山东青岛；2.西安建筑科技大学建筑学院，710043，西安）摘要：基于建筑信息模型技术，运用衍生式设计方法，结合 Dynamo 可视化编程探究办公空间智能优化的设计方法。通过分析办公空间优化策略并结合衍生式设计案例，进一步展现衍生式设计的具体流程以及如何快速高效地提供多种优化方案，提高工作效率，促进计算机技术在建筑领域的应用。关键词：Dynamo；衍生式设计；办公空间；智能优化中图分类号：TU 201 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)20-2526-03INTELLIGENT OPTIMIZATION DESIGN OF OFFICE SPACE BASED ON DYNAMO DERIVATIVE DESIGNLIU Xue-xian1,ZHANG Chao1,ZHANG Sen1,LIU Xin-chao2(1.School of Architecture and Urban and Rural Planning,Qingdao University of Technology,266033,Qingdao,Shandong,China;2.School of Architecture,Xian University of Architecture and Technology,710043,Xian,China)Abstract:Based on building information modeling technology,derivative design methods were used to combine Dynamo visual programming to explore the intelligent optimization design method of office space.By analyzing office space optimization strategies and combined with derivative design cases,it further shows the specific process of derivative design and how to provide multiple optimization solutions quickly and efficiently,improve work efficiency,and promote the application of computer technology in the construction field.Keywords:Dynamo;derivative design;office space;intelligent optimization过去几年，病毒给社会经济带来了一定影响，恢复生产、振兴经济是目前的重要任务。办公建筑作为承载该任务的重要载体，面临平疫化转变的重要挑战。建筑师有必要在平衡规范和性能需求的同时，设计具有抗疫功能的空间来减少人们的接触从而减少病毒的传播。然而在进行平疫化转变时，工期紧、任务重，若不能保证项目工期，将会影响使用者的工作效率和安全。传统的空间优化方法需要设计师不断推敲优化，进度缓慢。随着对人工智能的不断讨论和研究，电子计算机被逐渐引入设计当中。衍生式设计具有可视化、模拟性、优化性、效率高等特点，能为设计提供新思路，高效解决问题。本研究以办公空间为研究对象，重点论述了衍生式设计的发展现状及设计流程，并探究衍生式设计在空间布局中的应用效果。1 衍生式设计发展及应用现状1.1 基于 Dynamo 衍生式设计基本概念Dynamo 是开源的可视化编程平台，它将复杂的收稿日期：20230710作者简介：刘学贤（1970），男，山东莱阳人，副教授，e-mail:.得多，与直径16 mm、20 mm、25 mm的带肋钢筋相比，直径 28 mm 的带肋钢筋植筋锚固长度与预埋钢筋锚固长度的比值偏小，并得出光圆钢筋不适合钢筋混凝土结构加固工程。通过钢筋混凝土中钢筋拉拔试验，观察预埋钢筋和植筋的破坏形式和破坏方式发现，GB 503672013混凝土结构加固设计规范中的植筋锚固长度小于 GB 500102010混凝土结构设计规范（2015年版）中的预埋钢筋锚固长度，其安全度也低于GB 500102010混凝土结构设计规范（2015 年版）中对钢筋预埋的要求。建议 GB 503672013混凝土结构加固设计规范中悬挑构件、非悬挑构件和其他构件植筋深度适当加长，以加强钢筋植筋的安全度，提高钢筋混凝土工程构件的安全系数。参考文献1 混凝土结构加固设计规范:GB 503672013S.2 混凝土结构设计规范(2015 年版):GB 500102010S.3 霍艳华,熊进刚.预埋钢筋和植筋锚固长度的对比分析 J.混凝土,2011(6):136139.4 陈家晖.混凝土结构植筋设计规范的简介与对比 J.四川建筑科学研究,2022,48(3):4348,53.2023 年 10 月2527代码封装在一个“包”里，从而降低使用难度，使设计师用可视化编程界面开发自己的设计工具，可提升建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的正向设计效率，提取、分析和批量处理 BIM模型中的设计和建筑管理信息，还可进行衍生设计和参数化建模等。衍生式设计又称创成式设计、生成式设计，是一种模仿自然进化的设计方法，是基于传统算法或传统规则的设计过程。传统的设计方案来源于设计师的灵感，电子计算机的作用是设计成果的性能模拟分析及图纸表达。与传统方法不同的是，衍生式设计需要人类与电子计算机协同创作，通过定义设计目标而不是设计确切的设计步骤，利用电子计算机的云计算和重复能力，快速随机生成大量备选方案，以找到一组理想的解决方案。正如 Nicholas Negroponte 在建筑机器中所定义的那样，机器设计助手应该能够使当前的工序自动化，将兼容的工序转换为设计，并迭代计算设计数据。简而言之，衍生式设计是目标驱动的设计方法，它的优势在于能使设计师在众多的设计当中更快、更明智地做出决策并探索更多的可能性。目前衍生式设计主要通过Grasshopper和Dynamo参数化平台来实现。本研究选择 Revit+Dynamo 平台进行衍生式设计探索。1.2 衍生式系统在空间布局当中的应用衍生式系统如何解决建筑空间布局问题从概念提出之初就被讨论，至今已有比较成熟的研究成果，在地下车库车位排布、办公空间工位布置、居住区平面强排和叠合楼板划分等中都有较好的应用。2 开放式办公空间设计优化策略开放式办公室空间宽敞，视野宽广，便于交流，提高了工作效率，但相比之下，也有缺乏私密性、空气质量差的缺点。开放式办公空间内人员密度更大，交流社交活动更加密集，病毒感染概率更高。因此应进一步优化完善办公空间病毒防控措施，使空间安全健康并兼顾防疫功能，在保证使用者日常工作需求的基础上，为他们提供舒适安全的办公环境。2.1 控制空间使用密度为符合防疫的基本原则，应减少办公建筑的室内容量，控制使用者的人数。人与人之间保持适当的距离是防疫要点，控制办公空间工位布局，使工位之间保持一定的距离是阻止病毒传播的有效措施。美国建筑师协会针对疫情提出“6 英尺”概念，建议扩大工位间隔，使每个工位间隔至少保持在 6 英尺以上。在空间上形成固定间距的工位，避免为病毒传播创造条件，满足使用者心理上对距离的需求，还可提醒使用者自觉保持安全距离。2.2 优化办公流线办公空间内的会议室大多采用循环型流线设计，桌椅位于空间中央，使用者通过四周的主要通道进出，在使用者较多的情况下，通道的使用率增加，重叠的流线不利于疫情的防控。可调整工位位置，减少主要流线上的工位数量，还可调整座位之间的距离，规定流线方向，指定单向交通。2.3 智能化辅助管理在电子计算机快速发展的时代，公司可通过智能产品降低运营成本，提高管理效率。目前市面上许多智能产品已经投入使用，例如智能门禁、智能接待、来访预约、工位预约等。通过人脸、指纹或二维码识别等智能实名门禁系统，实现进出管控以及轨迹可溯，对于病毒的防控具有很大的帮助。3 基于 Dynamo 共享办公空间智能优化设计3.1 方案设计目标本案例为某办公建筑某层，建筑面积约 970 m2，其中开放式办公区 185 m2，开放式工位 48 个。设计目标是针对办公建筑内的开放式办公区域，在最大占用率为 50%的前提下，保证工位满足目标间距，得到最优的座位布置方式。3.2 Dynamo 参数化方案设计根据项目建设图纸，运用 Revit 2021 对需要优化的办公楼层进行 3D BIM 建模。针对设计目标，运用Revit 自带的衍生分析模型或 Dynamo 进行可视化编程创建分析模型。3.2.1 变量输入Revit 自带的衍生分析模型无法实现设计目标，因此需要 Dynamo 进行辅助设计。首先将 Revit 中的模型数据导入 Dynamo 进行处理，通过加载 Revit 模型获得所需要的源数据。本案例使用衍生设计节点包中的 Select Family Instance 节点先选中 Revit 模型中的办公椅族实例，再根据办公椅的 z 轴坐标选取该楼层的办公椅，作为输入变量 1。刘学贤，等：基于 Dynamo 衍生式设计的办公空间智能优化设计建 筑 技 术第 54 卷第 20 期2528选中该楼层所有办公椅后，根据现有桌椅排布在工作空间建立随机路径，将路径的密度和旋转方向作为变量 2 和变量 3，通过这 2 个变量控制路径，为后续的工位随机排布提供多种随机结果。将工位间距设为变量 4，便于根据项目实际情况确定工位之间应满足的距离条件。3.2.2 变量输出将输出变量作为衍生设计的评价指标，在进行Dynamo 方案设计时，对设计目标进行量化计算，并将计算结果作为输出项用于衍生设计。本案例将衍生设计的输出变量设置为间距大于或等于 1 200 mm的椅子的数量和这些椅子所在的工位占总工位的百 分比。3.2.3 方案生成在 Dynamo 编写完成之后用衍生设计工具创建分析类型，然后在 Revit 中分析，在生成方案之前要对分析参数进行设置，主要参数有生成算法选择、对象选择、变量设置、目标设置、约束设置和生成设置。生成算法主要有 4 种：优化算法、随机算法、类似算法和叉积算法，每种算法需要定义的指标不同。对象选择即在 Revit 中单击选择将要优化的办公椅实例。变量、目标和约束设置需要根据设计目标来设置合适的范围和选项。生成设置包括 4 个指标：生成规模、生成数、结果数、种子。生成规模决定着衍生方案的数量，为得到最佳方案，生成规模数应尽可能大一些。第一次进行衍生设计时采用随机算法，设置生成数量为 200。从生成的方案中找出空间使用率较高的方案，分析变量的数值区间，在这个区间内使用优化算法进行第二次衍生设计。根据随机生成结果可知，部分方案可满足 50%的占用率，而且发现路径随机密度在 0100 且接近极端值的情况下，重新选用的桌椅分布比较均匀，如图1 所示，圆形为筛选后保留的工位。为满足空间使用率最大化，将间距大于或等于1 200 mm 的椅子数量和占用率设置为最大化，路径密度设为 5，最终获得了 2 种分布均匀且满足要求的方案，2种方案比较类似，选择其中一个创建Revit图元，在 Revit 中形成最终优化方案，如图 2 所示。4 结束语引用一个衍生式设计在办公空间的优化应用案大于 1 200 mm椅子数量242220181614120.500.450.400.350.300.250.80.60.40.280604020空间占用率旋转随机角度路径随机密度桌面排布 018排序方式 大于 1200mm 椅子数量启用过滤器单击并在轴上拖动以添加过滤器图 1 随机方法生成结果大会议室机房过道电梯厅前厅接待开放办公区图 2 最终计算得出布局方案平面示意例，介绍了衍生设计的基本步骤和流程。首先对优化的办公空间建立 Revit 模型，其次根据优化目标确定约束条件，然后在 Dynamo 中编写分析方案并导入BIM，再运行衍生式设计生成备选方案，在此基础上不断优化迭代，最终得到多个优化的座位布局方案。利用衍生式设计对座位布局进行优化具有良好的效果，在一定程度上提高了设计师的工作效率，为空间布局智能优化提供了新思路。但是如果设计评价指标较少，会生成多个满足要求的方案，为保证优化结果的准确性，应设置多个输出变量作为评价指标，并且由于算法本身的局限性，一个好的优化方案仍需要设计师的经验。参考文献1 郭晓静.基于 BIM 的家装设计与管理智能化研究 D.徐州:中国矿业大学,2021.2 喻汝青,王逸佳,沈欣钰,等.新冠肺炎疫情视域下未来共享办公空间设计优化策略 J.华中建筑,2022,40(12):6267.3 刘佩,周建亮,欧阳靓洁,等.后疫情时期公共空间座位布局的BIM 衍生式设计探索 J.工程管理年刊,2021:143148.4 宋姗,罗海涛,谌冰.自动化技术驱动工程建设行业数字化转型:衍生式设计从理论到生产的实践之路 J.中国勘察设计,2022(S1):2225.