國外科研團隊開發新型軟件工具，可簡化弧形玻璃幕墻設計

弧形玻璃幕墻雖然非常美觀，但傳統的建造方法成本非常高。玻璃板通常采用 "熱彎"，即用模具或專門的機器對玻璃進行加熱和成型，這是一個非常耗能的過程，并會產生多余的廢物。冷彎玻璃是一種更便宜的替代方法，即在施工現場將平板玻璃彎曲并固定在框架上。考慮到材料的脆性，設計出一種既美觀又可制造的形式是非常有挑戰性的。現在，一種交互式、數據驅動的設計工具讓建筑師們可以做到這一點。

該軟件由來自奧地利科學技術研究所（IST）等多個研究機構的科研團隊創建，用戶可以交互式地操作一個立面設計，并立即收到關于面板化的可制造性和美學的反饋，用于瀏覽設計師想法的各種實現方式。該軟件基于一個在特殊物理模擬上訓練的深度神經網絡來預測玻璃面板的形狀和可制造性。除了允許用戶交互式地調整意向設計外，它還可以自動優化給定的設計，并可以很容易地集成到建筑師的常規工作流程中。

該軟件和研究成果在SIGGRAPH Asia 2020上進行了展示。

熱彎玻璃自19世紀起就開始使用，但直到20世紀90年代才開始普遍使用。不過，這種工藝仍然非常昂貴，而且運輸彎曲玻璃的物流也很復雜。大約十年前，人們開發出了一種替代產品—冷彎玻璃。它制作成本低，運輸方便，幾何和視覺質量也比熱彎玻璃好。這種技術還允許建筑師使用特殊類型的玻璃，并準確預估面板上的變形應力。設計冷彎玻璃幕墻需要一個龐大的計算。

奧地利IST博士后、共同第一作者Ruslan Guseinov解釋說："雖然可以計算出單個面板何時會破裂，或者為額外的載荷提供安全系數，但對于傳統的設計工具來說，處理由數千塊面板組成的整個立面實在是太復雜了。" 此外，使用計算機與傳統的計算方法來獲得每次改變時的應力和形狀，將花費太長的時間。因此，該團隊的目標是創建一個軟件，使用戶（非專家）能夠交互式地編輯一個表面，同時接收每個面板的彎曲形狀和相關應力的實時信息。他們采用數據驅動的方法：團隊進行了100多萬次模擬，以建立一個可能的曲面玻璃形狀數據庫，用建筑學中傳統的計算機輔助設計（CAD）格式表示。然后，在這些數據上訓練了一個深度神經網絡（DNN）。這個DNN精確地預測了給定的四邊形邊界框架的一個或兩個可能的玻璃面板形狀，這些形狀可以用到建筑師繪制的立面草圖中。共同第一作者Konstantinos Gavriil補充道："我們知道一個給定的邊界并不能唯一地定義面板，但我們沒有預料到DNN能夠找到多個解決方案，即使它從未見過一個邊界的兩個備選面板。" 從一組解決方案中，程序會選擇最適合外立面設計的面板幾何形狀，同時考慮到框架的平滑度和反射等特征。用戶可以調整模型，以減少應力并以其他方式改善整體外觀，此外還可以隨時自動優化設計，找出 "最適合 "的解決方案，大大減少了不可行的面板數量。最后，要么所有的面板都可以安全地建造，要么用戶可以選擇對其中的幾塊面板進行熱彎。

一旦用戶對外形滿意，程序就會導出建造外墻所需的平板形狀和框架幾何形狀。為了測試模擬的準確性，該團隊制造了框架和玻璃面板，包括在極高壓力下的面板。在最壞的情況下，他們觀察到了與預測形狀的微小偏差(小于面板厚度)，所有的面板都可以按預期制造。該團隊進一步驗證了數據驅動的模型真實、有效地再現了模擬的輸出。

來源：全玻網