利用excel多输入源自动化生成建筑参数

Excel或同类软件的功能主要强大在单元格公式与格式填充,这一点与Grasshopper等参数化插件的精神是一致的,都可以由类slider的一系列自变量控制一系列因变量同时生成或顺序迭代,展开为可视化的结果以供用户在其中遴选,从而进入后期处理的工作流。因此,Grasshopper和Dynamo等插件均留有Excel数据交换的接口。所不同之处主要在交互方式与数据来源上,Excel长于生成统计数据分析图(条形图、饼图、折线图等),处理的主要是数值;而Grasshopper不但可以使用list/slider等传统数据,还可以拾取Rhino图元;输出的也是更为形象的Rhino图元。

建筑工程中这种多输入源自动化生成迭代(iteration)数据的应用是大量存在的,还有的数据是递归(recursion)生成的。比如各种车型的车道转弯半径计算、通道与楼梯疏散宽度计算、不同梯段尺寸的楼梯间开间计算、观演空间坐席升起的视线计算、围护结构传热阻/平均传热系数计算、围护结构内表面水蒸气分压/表面温度与冷凝温度差计算、房间混响时间、房间共振周期计算等。如果直接套用公式手算非常繁琐,而采用内插法在图上取点又不精确。采用自动化公式计算将有利于解放生产力,也便于保持时效性。

采光系数与日照时间计算和建筑风环境模拟,甚至渲染在广义上也属于这种多因数自动化计算,但是因为具体计算方法对于一般人过于复杂(说实在的,我也不会),所以一般都需要借助专业的代码来执行,各种图形用户界面就是市面上的各种商业/开放软件,在此我们不做过多讨论。

在数据来源上,房间面积/结构构件所占面积计算和建筑面积/防火分区面积计算,以及相关的容积率计算、利用系数计算、体型系数计算、窗地比/窗墙比计算等,因为房间数往往众多,其几何参数的获得比较繁琐,一般也是借由建模软件直接获取,天正、Revit都有专门的属性统计工具,在获取房间表与门窗、面积明细表后才能进入Excel后期处理,此处也不做深入讨论。

对于较简单的参数生成问题,用户所要做的关键是要寻找并确定一套正确的rule set函数,在此即为计算公式。数据的产生依赖于递推关系而非通项公式的计算,比如影剧院视线超高,这些问题就更依赖于表格的顺序性计算。在国家标准、行业规范或地方规定、资料集中,一般都有对这些间接参数的计算公式解释,为了方便使用可以先制作好计算文件,在设计实践中随时调用,不必现场仓促查找,也在平时维护时方便及时更新过时的数据。

下面以几个具体的计算为例介绍Excel中的具体使用方法。

车道转弯半径计算

本计算参照建筑行业国家规范JGJ100-2015《车库建筑设计规范》。公式与数据来源均出自本规范与附属的条文说明,使用时应注意数据的时效性,并在旧规范废止时及时更新迁移至新规范对应的数据库。

令我感到有点意外的是机动车转弯半径与车道最小内外半径并不是一回事,两者的几何图示与映射关系(公式)分别如下所示:

JGJ100-2015 4.1.4 机动车的环形车道最小外半径(R)和内半径(r)的尺寸应按下列公式计算(图4.1.4):

W=R-r(4.1.4-1)

R=R+x(4.1.4-2)

r=r-y(4.1.4-3)

R=((L+d)^2+(r+b)^2)^0.5(4.1.4-4)

r=(r1^2-L^2)^0.5-(b+n)/2(4.1.4-5)

式中:a机动车长度;

b机动车宽度;

d-前悬尺寸;

e-后悬尺寸;

L-轴距;

m-后轮距;

n-前轮距;

r1-机动车最小转弯半径(按本规范表4.1.3取值);

R-环形车道外半径;

r-环形车道内半径;

R-机动车环行外半径;

r-机动车环行内半径;

w-环形车道最小净宽(按本规范表4.2.10-1取值);

x-机动车环行时最外点至环道外边安全距离,宜大于或等于250mm,当两侧为连续障碍物时宜大于或等于500mm;

y-机动车环行时最内点至环道内边安全距离,宜大于或等于250mm,当两侧为连续障碍物时宜大于或等于500mm。

如果一时反应不过来,是正常的,因为规范原文的五个公式按推导顺序应该反过来写才对,即先求机动车环行内半径(4.1.4-5),最后求(4.1.4-1)。用的都是简单的勾股定理,不需赘言。

参数部分在条文说明中有参照,此处摘录如下:

G-K列是车辆已知或规定的参数,其中各车型的数值可以将平均数填入。

上面的公式中的运算符号都是excel可以识别的形式,如乘方号^,以及开二次方^0.5,可以粘贴入公式栏,然后将参数换成单元格编号。注意括号要成对出现,以免报错。

以机动车环行内半径r=(r1^2-L^2)^0.5-(b+n)/2(B列)为例,B2单元格在公式栏中输入=(G2^2-H2^2)^0.5-(I2+J2)/2;

B3以下,拖拽B2右下角的填充柄往下格式填充,就会自动生成各项;

C列至F列方法同,注意公式和单元格编号的正确性。

实际的环形车道内外半径 单位mm(略)

影剧院视线地面升起设计

观演空间的地面设计,对于避免视线遮挡和增强声学品质来说非常有好处,尤其对于大规模的观演空间而言,最远视距达到30m时,就非常必要优化坐席的垂直排布。规范所提供的视线超高值,同样并不能直接线性相加用于前后排的超高计算,需根据定义来计算。

具体的规范为JGJ58-2008《电影院建筑设计规范》。剧院规范JGJ57-2016未见规定或说明,仅仅对升起作了描述性的推荐。因此本计算规则采用电影院建筑设计规范的条文说明。亦可参照建筑设计资料集,最新的版本是2017年第三版第4册的观演建筑部分。

因为此处说明过于繁琐,故采用建筑规范的表述。

JGJ58-20084.2.3 观众厅的地面升高应满足无遮挡视线的要求,并可按下式计算(图4.2.3):

Yn=Xn/Xo(Yo-c)(4.2.3)

式中X——前一排观众眼睛到设计视点的水平距离(m);

Xn——后一排观众眼睛到设计视点的水平距离(m);

Y——前一排观众眼睛到设计视点的垂直距离(m);

Yn——后一排观众眼睛到设计视点的垂直距离(m);

c——视线超高值,0.12m;

Hn——地面升高值(m)。

实际上后来计算中我认为这个公式是写错了,应该改为

Yn=Xn/Xo(Yo+c),

否则计算出来的升起高度到后面都是负的。

在图中也可以证明此点,读者朋友们如果感兴趣,可以帮忙验证一下,以下为我的证明

原理颇为简单,就是相似三角形对应边成比例。注意头顶和视线之间隔了一个额头的高度c=0.12m。

排距取1100,首排距银幕/舞台0.6×20=12m,银幕/舞台设计视点标高取0.9m

按照修改后的公式算出来的升起标高就是Hn。

可以看出来每排大概升起了150~200的高,相比于台阶的坡度还是很缓的,可以在过道处做成坡道。

感谢观看。以上两个是比较典型的例子。今后如有时间还会再补充其他具体案例,如混响时间T60的依林/赛宾公式,围护结构热阻与蒸汽渗透阻的计算等等。

  • 发表于:
  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20181002G0GZKM00?refer=cp_1026
  • 腾讯「云+社区」是腾讯内容开放平台帐号(企鹅号)传播渠道之一,根据《腾讯内容开放平台服务协议》转载发布内容。
  • 如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券