Analiza zacienienia - Przykład wykorzystania w stacji metra Maria Del Pianto w Mediolanie

analiza zacienienia, Maria Del Pianto w Mediolanie

Architekci z londyńskiego biura Rogers Stirk Harbour & Partners oraz inżynierowie z Expedition Engineering projektując dach stacji metra "Maria Del Pianto" w Mediolanie, zastosowali nowatorski sposób optymalizacji przekrycia pod względem nasłonecznienia. Bazując na zastosowaniu programu automatyzującego analizę nasłonecznienia, wykorzystali algorytm genetyczny w celu wyszukania przekrycia o żądanych parametrach. Dzięki temu proces optymalizacji dachu mógł być wykonany niemal w całości przez komputer.

Zastosowanie takiego rozwiązania nie byłoby możliwe bez wykorzystania plug-inu do programu Rhino, napisanego specjalnie w tym celu przez Freda Labbe, inżyniera z Expedition Engineering. Jak tłumaczy Labbe, algorytmy ewolucyjne wykonują operacje na populacjach możliwych rozwiązań i naśladują proces ewolucji – poprzez stosowanie zasady przetrwania najsilniejszych – w celu tworzenia coraz lepszych przybliżeń rozwiązania w każdej następnej generacji.

Przed przystąpieniem do optymalizacji przekrycia architekci musieli określić jego formę. Zdecydowali się na podwójnie zakrzywioną paraboloidę hiperboliczną. Zaproponowano konstrukcję z cienkich stalowych elementów, których układ przypominał plaster miodu, przykrytą membraną ETFE. Dach miał zapewniać maksymalny dostęp światła i widoku nieba dla platformy znajdującej się u podstawy szachtu stacji na głębokości 40-tu metrów. Ponadto, celem projektantów było zacienienie poziomu parteru oraz uniknięcie przegrzania pomieszczeń stacji. Duże znaczenie miało również ekonomiczne wykorzystanie materiałów.

Spełnienie tych wszystkich celów jednocześnie wymagało nowatorskiego podejścia do optymalizacji przekrycia. W tym celu posłużono się algorytmem genetycznym, ponieważ jest on szczególnie skuteczny w poszukiwaniu równowagi pomiędzy przeciwstawnymi wymogami. Przy jego pomocy dokonano zamiany układu elementów konstrukcji w taki sposób, aby zoptymalizowana forma zapewniała spełnienie wszystkich wyżej wymienionych warunków.

Optymalizację zadaszenia wykonano bazując na grupie 400 potencjalnych rozwiązań. W wyniku krzyżowania się i mutacji tych propozycji (potencjalnych rozwiązań) na przestrzeni 70 generacji uzyskano satysfakcjonujące rozwiązanie. Jednorazowe wykonanie tych obliczeń zajmowało około tygodnia, gdyż wymagało wygenerowania i przeanalizowania 28 000 różnych wersji projektu. Wszystkie te czynności były wykonywane wyłącznie przez komputer, bez ingerencji człowieka w ten proces.

Cały proces optymalizacji zadaszenia zajął cztery miesiące. W porównaniu do pierwotnego regularnego układu siatki typu „plaster miodu” udało się poprawić o ok. 30% oświetlenie światłem dziennym dolnej części stacji. W przypadku pomieszczeń na parterze, które wymagały zacienienia nastąpiła poprawa o 15%. Wszystko to osiągnięto przy jednoczesnym zmniejszeniu masy konstrukcji stalowej o 2,5% (12 ton).

Komentarze