20、建筑设计中的结构拓扑优化与情感计算融合探索

建筑设计中的结构拓扑优化与情感计算融合探索

在建筑设计领域，结构拓扑优化和情感计算是两个前沿且具有重要意义的研究方向。结构拓扑优化旨在寻找最有效的结构组织方式，以实现高效的建筑设计和建造；而情感计算则关注如何让材料和建筑空间感知和响应人类的情感，创造更具交互性和人性化的建筑环境。

结构拓扑优化：BESO与SIMP方法对比

在离散数字建筑设计中，结构拓扑优化是关键环节。以Project TRANSFOAMER项目为例，该项目旨在通过热丝切割高密度XPS泡沫块，并通过空间设计策略将其组装成大规模聚合体。其核心目标是提高设计和制造的效率，同时满足结构强度要求。

离散数字设计中的拓扑优化，意味着要找到离散部件的最有效组织方式来构建建筑。在这个项目中，离散部件遵循特定的网格结构，采用点对点连接的计算逻辑。每个部件有一个中心点（红色）和八个序列化的周边点（蓝色），在聚合时，第二个克隆部件会将其中心点连接到前一个部件的某个周边点，并旋转一定的欧拉角，直到找到无碰撞的强组合。

为了找到部件与结构线之间的等效转换，使用karamba3D进行了结构测试。测试表明，部件中心点之间的力遵循两点之间的方向，部件组合可视为特定网格中具有60度角的结构线。同时，为使分析更接近实际，设置了材料和横截面等属性，材料为高密度XPS泡沫，横截面为梯形。

接下来，对BESO和SIMP两种方法在Project TRANSFOAMER项目中的应用进行了测试，测试对象包括一些典型形状，如立方体、桁架、柱子、单层建筑和梁等。
- BESO方法 ：在Karamba3D中应用，负载设置为1 KN/m³，变化迭代次数为10，收敛迭代次数为20，张