Новый алгоритм ускорил проектирование сложных архитектурных оболочек в 60 раз

Исследователи из Токийского университета и инженерной компании Thornton Tomasetti представили вычислительный метод, который может кардинально изменить процесс проектирования крупных легких конструкций, таких как сетчатые оболочки (gridshells).

Благодаря технологиям ЧПУ метод также может быть применен для проектирования клееных деревянных сетчатых оболочек. ©2025 Masaaki Miki and Toby Mitchell CC-BY-ND

Новый подход, основанный на использовании поверхностей NURBS — стандартного формата в системах автоматизированного проектирования (CAD), — значительно снижает требуемую вычислительную мощность. Задача, которая раньше занимала 90 часов на мощной видеокарте (GPU), теперь завершается примерно за 90 минут на обычном процессоре (CPU).

Сетчатые оболочки, состоящие из пересекающихся изогнутых элементов из металла, стекла или дерева, позволяют перекрывать огромные пространства, такие как входы на вокзалы или общественные площади, без внутренних опор. Однако проектировщикам не хватало стандартных вычислительных инструментов для эффективной работы с широким спектром сложных форм.

Алгоритм, разработанный Масааки Мики и Тоби Митчеллом, решает эту проблему. Он находит оптимальные формы сетчатых оболочек, которые поддерживают сложную геометрию, сохраняя при этом структурную надежность. Ключевым преимуществом метода является работа непосредственно с гладкими NURBS-поверхностями, что обеспечивает математическую точность и легкость интеграции в существующие рабочие процессы архитекторов.

«Мы начали проект в 2020 году с интереса к оболочкам, часто бетонным. Мы стремились найти новые способы проектирования, учитывающие как силы сжатия, так и растяжения, что позволяет получить большую свободу дизайна», — сказал Масааки Мики.

Исследователи создали плагин для популярной CAD-программы Rhinoceros, что позволяет архитекторам использовать новый метод в знакомом программном обеспечении. В будущем команда планирует расширить технику для проектирования композитных деревянных сетчатых оболочек.