国外科研团队开发新型软件工具，可简化弧形玻璃幕墙设计

弧形玻璃幕墙虽然非常美观，但传统的建造方法成本非常高。玻璃板通常采用 "热弯"，即用模具或专门的机器对玻璃进行加热和成型，这是一个非常耗能的过程，并会产生多余的废物。冷弯玻璃是一种更便宜的替代方法，即在施工现场将平板玻璃弯曲并固定在框架上。考虑到材料的脆性，设计出一种既美观又可制造的形式是非常有挑战性的。现在，一种交互式、数据驱动的设计工具让建筑师们可以做到这一点。

该软件由来自奥地利科学技术研究所（IST）等多个研究机构的科研团队创建，用户可以交互式地操作一个立面设计，并立即收到关于面板化的可制造性和美学的反馈，用于浏览设计师想法的各种实现方式。该软件基于一个在特殊物理模拟上训练的深度神经网络来预测玻璃面板的形状和可制造性。除了允许用户交互式地调整意向设计外，它还可以自动优化给定的设计，并可以很容易地集成到建筑师的常规工作流程中。

该软件和研究成果在SIGGRAPH Asia 2020上进行了展示。

热弯玻璃自19世纪起就开始使用，但直到20世纪90年代才开始普遍使用。不过，这种工艺仍然非常昂贵，而且运输弯曲玻璃的物流也很复杂。大约十年前，人们开发出了一种替代产品—冷弯玻璃。它制作成本低，运输方便，几何和视觉质量也比热弯玻璃好。这种技术还允许建筑师使用特殊类型的玻璃，并准确预估面板上的变形应力。设计冷弯玻璃幕墙需要一个庞大的计算。

奥地利IST博士后、共同第一作者Ruslan Guseinov解释说："虽然可以计算出单个面板何时会破裂，或者为额外的载荷提供安全系数，但对于传统的设计工具来说，处理由数千块面板组成的整个立面实在是太复杂了。" 此外，使用计算机与传统的计算方法来获得每次改变时的应力和形状，将花费太长的时间。因此，该团队的目标是创建一个软件，使用户（非专家）能够交互式地编辑一个表面，同时接收每个面板的弯曲形状和相关应力的实时信息。他们采用数据驱动的方法：团队进行了100多万次模拟，以建立一个可能的曲面玻璃形状数据库，用建筑学中传统的计算机辅助设计（CAD）格式表示。然后，在这些数据上训练了一个深度神经网络（DNN）。这个DNN精确地预测了给定的四边形边界框架的一个或两个可能的玻璃面板形状，这些形状可以用到建筑师绘制的立面草图中。共同第一作者Konstantinos Gavriil补充道："我们知道一个给定的边界并不能唯一地定义面板，但我们没有预料到DNN能够找到多个解决方案，即使它从未见过一个边界的两个备选面板。" 从一组解决方案中，程序会选择最适合外立面设计的面板几何形状，同时考虑到框架的平滑度和反射等特征。用户可以调整模型，以减少应力并以其他方式改善整体外观，此外还可以随时自动优化设计，找出 "最适合 "的解决方案，大大减少了不可行的面板数量。最后，要么所有的面板都可以安全地建造，要么用户可以选择对其中的几块面板进行热弯。

一旦用户对外形满意，程序就会导出建造外墙所需的平板形状和框架几何形状。为了测试模拟的准确性，该团队制造了框架和玻璃面板，包括在极高压力下的面板。在最坏的情况下，他们观察到了与预测形状的微小偏差(小于面板厚度)，所有的面板都可以按预期制造。该团队进一步验证了数据驱动的模型真实、有效地再现了模拟的输出。

来源：全玻网