大三第一次做数字化设计课设作业，就拿下94分年级第一！以蜻蜓翅膀为原型给鸟类设计栖身之所

乐活 2024-11-08 09:01 江苏

转自：RAC设计留学

今天为大家分享的是来自天津大学建筑学姐大三做的数字化课设作业《鸟类友好城市生境》，该项目以94的分数拿下年级第一。第一次接触数字化设计的你是不是也无从下手？接下来一起看看同样是第一次做数字化项目的学姐是如何进行设计的吧~

鸟类友好城市生境

CITY BIOMIE

作品关键词：

数字化设计，泰森多边形，鸟类友好空间

项目作者

Shuyan Zhang

天津大学建筑学

01.

背景｜Background

本设计以自然界中蜻蜓翅膀的有趣生命现象为灵感，探索其在飞行、保护和运输方面的重要作用。蜻蜓翅膀的微观结构看似无规律，实则富有变化和内在逻辑，成为生物研究的原型。通过Python图像识别和机器学习，我们分析了蜻蜓翅膀形态的数据集，形成具有特征性的蜻蜓结构。

翅室作为养分储存空间，与翅脉在结构支撑上起协同作用。其布局符合运输效率最高的泰森多边形原则。通过图像分析，我们将翅室分类，并基于泰森多边形生成二维中心点图形。在三维化过程中，我们控制点位坐标，生成四种三维布点原型，形成泰森多面体。

翅脉的结构布局经过有限元模型静力学分析，分为三类：主脉和衍生的次脉与更次脉。我们提取泰森多面体边界，进行拓扑优化，确保蜻蜓翅膀结构的效率和稳定性。同时，为还原蜓翅结构，我们利用不同工具生成外层几丁质膜、蛋白质中间层和内层几丁质层的三明治结构模型。

此外，考虑到鸟类在城市化进程中生存环境的威胁，我们将建筑服务对象定位于鸟类。选取纽约曼哈顿区作为项目地点，考虑到其是鸟类迁徙的重要路径。我们采用Cocoon技术，生成适用于人类和鸟类共存的建筑原型，旨在改善城市生态，并建立人与自然的联系。

01.

背景｜Background

背景分析：

将生物原型与建筑出发点“生命胶囊”相结合，我们将建筑服务者定位于自然界鸟类生命，纵观当下鸟类生存现状，鸟类种类丰富，数量多，分布范围广，但由于城市化的大量普及，鸟类需要被迫适应城市生活，在城市中他们的生存环境饱受威胁。现存的问题可以看出，由于栖息地的减少，城市中噪音光污染的加剧，和其他例如交通，电线，玻璃建筑等原因，导致鸟类在城市环境中难寻栖身之所。

由于人鸟环境三者相互影响，依存的关系，鸟类生存面临威胁的同时，城市生态绿化也相应减少，热岛气候等其他生态问题也相继出现。鸟类的数量和种类变化可以帮助我们监测城市环境，也可以帮助人类体验生活，建立与鸟类，生态的联系。

场地选择：

在场地选择上，我们从城市环境，自然条件，鸟类分布等多方面考虑，选择鸟类迁徙路线必经之地纽约，西海岸的曼哈顿区，它位于鸟类主迁徙的长廊之间，涵盖世界八条鸟类迁徙路线中的三条，是众多鸟类南迁的必经之地。这里高楼林立，滨海环境突出，但鸟类在此处难以落脚休息。

项目背景：

作为数字化课题，我们的项目需要找到一个有趣的数字化原型出发，项目的重点更多落于如何用数字化方法形成一个有趣的形体，而可以忽视空间的合理性与使用。于是，我们更多大胆探讨了形体的生成过程，试验了多种grasshopper的插件生成结构，表皮，形体的过程。

02.

项目特色

这个项目的特色在于它将生物启发设计理念应用于建筑学领域，特别是通过研究蜻蜓翅膀的微观结构和功能来创造新的建筑形态和结构：

1. 生物模拟：

项目以蜻蜓翅膀为原型，利用其结构上的复杂性和高效性来指导建筑设计。这种从自然界中汲取灵感的方法不仅创新，而且可能带来可持续和高效能的建筑解决方案。

2. 数字化设计方法：

通过使用Python图像识别和机器学习技术，项目团队能够分析和综合大量的自然形态数据，创造出具有特征性的蜻蜓翅膀结构。

3.考虑城市生态和动物生存：

项目不仅关注建筑本身，还考虑到城市生态和鸟类的生存环境，尤其是在城市化迅速发展的背景下。

4. 创新的三维结构设计：

项目通过研究翅膀的微观结构和泰森多面体理论，创造出新颖的三维空间布局，这可能为建筑设计带来新的视角和可能性。

5. 环境适应性：

选择纽约曼哈顿区作为项目地点，考虑到其特殊的地理位置和鸟类迁徙路径，显示了项目在环境适应性方面的深入考虑。

03.

设计过程

在原型研究上，为整合自然界中不同形态，种类的蜻蜓翅膀差异，我们利用python图像识别与机器强化，综合数据集中蜻蜓翅膀的形态，生成具有特征性与代表性的蜻蜓结构。

翅室作为养分储存的空间，与运输养分的翅脉在结构支撑上起到协同作用，他们的布局遵从运输效率最高的原则，即符合泰森多边形的生成原则。对于翅室的布局研究，我们利用现有图像进行中心点位的确认，将翅室分为三大类别，靠近主脉的上方翅室形态规整，靠近内部的翅室较大，而靠近边缘的翅室小而密集，形态较不规则。根据多张中心点图，生成泰森多边形的中心点二维图形。

在三维化的过程中，我们将点位的xyz坐标进行控制变量，根据点与主脉的距离进行z轴或者y轴上的控制振动，在控制振动强度的变化后，利用参数化介入改变空间的密度，角度，生成四种三维布点原型，再形成三维泰森多面体。

对于翅脉的结构布局，我们利用有限元模型静力学分析，翅脉的支撑作用主要分为三类，主要支撑作用的主脉，以及从主脉衍生出的次脉和更次脉。

我们提取泰森多面体的边界，根据功能分为三等级，其次，提取节点连接方式、进行拓扑优化，将转换的直线再次柔化成曲线。这样，既保证了蜻蜓脉络具有运输效率最高的特性，也在三维上还原蜻蜓翅膀的结构原型，保证了结构支撑的合理性和稳定性。

在研究翅脉微观结构的同时，为还原蜓翅“三明治”结构实体模型，我们将具有保护的外层几丁质膜，利用kangoroo作为管道结构覆膜，将运输营养物质的蛋白质中间层作为设备运输管，在最内部具有支撑作用的几丁质层，利用weaverbird提取外层膜的结构体系，生成管道最优结构。

利用Cocoon，根据等级生成不同粗细的管道，用于人交通观赏机械运输、鸟类喂食活动。

结合以上问题，我们希望建造人鸟共同居住，活动，并结合垂直绿化改善城市生态的综合体建筑原型，在体现对动植物生命关怀的同时，其影响同时反作用于该城市与人群。

翅脉为跨尺度纳米纤维层状结构，由内层、外层和夹心层组成。致密的夹心层提高了翅痣的强度，增加了翅痣的重量。蜻蜓翅脉和翅膜协同作用，能够实现最佳的结构力学性能和优越的整体性能。

通过以上的设计，我们研究出模块单体：翅室泰森基础模块 + 拓扑三维化翅脉，形成不同的功能单体。

04.

项目成果

原型：选择蜻蜓翅膀为建筑原型，利用翅脉抗弯悬挑，运输养分的功能作为建筑结构、交通空间。将翅室根据形态、大小、排列位置进行功能分区，作为居住、共享、亲鸟活动空间的综合体原型。

05.

Q&A

Q：请问是如何决定作品主题的呢？灵感来源来自哪里？

A：本次设计生命胶囊的出发点落在对于自然界有趣生命现象与其胶囊形态的研究，我们观察到蜻蜓的翅膀作为生物飞翔、保护、运输等作用上的重要作用，以及其在微观结构上看似毫无规律但富有变化与内在逻辑的图形生成。于是选择蜻蜓翅膀作为我们的生物研究原型，研究蜻蜓翅脉的形成与微观结构，翅室的布局以及两者协同呈现的结构与交通作用对于蜻蜓飞行和生存的意义。

Q：对于场地研究和调研，还有信息搜集阶段有什么可以分享的嘛？

A：在场地选择上，我们从城市环境，自然条件，鸟类分布等多方面考虑，选择鸟类迁徙路线必经之地纽约，西海岸的曼哈顿区，它位于鸟类主迁徙的长廊之间，涵盖世界八条鸟类迁徙路线中的三条，是众多鸟类南迁的必经之地。这里高楼林立，滨海环境突出，但鸟类在此处难以落脚休息。

我们在选择场地时做了许多的调研，通过很多信息来选择我们并不太了解的区域，但是利用谷歌依然搜索到了很多有用的信息。

Q：通过该设计你想达到怎么样的一个目的？在项目的设计过程中有没有遇到什么难题，又是怎么解决的呢？在做这个项目的时候有没有发生什么打破常规的事情？

A：

目的：

难题：

由于是第一次接触数字化设计，我在设计过程中首先需要学习很多参数化建模的方法，这个过程中我自学了python，grasshopper还有它的一系列插件。在学习过程中我参考了很多b站的视频，对我帮助很大。

此外，由于是第一次做数字化设计，它不仅仅在于用一个软件设计出一个方案，更要思考如何合理转译，并且将概念，设计方法统一起来，做出一个设计。我们做了很多前期大量的调研，为了确保蜻蜓转译的合理化和选址的合理化。

Q：在整个项目中，都运用到了哪些设计工具呢？

A：rhino建模，grasshopper，python，ps绘制图纸，ai绘制分析图，id排版，vray渲染。全套设计流都运用上了。

Q：如果时间允许的话，这个项目还有什么地方想要进一步深入的吗？