極寒の地

日付: 2022 年 7 月 15 日

冷間曲げガラスは、非平面形状の建設プロジェクトでの採用が増加しています。 この論文では、11,136 枚のユニークな冷間曲げパネルを備えた 4 つの高層タワーのセットで行われた作業を紹介し、そのうちの数百枚は 250mm を超えて押し出されています。 パネルはすべてユニークで、非長方形で、場合によってはわずかに湾曲しています。 難しい幾何学形状により、最終的なパネル形状の予測が複雑になります。これは、曲げる前にパネルの平坦な形状の製造図面を作成するために不可欠なステップです。

機械学習は AEC 業界ではまだ初期のテクノロジーですが、予測は、特に大量のデータ (この場合はパネル) を扱う場合、多くの機械学習テクニックが理想的な問題のクラスです。 この論文では、高度に曲げられたガラスの幾何学的特性、パネルの形状予測の方法論、およびその実装における機械学習の使用について説明します。 この方法論は、設置された 3,500 枚を超える建築用ガラスに導入され、幾何学的な偏差が 75% も減少し、公差がサブミリメートルになることが示されました。

冷間曲げは、有機的または非平面的な形状を特徴とする建設プロジェクトでガラスの使用を可能にする技術です。 冷間曲げ方法がより徹底的に理解され、導入されるにつれて、その限界が調査され、挑戦されています。 最近のプロジェクトでは、4 つの高層タワー (2 つは高さ 240 メートル、2 つは高さ 300 メートル) に 11,136 枚のユニークな冷間曲げパネルが使用されています。 これら数千枚のうち、数百枚のパネルは面から 200 ～ 400mm も押し出されます。

冷間曲げとその機械的制限に関する研究の多くは、長方形、さらには正方形のパネルに関するものですが、パネルの形状が座屈特性に大きな影響を与えることも十分に確立されています。 長方形では非平面の表面を並べることができないため、ほとんどの冷間曲げ用途では長方形ではないパネルが必要になる可能性が非常に高くなります。 このプロジェクトのパネルは歪んだ四角形であり、非長方形の形状における弾性変形の性質についての有用な研究として役立ちます。

形状と材料の相互作用を設計およびエンジニアリング中に理解することは重要ですが、製造の準備をする際にも絶対に不可欠です。 パネルがフレームに正しく収まるようにするには、最終的な平らなパネルの形状を予測するときに幾何学的歪みを適切に考慮する必要があります。 これを行うには、少なくとも何千もの固有のインスタンスの規模では、計算コストと時間がかかる一連のマテリアル シミュレーションが必要です。

ただし、予測は機械学習アルゴリズムに適した問題のクラスです。 したがって、私たちは表面をパラメータのセットとして定義する方法論を作成しました。これにより、建築用ガラス パネルの冷間曲げ表面形状を予測するための機械学習モデルをトレーニングできるようになります。その最終予測形状から、有限要素解析を使用して、逆の曲げをシミュレーションし、材料の特性と厚さを考慮しながら、平らな「広げた」形状を予測します。

ここでは、高度に変形したガラスの特異性と、機械学習モデルのトレーニングと実装の方法論について説明します。

タワーの全体的な形状は、基部と上部の 2 つの楕円によって定義されます。これらの楕円は半径がわずかに異なり、相互に 90 度回転しています。 アーキテクトによって定義されたカスタム アルゴリズムによって、これら 2 つのガイド カーブを補間する自由曲面が決定されます。 そのサーフェスは、ファサード パネルへの細分化の基礎となります。

ファサードは 3 次元のシェーディング要素を備えており、パネルは傾斜に沿ってシェードの効果を高めています。 これにより、角度がついた螺旋状の効果が得られ、重要なことに、パネルはほぼ平行四辺形になります。 もちろん、マスは連続的に湾曲した形状であるため、パネルは表面上に平らに置くことはできず、面外に曲げる必要があります。