5分钟！从设计结构方案到完成计算书 | 人工智能设计剪力墙结构案例演示
上周五我们发布了基于人工智能的结构方案设计方法，得到了很多朋友的关注（参见：用人工智能进行结构方案设计| 发明专利：基于对抗生成网络的剪力墙结构布置方法）。一些同行专家和我们联系，希望进一步了解本方法的运行方式和效果。所以，我们和中南建筑设计院工程数字技术中心合作，制作了一个使用人工智能方法设计剪力墙结构的案例供大家参考。
第一步，明确设计任务，建筑师已经设计了一个30层的剪力墙住宅，户型平面布置如图1所示，并将该户型平面图纸参照要求的建筑设计图前处理方法处理，得到建筑设计像素图。将建筑设计像素图输入我们开发的人工智能结构方案设计工具StructGAN进行结构方案设计。
图1 剪力墙住宅平面户型图
在读者打开本文阅读到这里时，人工智能结构方案设计工具StructGAN已经完成上述剪力墙住宅的结构方案设计（图2），耗时约1分钟。
图2 人工智能设计的剪力墙结构方案
将生成的结构方案（图2）导入中南建筑设计院工程数字技术中心的参数化建模工具Swallow（参阅：建筑黑科技 | 建筑结构辅助设计软件），可以通过调整墙厚、层高、层数等参数，自动生成需要的结构模型。当读者打开本文阅读到这里时，整个剪力墙住宅的结构模型已经建立完成，耗时1分钟。
图3 参数化建模工具生成的结构模型
进一步调用ETABS软件计算图3中的结构模型，当读者打开本文阅读到这里时，已经自动完成边界条件、荷载的建模，完成结构计算并生成计算书（图4），耗时约3分钟。计算完成后可以得到结构材料用量、剪重比、最大层间位移角等整体指标。
图4 自动生成计算书
通过上述方法，在建筑师确定建筑方案后，可以在5分钟之内得到结构的方案布置及主要结构经济性指标，整个设计、建模和分析过程效率得到了显著提升。
此外，最近一周，多位设计院的专家给我们提供了他们的剪力墙住宅建筑方案，我们用人工智能生成了相应的结构方案，一些典型案例如图5所示，用于展示人工智能生成剪力墙结构方案的能力。我们热诚欢迎更多同行专家和我们进一步探讨交流合作。
下面案例中，建筑户型图中灰色代表可布置剪力墙区域；结构方案图中红色代表剪力墙布置、灰色代表填充墙；绿色代表窗，蓝色代表室外门洞。
案例1：8度设防100米
输入建筑户型图
StructGAN生成结构方案图
案例2：8度设防70米
输入建筑户型图
StructGAN生成结构方案图
案例3：7度设防30米
输入建筑户型图
StructGAN生成结构方案图
案例4：8度设防30米
输入建筑户型图
StructGAN生成结构方案图
案例5：8度设防80米
输入建筑户型图
StructGAN生成结构方案图
致谢:
本课题组相关专利
[1] 陆新征, 廖文杰, 郑哲, 基于对抗生成网络的剪力墙结构布置方法和装置，发明专利，专利号：ZL 202010446468.9
[2] 陆新征, 廖文杰, 徐永嘉, 基于卷积神经网络振动识别的线性二次型控制改进方法，发明专利，专利号：ZL 202010169860.3
[3] 陆新征，徐永嘉，程庆乐，基于循环神经网络的地震破坏力预测装置及方法，发明专利，专利号：ZL 201911154874.1
[4] 陆新征，许镇，曾翔，杨哲飚，一种城市建筑地震次生火灾模拟方法，发明专利，授权号：ZL 201810255576.0
[5] 陆新征，曾翔，许镇，田源，一种基于震后航拍影像的近实时震损评估方法，发明专利，授权号：ZL 2018 1 0119671.8
[6] 陆新征，许镇，城市建筑群地震反应非线性历程分析方法及装置，发明专利，授权号：ZL 2018 1 0112837.3
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