Paalulaattojen suunnitteluprosessin automatisointi algoritmiavusteisesti
Mansour, Marven (2021)
2021
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-21
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202104273697
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202104273697
Tiivistelmä
Algoritmiavusteinen suunnittelu mahdollistaa uuden tyyppisiä monimutkaisia suunnitteluprosesseja rikkomalla perinteisten suunnitteluprosessien rajapintoja. Perinteisten suunnitteluprosessien staattisen lopputuotoksen sijaan lopputulos on dynaaminen. Älykkäästi muotoa ja rakenteita luovien algoritmien sekä erilaisten analyysi- ja optimointimenetelmien avulla rakennesuunnitteluprosesseista saadaan joustavia ja tehokkaita.
Tässä tutkimuksessa perehdytään paalulaattojen suunnitteluprosessin automatisointiin algoritmiavusteisesti. Tavoitteena on suunnitella täysin toimiva parametrinen malli, jota rakennesuunnittelija pystyy hyödyntämään väylähankkeen eri suunnitteluvaiheissa aina esisuunnittelusta lopullisiin toteutussuunnitelmiin. Yleissuunnitteluvaiheessa algoritmiavusteinen malli tuottaa vaatimukset täyttävän ratkaisun, jonka määrä- ja kustannustieto on hyödynnettävissä eri rakennevaihtoehtoja vertailtaessa. Tällöin päädytään lopulta perusteltuun konkreettiseen ehdotukseen ratkaisumalliksi. Projektin edetessä rakennussuunnitelmat toteutetaan FEM-ohjelmaan kytkettyjen liitännäisten avulla, jotka mahdollistavat betonirakenteiden mitoittamisen.
Työssä esitellään yleisimmät variaatiot paalulaattarakenteiden geometriassa ja mitoituksessa. Paalulaattarakenteiden toimintaa tarkastellaan sekä geoteknisesti että rakenteellisesti niin paalujen kuin niihin tukeutuvan paalulaatankin suhteen. Paalulaatan suunnitteluprosessia automatisoidessa on tärkeää, että algoritmin logiikan kehittäjällä on syvä ymmärrys perinteisen suunnitteluprosessin rajapinnoista ja sen eri vaiheiden välisestä tiedonsiirrosta. Työssä käydään väylähankkeen suunnittelun vaiheet rakennesuunnittelijan näkökulmasta sekä perinteisen rakennesuunnitteluprosessin rajapinnat. Algoritmiavusteista suunnittelua käsiteltäessä pyritään havainnollistaman suunnitteluprosessin tehokkuutta ja etua verrattuna perinteiseen suunnitteluprosessiin sekä tuomaan esille ohjelmistoja, joilla parametristä suunnittelua pystytään toteuttamaan.
Työssä esitetään, kuinka paalulaattarakenteille luodaan parametrinen suunnittelumalli, sekä eritellään sen käyttöön liittyvät rajoitukset. Luodun parametrisen työkalun päätarkoitus on tehostaa suunnitteluprosessia hyödyntäen algoritmeja, jotta säästytään rakenteen manuaaliselta mallintamiselta ja toistuvilta suunnittelutehtäviltä. Parametrisessa suunnittelutyökalussa 3D-geometriat, FEM-analyysimalli sekä BIM-tietomalli linkittyvät kokonaisuudeksi, jossa suunnitteludataa muokkaamalla pystytään generoimaan ja analysoimaan erilaisia rakennevaihtoehtoja tehokkaasti. Parametrinen malli toimii rakennesuunnittelijan työkaluna, johon väylä- ja geosuunnittelijan määrittelemät tiedot tuodaan lähtötietoina.
Tässä tutkimuksessa perehdytään paalulaattojen suunnitteluprosessin automatisointiin algoritmiavusteisesti. Tavoitteena on suunnitella täysin toimiva parametrinen malli, jota rakennesuunnittelija pystyy hyödyntämään väylähankkeen eri suunnitteluvaiheissa aina esisuunnittelusta lopullisiin toteutussuunnitelmiin. Yleissuunnitteluvaiheessa algoritmiavusteinen malli tuottaa vaatimukset täyttävän ratkaisun, jonka määrä- ja kustannustieto on hyödynnettävissä eri rakennevaihtoehtoja vertailtaessa. Tällöin päädytään lopulta perusteltuun konkreettiseen ehdotukseen ratkaisumalliksi. Projektin edetessä rakennussuunnitelmat toteutetaan FEM-ohjelmaan kytkettyjen liitännäisten avulla, jotka mahdollistavat betonirakenteiden mitoittamisen.
Työssä esitellään yleisimmät variaatiot paalulaattarakenteiden geometriassa ja mitoituksessa. Paalulaattarakenteiden toimintaa tarkastellaan sekä geoteknisesti että rakenteellisesti niin paalujen kuin niihin tukeutuvan paalulaatankin suhteen. Paalulaatan suunnitteluprosessia automatisoidessa on tärkeää, että algoritmin logiikan kehittäjällä on syvä ymmärrys perinteisen suunnitteluprosessin rajapinnoista ja sen eri vaiheiden välisestä tiedonsiirrosta. Työssä käydään väylähankkeen suunnittelun vaiheet rakennesuunnittelijan näkökulmasta sekä perinteisen rakennesuunnitteluprosessin rajapinnat. Algoritmiavusteista suunnittelua käsiteltäessä pyritään havainnollistaman suunnitteluprosessin tehokkuutta ja etua verrattuna perinteiseen suunnitteluprosessiin sekä tuomaan esille ohjelmistoja, joilla parametristä suunnittelua pystytään toteuttamaan.
Työssä esitetään, kuinka paalulaattarakenteille luodaan parametrinen suunnittelumalli, sekä eritellään sen käyttöön liittyvät rajoitukset. Luodun parametrisen työkalun päätarkoitus on tehostaa suunnitteluprosessia hyödyntäen algoritmeja, jotta säästytään rakenteen manuaaliselta mallintamiselta ja toistuvilta suunnittelutehtäviltä. Parametrisessa suunnittelutyökalussa 3D-geometriat, FEM-analyysimalli sekä BIM-tietomalli linkittyvät kokonaisuudeksi, jossa suunnitteludataa muokkaamalla pystytään generoimaan ja analysoimaan erilaisia rakennevaihtoehtoja tehokkaasti. Parametrinen malli toimii rakennesuunnittelijan työkaluna, johon väylä- ja geosuunnittelijan määrittelemät tiedot tuodaan lähtötietoina.