引論:我們為您整理了13篇概念設計論文范文,供您借鑒以豐富您的創作。它們是您寫作時的寶貴資源,期望它們能夠激發您的創作靈感,讓您的文章更具深度。
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“概念”一詞的本義在《中國大百科全書》中的解釋是“懷孕,孕育的意思,即經過十月懷胎之后生成的一種新事物”。概念設計是設計師對建設場地進行實地考察后,有意識的針對場地中的環境構成元素進行深入分析,提煉,濃縮而成的一種可以統領全局,貫穿設計過程始終的構思主線。它一般以抽象的形式出現,追求神似而非形似,具有非理性因素的思維特征,往往是設計師的一些頓悟、靈感就可能形成一些重要設計項目的原始創作意念。同時,概念設計具有很強的實驗性,有時甚至純粹是一種嘗試,完全在從事探索性活動。
2概念設計的重要性與意義
概念設計自從上世紀問世以來,已經被許多世界建筑大師在一些重要建設項目中恰如其分的運用,其重要性是不言而喻的。在建設項目的前期階段,概念設計的主體地位是不可辯駁的。倘若沒有優秀的創作意念作為引領整個設計的主線,策劃方案設計就會一團散沙,缺乏整體性、有機性,讓人有隨意拼湊,抄襲之感。另外,重視概念設計有利于激發創作靈感,增強設計師的原創意識,不致步人后塵,而走上自主創新的道路。
3概念設計的策略與方法
首先要對場地的環境因素進行有意識的分類與整理,分析各個條件之間的內在聯系與制約關系。從宏觀的角度進行分析,不拘泥于細小的實際工程問題,著眼于大局。其次,要充分運用聯想的方法,輔助于文學,藝術等學科的知識,使頭腦中朦朧,散亂的想法明晰準確地表達出來。在當今建筑全球化背景下,把握地域性,堅持功能性,重視形式性,考慮經濟性是建筑創作的核心所在。建筑創作的突破口往往在學科邊緣或者交叉學科中。再次,要擺脫自身的思維定式,對于掌握概念設計來說這種思維定式非常不利。因為如果設計者從自身已有的知識出發來進行概念設計,必然會受自身思維定式的影響,所設計出來的成果必然不太理想。設計者需要拋棄傳統的為了做某個設計而進行資料收集,文獻閱讀的不良習慣,在平時就要有意識的閱讀一定量的理論方面的文獻,積累一套行之有效的設計手法和解決實際問題的策略。最后,要學習已有的優秀作品的概念設計過程,做深入的設計分析與表達,因為設計分析與表達作為一種學習方法對于初學者來說是大有裨益的。
4概念設計的應用舉例
4.1這是一個改建項目,位于南京幕府山腳下,原為長安汽車制造廠,現在破產了,改為藝術家村租給藝術家使用。我們一行8人對場地進行數次實地調研。最后我從場地的地形特征——象一條小船,以及場地的環境特征——背山面水,左右圍護,三面環山的特點出發提煉出整個區域的設計概念“船”。后來聯想工廠破產的情景,以及藝術村將來經營的狀況決定再加入風險因素“渡”,因而我的設計概念變為“渡船”。接下來又融入了文學因素,考慮藝術村商業運作的需要加了“的情懷”,最終我的設計概念變為“渡船的情懷”。考慮到整個區域內不同位置的經營狀況,現狀條件不同,又將整個區域分成6個小區域,每個區域都以自身獨有的特征命名,并貫穿在總概念之中,使其有分有合,統一之中蘊含變化。最后,我對場地內的淺藍色區域進行了環境概念設計,編寫了整個區域的故事書,使中心概念在故事書的烘托下顯得更加豐滿。(見圖1)
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同時提供了先進的3dsmax4渲染和連接,如精神射線和RenderMan中,產生更好的渲染,如全景光,重點和分布式渲染功能。該軟件主要有四個特點:一是功能強大,擴展性好,建模功能強大,在角色動畫方面具備很強的優勢,另外豐富的插件也是其一大亮點;二是操作簡單,容易上手,與強大的功能相比,3dsmax可以說是最容易上手的3D軟件;三是和其它相關軟件配合流暢;四是做出來的效果非常的逼真。
33DMAX在概念設計中的建模方法最大R2中,有三種建模方法,即,多邊形,NURBS的補丁和建設。采用三種不同的技術處理,結果是無止境的。每個方法作品以及該方法的優點和不足之處將幫助您做出正確的設計選擇。雖然三種建模技術在功能上是不同的,但在MAX不應該把它們當作彼此獨立的部分。最好的模式建設過程中,嘗試結合幾種方法。例如,混合使用的多邊形建模和NURBS建模權力不會產生任何錯誤。應將重點放在了建模方法的結果,只要效果好適應。多邊形建模及其不足之處。
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適航要求識別與獲取的目的在于根據當前設計任務檢索適用的適航條款要求,本質上屬于一種依據索引的文本檢索[13]。與傳統的關鍵詞檢索相比,用于建立設計任務和適用條款要求之間映射的索引不是若干離散的關鍵詞,而是一種由概念圖表達的結構化索引,構成索引的“概念”之間具有內部關聯性;另外,由于適航條款的概括性,建立條款索引的概念集中包含的很多概念術語超出了條款文本范圍。例如,CCAR25.581閃電防護條款的條文中并未明確提及飛機的燃油系統,但燃油系統設計必然需要考慮該條款要求。因此,“燃油系統”要包含在該條款索引的概念集中,而這種情況主要依靠設計師的經驗知識來保證。針對適航條款的特點,本文提出一種基于匹配度的適航條款要求檢索方法,即某適航條款對于當前設計任務的適用性可通過設計任務中包含的民機設計特征與條款約束的設計對象之間的匹配度來衡量。2.1匹配度對象(設計特征)之間的匹配過程包括兩個步驟:首先判斷當前設計對象與條款約束的對象名稱是否一致;若對象名一致,則進一步判斷對象屬性值之間的一致程度;否則,兩者完全不匹配。此處,設ai為當前設計對象a的第i個屬性值,bi為條款約束的對象b與之相對應的屬性值,則M(aibi)表示兩者屬性值之間的匹配度函數。若ai和bi為枚舉型取值,則匹配度計算公式如式(4):2.2檢索算法根據上述介紹,基于匹配度的適航條款檢索算法如圖6所示,詳細的檢索步驟描述如下:步驟1輸入飛機的某設計特征(系統、子系統及其結構組成)作為當前設計特征Pc(當前設計對象)。步驟2讀取Pc相關的特征約束C(Pc),這里的C(Pc)主要來自于對于產品整體的屬性約束或繼承自父級特征的屬性約束。步驟3讀取Pc的關聯特征,生成關聯特征集;此處的關聯特征包括Pc的下一級結構特征,以及與Pc在功能或結構上存在關聯關系的其他設計特征;此處構建關聯特征集的目的在于擴大適用條款的檢索范圍。步驟4從適航條款數據庫中讀取第一條未被檢索過的條款作為當前條款,如果成功,則進一步讀取該條款約束的目標對象Pc’及其特征約束;否則退出程序。步驟5比較Pc和Pc’,如果Pc=Pc’,則進一步比較其屬性特征C(Pc)和C(Pc’),并按式(6)計算其匹配度Mi。步驟6如果Pc≠Pc’,則該條款的目標對象與當前設計特征不匹配,但可能與Pc的某項關聯設計特征相匹配。因此,進一步讀取Pc’的關聯對象集Pr’,判斷Pr與Pr’是否相交,即按照式(7)計算Mj。步驟7若Mi>0,則當前設計特征與條款約束的目標對象一致,該條款為當前設計特征的主要適用條款,從而將該條款錄入適用條款集;否則轉步驟8。步驟8若Mj>0,則當前條款為當前設計特征的相關條款,屬于次級適用條款,也將該條款錄入適用條款集;否則,當前條款為完全不適用條款,轉步驟9。步驟9將當前條款的狀態標記為已檢索過的條款,轉步驟4。步驟10適航條款數據庫中的所有條款都被檢索過,退出程序。
3實現與應用
根據本文提出的方法進行相應的軟件實現。采用技術,利用VisualStudio2008軟件開發平臺和SQLServer2008數據庫系統開發出一套民機適航要求的識別與確認系統,用于輔助某民機制造商的適航工程師(型號各分系統適航審定計劃的負責人)根據某些設計任務中的民機設計特征檢索適航條款數據庫,形成型號各專業適航審定基礎中適用條款集合的初步方案。以民機起落架系統中的部分設計特征“主起落架及艙門”為例檢索其適用的適航條款要求。首先,定義當前的設計任務,包括明確目標設計特征,定義目標設計特征所在型號的飛機級特征參數要求,并將主起落架系統的父級系統和子級系統作為關聯設計特征,形成當前設計任務的概念術語集用于檢索,如圖7所示。依次根據目標設計特征“主起落架及艙門”及其關聯特征(如父級設計特征起落架系統,子級設計特征收放系統、機輪系統等)檢索適航規章數據庫。此處以CCAR25.721條為例(如圖8),首先進行當前設計特征與條款約束的目標對象名稱的比對;若一致,則進一步進行(飛機級)特征參數的匹配。
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所謂抗震概念設計,一般是指不經過計算,尤其在難以做出精確理性分析或在規范中難以規定的問題中,依據整體結構體系與分結構體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、實驗現象和工程經驗中所獲得的基本設計原則和設計思想,從總體的角度來進行建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制,從而從根本上保證結構的抗震性能。
三、結構抗震概念設計的基本原則和具體要求
(一)建筑場地的選擇
地震造成建筑的破壞,除地震動直接引起結構破壞以外,還有場地條件的原因,諸如:地震引起的地表錯動與地裂,地基土的不均勻沉陷、滑坡和土體液化等。因此選擇有利于抗震的建筑場地是減輕建筑物地震災害的第一道重要工序。(二)建筑物的平面、立面及豎向剖面的布置建筑物平面和立面的規則性是抗震概念設計中需要考慮的一個重要因素。規則的建筑方案體現在:建筑物的平面布置基本對稱;結構體型簡單;抗側力體系的剛度和承載力上下變化連續、均勻。因為,簡單、對稱的結構容易估算其在地震時的反應,容易有針對性的采取抗震措施并對其進行細部處理。因此,這就要求建筑專業的設計人員具有一定的抗震知識素養,應該對所設計的建筑的抗震性能有所估計,避免采用抗震性能差的嚴重不規則的設計方案。
(三)結構體系的確定和結構布置
結構體系的確定是結構設計中頭等重要的大事。結構設計時應通過綜合分析使結構體系盡量合理且經濟,應優先采用抗震能力強、延性好、耗能能力強、便于施工且具有多道防線的結構體系(如框架-剪力墻結構,框架-筒體結構,設置耗能連梁的剪力墻結構等),避免采用抗震能力較低的結構體系(如板柱-剪力墻結構,單跨框架結構等),尤其應避免采用看似“合法”(符合規范)但不合理的結構體系(如當房屋高度接近規范框架結構類適用高度上限時,仍采用框架結構,震害表明,框架結構的側向剛度較小,整體性較差,結構的抗震性能較差,此情況下應采用抗震性能較好的框架-剪力墻結構為宜)。而在結構布置時,應采用概念清晰、傳力途徑明確的布置方式,盡量避免造成結構扭轉、平面和立面的里出外進、豎向傳力桿件的間斷與不連續等問題。
(四)多道抗震防線的設置
單一結構體系只有一道抗震防線,一旦破壞就會造成建筑物倒塌的嚴重后果。特別是當建筑物的自振周期與地震動卓越周期相近時,建筑物由此而發生的共振,更加速其倒塌進程。而如果建筑物采用的是多重抗側力體系時,第一道防線的抗側力構件在強烈地震作用下遭到破壞后,第二道乃至第三道防線的抗側力構件立即接替,抵擋住后續的地震動的沖擊,可保證建筑物最低限度的安全,免于倒塌。在遇到建筑物基本周期與地震動卓越周期相同或接近的情況時,多道防線就更顯示出其優越性。當第一道抗側力防線因共振而破壞,第二道防線接替工作,建筑物自振周期將出現較大幅度的變動,與地震動卓越周期錯開,使建筑物的共振現象得以緩解,避免再度嚴重破壞。在雙重結構體系中一般應優先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻,或軸壓比值較小的抗震墻、實墻筒體等構件作為第一道防線的抗側力構件,如框架-剪力墻結構中的剪力墻,框架-填充墻結構中的填充墻,單層廠房縱向體系中的柱間支撐,均可作為各自體系中的第一道抗震防線。如因條件限制,只能采用單一的框架體系,則框架就成為整個體系中唯一的抗側力構件,此時應采用“強柱弱梁”型的延性框架。在地震作用下,框架梁成為第一道抗震防線,框架柱為第二道抗震防線,用框架梁的變形去消耗地震能量,使框架梁的屈服先于框架柱的屈服,從而保護了框架柱的相對完整,最終達到“大震不倒”的要求。
(五)結構抗震設計關鍵點的把握
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概念書是充分體現書籍內涵,但又與眾不同、令人耳目一新、獨具個性特征的形態書籍。設計師將創作靈感發揮到極致,而不受書籍本身形態、材料的限制。并不是所有概念書都能投入大規模的印刷生產,將概念書的設計方式運用于高校視覺傳達專業書籍設計課程的訓練中,能更好地激發學生的創意思維。學生的概念書作品《星座》(圖1),將十二星座用折紙做出的立體星形作為貫穿書籍的設計點,令人耳目一新。讀者能夠通過每頁不同的鏤空看到不同的星座位置,學生很好地運用了空間的概念。學生概念書作品《美容日記》(圖2),封面采用鏡面的形式,,與主題貼合,根據不同的美容章程選擇的不同材料。如,護發篇用黑色毛線模擬發絲,讓讀者在閱讀的同時可以直觀感受質感,也更生動有趣。臉部按摩篇更是用不同的裝幀手法表現不同的按摩手法,讀者可以切換了解按摩的位置和手法,達到與讀者互動的目的。
三、從概念書看書籍設計發展的趨勢
1.書籍設計從平面走向空間的多元化書籍設計發展最典型的變化就在于書籍設計師已經不再拘泥于裝幀設計,更多的人開始關注書籍的整體結構。書籍除了封面、封底、書脊,還有環襯、扉頁、內頁、書口、腰封、外函等,這些也需要設計師精心進行設計規劃。《彼得潘》(圖3)立體書是由美國著名立體書設計師羅伯特·薩布達設計的。他所設計的書籍趣味十足,書中層層疊疊的云朵、建筑和燈光效果,既保留了原著內容的原汁原味,又以形象生動的立體效果得到了兒童的喜愛。這種立體空間設計的書籍打破了人們對于書籍設計的傳統理解,豐富而飽滿,閱讀完整本書后印象深刻,整本書更像是一座建筑物,讓人回味無窮。2.書籍設計從閱讀走向互動更可貴的是,設計師們開始追求情感訴求,也就是探索如何設計出能讓讀者感動的書,使讀者在閱讀的時候更投入,更能被書籍的設計所觸動。如,圖4是一本宣傳拯救瀕危野生動物的公益書籍,也是一本可以和讀者進行互動的手工書籍。讀者通過閱讀書籍,不僅可以了解野生動物的知識,而且可以通過手工縫紉制作這種動物。通過這樣的形式可以讓人們更珍愛動物,從而達到了設計師的設計宗旨。
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1概念設計概述
所謂的概念設計即為在尚未經過數值計算,特別是在一些很難通過相關的規范制度做出明確規定或者是很難進行精確理性分析的問題當中,根據整體結構體系以及分體系彼此之間存在的力學關系、試驗現象等總結獲得的設計思想與設計原則,以此來從整體上來完成對建筑結構的總體規劃與布置,有效管理與控制抗震細部方法等[1]。在建筑設計方案制定的時期,這一設計方法可以更加科學、合理地完成對結構體系的構思、建立以及選擇等,進而能夠獲得更加準確以及概念清晰的方案,從而為后期的設計奠定堅實的基礎,進而提升其經濟性以及安全、可靠性。
2概念設計在結構設計中的重要作用
2.1有效彌補計算機設計中存在的缺陷
在采用計算機完成建筑結構設計方案的時候是會存在許多缺陷的,其無法正常完成方案初步設計工作。這是由于計算機設計往往會為設計師造成一定的錯覺,會使得設計人員覺得計算機程序的運用簡單易行,因此就會對計算機軟件產生過度依賴的心理,于是就不會去專心地研究與學習結構概念的相關知識,進而影響到其設計能力的提升。另外,一些設計人員會存在一種習慣,即會在設計過程中應用分析程序。然而其卻沒有充分意識到假如采用正確的軟件會使得設計效率與設計水平得到有效提升,而假如選擇的軟件是錯誤的,那么就會造成結構設計發生問題,會留下潛在的隱患。因此,為了能夠有效彌補計算機設計存在的缺陷,那么就應該合理運用概念設計,要鼓勵與引導設計人員積極地學習結構概念的相關知識,進而充分利用概念設計的基本原則制定出最為理想化的結構方案。
2.2有效優化結構設計
對于每位建筑設計人員而言,其都需要充分地了解與掌握結構概念。因為利用結構概念可以幫助其創造出新的靈感以及更加準確、清晰的思路,可以幫助設計人員在充分遵循正確設計基本原則的基礎上,有效地防止概念混亂以及定性不正確等諸多問題的出現[2]。除此以外,工作人員在面對一些技術問題的時候,假如其可以充分了解概念設計,那么就能夠準確地找到問題的原因所在,然后再采取科學、有效的方法解決問題。在當前實行的《建筑結構設計統一標準》當中就涉及到概念理論,而且標準中明確提出了一個圍繞概念理論而制定的結構極限狀態設計準則,這一種設計方法會更加科學、嚴謹,進而可以有效提高結構設計的完善性與可靠性,有效地實現結構設計方案的優化。
3概念設計在建筑結構設計中的應用策略
3.1在建筑場地選擇中的應用
為了可以有效地提升建筑結構設計的有效性與科學性,那么就必須要做好建筑場地的選擇工作,因為只有充分保證建筑場地的科學、合理性,那么才可以也使得后續建筑設計工作更加順利地開展,有效地確保其工作價值的實現。因此,在選擇建筑場地的過程中要合理應用概念設計。具體而言,必須充分注意以下要素:(1)地形因素。因為不同的地形也會對建筑結構產生不盡相同的影響,而且在大多數的情況下還會對其產生極大的制約,所以在開展建筑結構設計的過程中,必須要充分考慮到建筑結構設計的要求,考慮到建筑的實際情況,進而綜合考慮選擇出最為合適的地形。(2)地質因素。由于地質因素也會在很大程度上影響的建筑結構設計稅票,特別是對基礎結構設計具有較大的影響。因此,在選擇建筑場地的過程中,需要積極地開展全面、科學合理的評估以及分析,進而充分確保施工場地的地質能夠有效地滿足建筑施工的要求[3]。(3)抗震性因素。由于抗震性也會在很大程度上影響到建筑結構設計水平,因為只有在充分確保建筑結構有著良好的抗震能力以后,那么才能夠有效地確保建筑的使用安全。因此,在選擇建筑場地的時候,也要合理地應用概念設計,進而盡量防止在在那些極易發生震動的地方開展建筑操作。
3.2在基礎設計中的應用
建筑結構的設計人員根據建筑物的具體結構形式以及所處的地理位置,然后再充分遵循概念設計的基本原則,對基礎設計類型進行選擇。例如筏型基礎以及箱型基礎等等[4]。在具體采用箱型基礎的過程中,需要充分確保建筑物的負載能力,可以及時、均勻地傳遞給地基,這樣就能夠對地基不均勻沉降現象產生有效地抵御作用,而且使其可以有效地完成對周圍土體的協作互助,進而有效地提升建筑物的抗風以及抗震能力。在選擇使用筏型基礎的時候,就會使得建筑物上部結構存在著非常大的荷載。對于建筑而言,其具有非常小的承載能力,這一結構類型能夠使得建筑物上部得到有效的分散,而且使得地基獲得更大的承載能力,在此狀況下就會使得極不均勻沉降現象得到了有效的避免。
3.3在高層結構設計中的應用
在受到水平負荷作用時候,會造成高層建筑結構側移現象的發生,這是高層建筑設計的一個重點與難點問題,每位建筑設計工作人員都必須要給予充分重視。在具體開展結構設計工作的過程中,設計人員要充分遵循概念設計基本原則,不但要充分考慮相關的要求與標準,與此同時還必須要選擇更加科學、合理的抗側力體系,不但要對建筑物四周存在的其他建筑物的位置、結構等進行綜合、全面的分析與考量,而且還要對這些建筑物對所要建設建筑物的風壓布局所、造成的影響進行綜合的考量[5],進而要在具體開展結構設計的時候,采取有效的措施努力提升建筑物的豎向荷載及其抵抗力,要合理地運用概念設計基本原則,努力加強建筑結構的抗震力,使其能夠保證平面結構的簡單性以及規范性。總之,在當前科學技術快速發展的時代背景下,也使得我國建筑行業獲得了跨越式的發展。然而,其在建筑結構設計方面還存在著諸多問題,那么為了能夠有效地提升建筑結構設計水平,就應該合理地應用概念設計方法,以此來有效地提升結構設計的完善性與可靠性,有效彌補在結構設計中存在的問題,優化結構設計方案,有效促進建筑結構設計水平的不斷提升。
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圖1描述了一般概念設計的工作流程,它包含綜合與評價兩個基本過程。綜合是指根據設計要求,運用各種分析、設計方法推理而生成的多個方案,是個發散過程;評價則從方案集中擇出最優,是個收斂過程。概念設計是將所設計的產品看成一個系統,運用系統工程的方法去分析和設計。具體說,概念設計就是將設計對象的總功能分解成相互有機聯系的若干功能單元,并以功能單元為子系統進行再次分解,生成更低一級的功能單元,經過這樣逐層分解,直至對應的各個最末端功能單元能夠找到一個可以實現的技術原理解。概念設計的主要任務是功能到結構的映射,概念設計過程主要包括:功能創新、功能分析和功能結構設計、工作原理解的搜索和確定、功能載體方案構思和決策。
根據概念設計的過程及人在設計時的認知特點將概念設計知識分為元知識和實例知識(其分類如圖2所示)。元知識中主要包括功能知識、技術原理解知識、結構知識等。實例知識中主要包括方案設計實例、技術原理解實例、產品實例等知識。
(1)功能知識。主要描述產品完成的任務,描述產品的功能及功能子項。描述產品要完成的功能,包括功能內容、實現參數、性能指標等;
(2)技術原理解知識。描述產品功能及功能子項的原理解答。它的表達要復雜些,一方面可用文字、數字表達它的說明、解答參數,另一方面,要有圖形支持產品原理解答;
(3)結構知識。描述產品的結構設計狀況,是對原理域知識的細化和擴充,是求解原理解的結構載體,可描述產品關鍵部分的形狀、尺寸和參數。產品功能結構的映射(簡稱為功構映射)就是對產品的功能模型進行結構實現的求解,是將產品功能性的描述轉化為能實現這些功能的具有具體形狀、尺寸及相互關系的零部件描述。在這里功能是產品結構的抽象,是結構實現的目的;而結構則為實現某功能而選用的一組構件或元件。功能結構間的關系一般而言是多對多的映射關系。一個功能可能由一個或多個特征或元件實現,而一個特征或元件也可能完成一個或多個功能;
(4)實例知識。已成功或失敗的設計范例,包括方案設計實例,產品結構知識實例、技術原理解實例等。它包含了更多的實際因素,是類比設計和基于實例推理設計的基礎。
以工程機械中某型滑模式水泥攤鋪機為例,總功能為攤鋪水泥路面,總功能可細分為滑模作業、控制作業等功能,滑模作業功能又可細分為提水泥漿、擠壓成型等功能。其中某個功能的實現可能會由幾個結構組合而成,例如滑模式水泥攤鋪機滑模作業功能就是由螺旋分料器、刮平板等幾個結構一起才能實現。圖3為該水泥攤鋪機的功能層次定義和功能分解結構舉例。該產品所對應的結構分解則如圖4所示。圖5中給出了對于滑模作業功能的技術原理解簡圖、技術原理解的評價、參考產品,以及實現該功能的說明等相關的知識。
如何利用計算機技術對概念設計予以支持,對概念設計知識進行有效的管理,至今仍沒有較好的解決方法。目前的知識建模主要是專家系統,最常用的知識模型包括框架、產生式規則、語義網絡、謂詞邏輯等。專家系統的知識建模主要側重符號層的系統實現,很少考慮動態的,非結構化的知識,造成專家系統解決問題的局限性,使得專家系統不能解決大型復雜問題。
本體作為“對概念化顯式的詳細說明”[9,10],研究領域內的對象、概念和其他實體,以及它們之間的關系,可以很好地解決概念設計知識的表達、檢索和重用等問題。采用本體描述概念設計知識可以支持細粒度的產品語義信息的描述,可以形式化地定義特定領域的知識,如概念、事實、規則等;支持語義層面的集成和共享,基于本體的知識定義可以對知識作普遍的、無歧義的語義解釋,可以保證不同使用者之間進行語義層面的信息共享和互操作。
1.2本體建模過程描述
本體是某一領域的概念化描述,著意于在抽象層次提出描述客觀世界的抽象模型,它包括兩個基本的要素:概念和概念之間的關系。本體的構建必須滿足以下的要求:對目標領域的清晰描述;概念或概念之間關系的明確定義;一般性和綜合性原則。本體可以有多種表述方式,包括圖形方式、語言形式和XML文檔形式等。
基于本體的產品概念設計知識建模過程包括3個階段:
(1)產品概念設計知識目標確定。產品概念設計知識定位,概念設計知識的定位決定本體構造的功能需求及最終用戶。
(2)產品概念設計知識本體分析與建立。根據需求分析,確定該領域的相關概念及概念屬性,并用XML語言進行形式化描述。這個階段是建立概念設計知識本體的關鍵環節,直接影響到整個本體的生成質量,同時也是工作量最大的階段。
(3)產品概念設計知識本體評價。對所創建的本體進行一致性及完備性評價。一致性是指術語之間的關系邏輯上應保持一致;完備性是指本體中概念及關系應是完善的。我們稱該3階段的組合為產品概念設計知識本體建模的一個生命周期(見圖6)。
1.3概念設計知識的本體表示
在此我們以工程機械中滑模式水泥攤鋪機為例,結合圖3~圖5中的實際知識,從概念實體、概念屬性及概念間關系等方面來說明產品知識、功能知識、技術原理解知識、技術原理解實例等概念設計知識的本體表示,通過概念蘊涵、屬性關聯、相互約束和公理定義等方法揭示了概念間的本質聯系,形成一個語義關系清晰的產品概念設計知識模型。建模采用目前最新的OWL語言描述。
表述的語義為一個滑模式水泥攤鋪機繼承了一個產品的所有屬性,此外還具備了關系屬性:攤鋪能力,同時,又對屬性攤鋪能力作了限制:只能應用于滑模式水泥攤鋪機領域,且取值變化只能在攤鋪寬度中(省略了關于滑模式水泥攤鋪機類似屬性的定義,如攤鋪厚度和攤鋪速度等)。
(3)功能知識類
<owl:Classrdf:ID=“功能知識”>
<owl:Restriction><owl:onPropertyrdf:resource=“#功能名稱”/>
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</owl:Restricton>
<owl:Restriction><owl:onPropertyrdf:resource=“#產品”/>
<owl:mincardinality>1</owl:mincardinality>
</owl:Restricton>
</owl:Class>
表述的語義為一個功能知識只有一個功能名稱,且最少具有一個相關產品(省略了功能知識類似屬性的定義,如功能編號、功能說明、創建人、創建時間、存儲位置等)。
(4)功能技術原理解類
<owl:Classrdf:ID=“功能技術原理解”>
<owl:Restriction>
<owl:onPropertyrdf:resource=“#功能知識”/></owl:Restricton>
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<owl:onPropertyrdf:resource=“#技術原理解簡圖”/></owl:Restricton>
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表述的語義為一個功能技術原理解具有對應的功能名稱,相關的技術原理解簡圖(省略了技術原理解類似屬性的定義,如評價、參考產品、創建人、創建時間、存儲位置等)。
上述描述中,使用類公理(subclassof)描述了兩個類(概念)之間的繼承關系,如滑模式水泥攤鋪機類是產品類的子類。在描述類屬性時,使用關系屬性(objectproperty)描述了類的某個屬性同時也表示了兩個類之間的某種關系,如攤鋪能力既是滑模式水泥攤鋪機類的一個屬性,同時也表達了和攤鋪寬度類之間的對應關系。另外,使用屬性公理domain和range表示屬性的應用領域和屬性的取值范圍,如屬性攤鋪能力只能用于滑模式水泥攤鋪機類,且它的取值只能是攤鋪寬度數據集。
1.4基于本體的概念設計知識管理的特點和優勢
基于本體的概念設計知識管理可以讓設計人員更好地重用已有的概念設計知識,基于本體的概念設計知識管理具有以下的一些特點或優勢:
(1)支持用戶定制知識類別。產品概念設計過程中,需要運用多種類型的知識,如:功能類、功能技術原理方案解類等。這些知識的描述和使用有著不同的特點,不能用相同的描述框架來處理。基于本體的設計知識建模允許用戶對設計中知識類別加以定制,針對每一類別定義其描述屬性,從而較好的解決了概念設計中多來源多類型知識的表示問題。
(2)支持概念共享的知識庫構建。概念設計知識本體的構造澄清了概念設計領域知識的結構,為概念設計知識的表示打好了基礎,而本體中統一的術語和概念也使概念設計知識更好地共享成為可能。基于本體的概念設計知識表示在區分不同知識類別的同時,建立起概念間的共享聯系。通過概念間的共享機制,避免了設計知識庫的數據冗余和數據不一致問題,方便了知識的建模錄入、檢索及統計處理。
(3)多視圖和基于本體概念的知識檢索。在目前的應用系統中一般采用基于關鍵字的數據庫查詢方法,由于其數據庫組織不是建立在能夠表示概念之間的關系、事實和實例的領域模型的基礎上,因此無法實現智能查詢和信息推理,也就無法解決語義異構性問題。由于不同的組織和人員可能使用不同的詞語表示同一個含義,因此查詢系統得不到意義相同但用詞(語法)不同的內容。當需要對多個數據源進行查詢的時候問題更為明顯,多意詞和同義詞會使查詢得到許多不相關的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本體的概念設計知識管理中由于具有統一的術語和概念,知識庫建立在本體的基礎上,使得基于知識的設計意圖匹配成為可能。采用基于知識、語義上的檢索匹配,對用戶的檢索請求,通過查詢轉換器按照本體把各種檢索請求轉換成對應的概念,在本體的幫助下從知識庫中匹配出符合條件的數據集合,解決了語義異構的問題。
從人在設計時的認知特點出發,可以采用基于功能分解樹的功能設計知識檢索視圖、基于產品分解結構樹的結構設計知識檢索視圖,還可以利用本體中已定義的概念定義其它知識檢索視圖,比如需求功能知識檢索視圖、軟件工具使用知識檢索視圖等,實現基于知識檢索的設計意圖的匹配。
2、基于本體的概念設計知識管理
2.1概念設計知識管理系統結構
結合工程機械行業的實際,本文提出了圖7所示的基于本體的產品概念設計知識管理系統結構,系統按照知識產生、獲取和利用的流程來構建,系統結構主要包括概念設計知識管理工具、數據接口程序以及基于本體的概念設計知識庫,具體由4個部分構成。
(1)概念設計知識獲取。概念設計知識的獲取包括從概念設計知識本體定義、本體之間關系定義、本體知識庫生成到概念設計知識獲取整個過程。
(2)概念設計知識維護。主要包括從概念設計知識本體維護、本體關系維護、知識庫重新生成到概念設計知識維護的過程,實現對本體的屬性修改,各類知識之間的關系維護,以及知識庫的更新等。
(3)概念設計知識檢索重用。系統中提供基于多視圖的知識檢索方式,如基于功能分解樹的功能設計知識檢索視圖、基于產品分解結構樹的結構設計知識檢索視圖,及用戶定義的其它知識檢索視圖。此外系統提供基于本體概念的知識檢索方式,通過本體映射庫,可以實現同義詞的檢索,保證可能會采用不同的概念和術語表示相同的設計信息的人可以得到相同的知識幫助。
(4)概念設計知識庫的構建。要實現基于本體的,支持客戶自定義的概念設計知識管理,系統必須由足夠的柔性,支持各類知識的存儲,作為系統基石的知識庫的構建就不能采用完全預先定義的方式,在系統中我們采用基礎數據庫加上在此基礎上經過本體定義工具動態生成的各類知識庫的方法保證基于本體的知識管理的實現。
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建筑的低碳設計包含著建筑的設計、建造、使用以及廢棄方面,要能夠在這些方面都能夠達到低碳的目的,下面將詳述建筑設計中的低碳設計策略。
2.1高效利用建筑空間
高效的利用建筑空間將可以使得建筑物所需的建造面積減少,尤其在城市建筑的建造過程中城市的面積有限,所以必須在有限的面積上更高效的使用空間。目前高效利用空間的最有效方法就是建造高層建筑,高層建筑可以在有限的面積上讓更多的人居住。所以高層建筑被廣泛的運用在城市的房屋建造中。這將有效的緩解城市居住面積偏少的情況,同時減少建造也可以更大限度的節省能源。而且高層建筑可以更大限度的節省土地的使用,避免占用過多的土壤,從而對環境的破壞降到最低。
2.2建筑的環境屬性
運用低碳理念所進行的建筑設計主要是能夠與環境進行教好的融合,而且建筑與環境的融合程度是判定建筑設計是否低碳的標準。所以低碳建筑設計既要能夠滿足建筑所需要的功能,也要能夠和環境達到較好的融合,使得建筑和環境達到相對和諧的統一,讓建筑物和環境能夠較好的共存,而不會在建筑的建造、使用以及廢棄后對環境造成較大的破壞,可以使得建筑物和環境呈現出和諧的局面,這是目前許多建筑設計所無法滿足的。
2.3建筑的材料選取
運用低碳理念所設計的建筑在建造的過程中要使用節能材料,因為為了達到低碳的目的需要嚴格要求建筑施工中的各個要素,另外現今的建筑材料大多會對環境產生較大的破壞,而且在建筑物廢棄之后也無法有效的回收。從而對環境造成更大的破壞。目前在我國建筑建造中所廣泛使用的建筑材料就是水泥,雖然水泥的強度更高質量更好,但是水泥的使用會造成較大程度的污染,而且會產生較多的二氧化碳,這并達不到低碳建筑設計的標準。另外使用水泥會使得建筑物廢棄之后拆除與處理變得非常困難,從而再一次的破壞環境,所以為了能夠更大限度的滿足低碳設計就需要選取低碳的建筑材料。
2.4建筑的材料利用
為了更好的達到低碳建筑設計的目的就需要更大限度的使用建筑建造所使用的材料,通常我們所使用的建筑材料是一次性的,即在使用過后這些材料就會被廢棄,那么被廢棄就會污染環境,但是對這些材料繼續加以利用就可以達到低碳環保的目標。
2.5建筑物的體形設計
建筑物的體形設計和建筑物使用過程中所消耗的能源也有較大的關系,如果建筑物的體形設計合理就可以在更大程度上減少建筑物使用所消耗的能源。例如將建筑物的通風設計的更加合理就可以有效減少空調所使用的能耗,但是在不同地方建筑物所使用的體形有較大的區別,所以要依據不同地方的具體情況來設計建筑物的體形,使得建筑物體形和環境更好的融合在一起,此外還要能夠有效的利用建筑物的體形來更大限度的減少能源的使用。例如在建筑物中設計透明的天窗將使得建筑物使用中所消耗的電能有效降低,房屋的隔層設計將使得房屋冬暖夏涼,使得房屋使用中空調消耗的電能顯著降低。
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傳力途徑
上弦鋼梁采用粘鋼方式與既有的混凝土梁下部連接,由于鋼支撐具有較大的剛度,作用在混凝土框架梁上的豎向料倉荷載在不影響原有混凝土框架梁的受剪、受彎的情況下,將上部原有附加豎向荷載傳遞給鋼支撐框架體系。其中一部分通過支座以剪力的方式傳遞給框架柱;另外主要部分的料倉豎向荷載通過支撐上弦梁,由支撐系統中的斜桿傳遞給框架柱;斜桿下端傳遞給框架柱的水平分力由支撐體系的下弦水平梁來承擔,避免框架柱間承受附加彎矩。
加固效果
從本項目的施工過程來看,工程進展順利,施工質量很好,滿足了建設工期的要求。工程投產以來,設備運行正常。圖4為加固改造后的工程照片。
廠房結構臨時加固實例
1工程概況
某工程因技改需要,在原有轉運站位置上新建了一座蒸汽干燥廠房。新建廠房東、北、西三面均有建(構)筑物,重約300t的蒸汽干燥機受場地的制約,難以安裝就位,只能通過廠房南面的道路作為設備吊裝場地。施工單位編制的設備吊裝方案是:搭建設備吊裝平臺,吊裝平臺立柱位置示意見圖5,平臺柱下采用人工挖孔樁。該方案吊裝措施費用約為260余萬元,且吊裝平臺施工周期較長,難于滿足要求。
2加固方案的構思
根據廠房主體結構形式、現場鋼結構施工情況及蒸汽干燥機的就位位置,僅靠14.970平面的框架梁支撐蒸汽干燥機的重量是不可行的。然而由于現場構件已施工完畢,若為滿足吊裝荷載的需要對此平面框架梁進行加固,大量現場加固工作勢必影響工期,且加固費用也很高。經過多種方案的論證比較,應用桁架設計概念,利用14.970與10.870框架梁作為上下弦桿,在兩層梁之間設置臨時腹桿組成鋼桁架。由于兩平面上的鋼次梁亦安裝就位,可作為組合桁架上下弦桿的平面外支撐桿件,保證組合鋼桁架體系平面外的穩定。從結構形式及構件設置情況來看,廠房整體體系滿足承受吊裝荷載的可行性。
3受力計算
整個廠房結構處在主要構件安裝階段,在設備吊裝階段,框架梁柱可不考慮樓面的荷載。根據吊裝方案要求,設備荷載在整個吊裝過程中,由臨時增設的吊裝滑行梁作用在14.970平面的框架梁上,吊裝時的荷載示意圖見圖5。經過廠房整體計算和受力分析,組合鋼桁架滿足承載力與變形的要求,同時與組合桁架連接的鋼框架柱的承載力與變形均滿足要求,保證了臨時組合鋼桁架與結構總體系的一致協調性。增加臨時支撐的平面布置見圖5,圖6為2-C軸線上增加臨時支撐的立面。圖7為2-C軸線上增加臨時支撐的組合桁架的應力。
4加固效果
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1功能模型
1.1功能的表示
采用功能黑箱表達功能,功能黑箱的功能語義表示如圖2所示。
1.2功能本體的構建
采用概念設計產品的功能本體模型對產品的功能語義進行描述,構建功能本體模型如圖3所示。功能本體模型主要包括三個類:“功能”、“功能輸入輸出關系”和“功能間關系”。
(1)“功能”用來描述概念設計目標、功能間的關系以及功能與其它概念的關系,其屬性包括功能名稱、功能描述、功能類型、父功能、子功能、功能輸入輸出、功能關系、功能輸入流、功能輸出流、功能相關結構和功能相關原理等。其中,功能名稱必須唯一;功能類型引用功能術語集中的標準功能術語;父功能和子功能表示功能分解結構中的層次關系;功能輸入輸出用于描述功能輸入和輸出之間的關系;功能關系用于描述兩個功能之間的關系;功能輸入流和功能輸出流分別表示與功能相關的輸入流和輸出流,引用流術語集中的標準流術語;功能相關原理表示實現功能的物理原理和物理效應,通過該屬性實現功能層到原理層的映射;功能相關結構表示實現功能的結構,通過該屬性實現功能層到結構層的映射;
(2)“功能輸入輸出關系”用于表示系統中輸入和輸出之間的唯一確定而且能再現的相互關系。其屬性包括輸入輸出關系名稱、動詞描述、數學描述、表格描述和輸入輸出關系相關功能。動詞描述表示用動詞描述輸入和輸出之間的關系;數學描述表示用數學等式或邏輯形式描述輸入輸出之間的關系;表格描述表示用曲線或表格形式描述輸入和輸出之間的關系;
(3)“功能間關系”用于描述功能之間的關系。其屬性包括功能關系名、有關系的功能和功能關系類型。功能關系類型描述了功能間關系的類型,功能間關系的類型包括時序關系(先后關系)、因果關系和邏輯關系(邏輯或、邏輯與、邏輯非)等。
2原理模型
2.1原理的表示
物理原理的表示在傳統的元模型中通常采用原理目錄的方式,可以把原理目錄以關系數據的形式存儲到數據庫中,但對計算機智能設計,應該以知識的形式進行存儲。將傳統原理目錄方式與本體建模技術結合構建了一個基于本體的原理目錄模型,它不僅能夠很好的以目錄形式表達出物理原理而且能夠支持智能設計。
2.2原理本體的構建
采用概念設計產品的原理本體模型對產品的原理語義進行描述,構建原理本體模型如圖4所示。原理本體模型主要包括兩個類:“原理”和“物理原理”。
(1)“原理”用來描述實現某一功能的物理原理或物理效應。其屬性包括原理名稱、原理類型、所用物理原理、原理相關結構和原理相關功能。其中,原理名稱必須唯一;原理類型引用功能術語集中的標準功能術語;所用物理原理用于表示實現某一功能的物理原理或物理效應;原理相關結構表示實現原理的結構,通過該屬性實現原理層到結構層的映射;原理相關功能表示原理所實現的功能,它與功能類的屬相關原理互為逆屬性,通過該屬性實現原理層到結構層的映射。物理原理類用于形式化的表示物理學中的物理定律;
(2)“物理原理”包括六個屬性,分別是物理原理名稱、物理原理描述、物理原理公式、原理輸入單位、原理輸出單位和物理應用實例。其中,物理原理名稱必須唯一;物理原理描述是對物理原理的描述信息;物理原理公式表示物理原理所使用的公式或定律;原理輸入單位和原理輸出單位表示物理原理的輸入和輸出物理量;物理應用實例描述了物理原理的特殊應用,它可以為原理的選擇提供參考。
結構模型
1結構的表示
結構是實現預定功能的載體,結構信息包括兩個部分:一是結構自身的幾何信息,另一部分是結構的相互關系信息,主要是產品的組成關系和裝配關系等。其中裝配關系與裝配特征間具有比較明確的對應關系,能夠在工程應用中根據實際建立具體的裝配關系與裝配特征間的穩定映射,并且裝配特征的計算機表示具有可實現性。同時,裝配特征在產品詳細設計中被分配給每一個實體部件和零件,最后成為零件關鍵特征。因此增加裝配特征描述機構間裝配結構設計信息,能夠為后續的產品結構詳細設計提供較完整的信息支持。
2結構本體的構建
采用概念設計產品的結構本體模型對產品的結構語義進行描述,構建的結構本體模型如圖5所示。結構本體模型主要包括三個類:“結構”、“機構”和“裝配特征”。
(1)“結構”用于形式化的描述實現某一功能的物理結構。其屬性包括結構名稱、結構描述、結構輸入、結構輸出、結構類型、所用的機構、結構相關原理和結構相關功能。其中,結構名稱必須唯一;結構輸入和結構輸出用設計領域中抽象的測量實體表示,例如,質量、長度、力、速度等;結構類型,引用功能術語集中的標準功能術語;所用的機構表示實現某一功能的機構;結構相關原理表示結構所對應的原理,它與原理類的屬性“原理相關結構”互為逆屬性,通過該屬性實現結構層到原理層的映射;結構相關功能表示結構所對應的功能,它與功能類的屬性“功能相關結構”互為逆屬性,通過該屬性實現結構層到功能層的映射;
(2)“機構”用于形式化的表示實現功能的機構。機構類包括三個屬性,分別是機構名稱、機構間裝配特征和對應的機構。機構名稱取值參考機構目錄類中的屬性“執行機構”的取值;機構間裝配特征描述機構之間的裝配關系,裝配特征使用裝配特征名、裝配特征描述和裝配特征簡圖來描述;對應的機構表示具體所使用的機構,引用“機構目錄”中的機構,本文使用鄒慧君編制的機構目錄。
(3)“裝配特征”在產品設計中被分配給每一個實體部件和零件,最后成為零件關鍵特征。在產品概念設計階段,包含裝配特征的結構模型,使裝配特征能夠被傳遞到后續詳細設計階段的零件結構信息中,從而提高概念設計與后續設計階段的產品信息共享與重用。
實例分析
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為滿足郵政業務上門服務的需要,應充分利用現有成熟信息技術及前瞻性相關技術的研究,并盡量利用基礎公眾服務,避免建設僅應用于郵政業務的網絡或設備,發揮通用性特點,使相關技術盡可能大范圍地應用,從而有效降低成本。
2.1郵政業務終端在概念設計上的六大目標
2.1.1便攜性出門在外若攜帶筆記本電腦大小的笨重設備會十分不便,隨身攜帶的終端設備應該只有200g左右,手掌般大小,便于在口袋中存放。在輸入/輸出設備上可以設計為折疊式,例如:折疊式鍵盤設備,展開后如同普通鍵盤大小、但只有紙張般厚度,折疊后僅有手掌般大小;折疊式顯示設備,展開后14英寸大小、紙張般厚度,折疊后僅有手掌般大小;還可設計成投影的虛擬鍵盤,更節省空間的投影顯示設備等。整個終端設備可以方便地放入上衣口袋,甚至還可設計成帽子的樣式,方便攜帶。
2.1.2移動性上門服務無固定服務場所,移動性是一個必然條件,主要是為了解決與上級組織、客戶以及數據傳送方面的實時通訊或數據交換的需求。利用現有移動通訊網絡可以有效降低成本,同時還可以無縫享受升級、擴展服務,無需考慮移動通訊網絡的維護即可最大限度地擴大服務范圍。
2.1.3網絡化要實現上門服務與營業網點提供的服務一致,必須要與各個郵政業務信息處理系統建立連接,及時將采集的相關數據,通過網絡傳輸到后臺處理系統,然后將處理結果實時反饋回來。網絡化在設計上可以利用移動通訊網絡或Wi-Fi網絡提供的互聯網接入服務,隨著技術發展與時代進步,不久的將來還可能實現無處不在、免費公共的互聯網接入服務。
2.1.4智能化為了解決安全以及數據處理能力的問題,郵政業務終端需要具備一定的智能處理能力。隨著芯片技術的快速發展,這一方面的技術基本成熟,完全能夠滿足需求。
2.1.5低成本利用現有大眾的基礎設施與服務,采用通用的技術是有效降低成本的方法之一。在移動通訊網絡、互聯網接入、終端設備芯片、終端設備操作系統等方面都可以采用成熟的通用技術,在終端設備制造上可以外包給相關專業的制造企業,同時引入競爭機制,進一步有效降低終端設備的制造成本。
2.1.6位置服務郵政營業員提供上門服務只是為郵政客戶提供更方便的服務界面,但是僅靠單個郵政營業員無法高效、順利完成全部郵政業務,需將提供上門服務的郵政營業員組織起來,實現統一調度與指揮,這就需要應用技術手段將移動的、出門在外的郵政營業員的位置信息及時上傳到指揮調度中心,提高上門服務的效率。如:在郵政客戶呼叫客戶服務中心時,客戶服務中心就需要指示距離該郵政客戶最近的郵政營業員前往上門服務,以提高服務效率,降低成本。郵政業務終端在外觀設計上可以參照普通手機的外觀設計,或者設計成適合車載的外觀,考慮到郵政營業員或許要攜帶其他物品,為了解放雙手,甚至可以設計成帽子或者掛件等形式。
2.2郵政業務終端在概念設計上的主要功能模塊
在功能模塊上,郵政業務終端主要有:智能處理模塊、移動通訊模塊、位置定位模塊、互聯網接入接口模塊、折疊式鍵盤輸入接口、折疊式鍵盤輸入設備、折疊式顯示屏輸出接口、折疊式顯示屏輸出設備以及迷你打印輸出接口,如圖1所示。
2.2.1智能處理模塊智能處理模塊是郵政業務終端的核心基礎處理模塊,為其他接口或模塊提供平臺支撐服務功能。智能處理模塊要具備一定的計算能力,但不需要太強,如今的芯片技術完全能夠滿足需求。郵政業務終端主要進行數據采集以及結果展現,郵政業務信息數據主要存儲在遠程的后臺郵政業務信息處理系統中。
2.2.2移動通訊模塊移動通訊模塊提供基本的對上級組織、客戶語音通信功能,同時還可以提供移動的數據傳輸功能。
2.2.3位置定位模塊位置定位模塊采集郵政業務員的位置信息,自動上傳到專門的郵政上門服務信息管理系統,可更加方便、快捷地定位到郵政業務員位置,同時還可為郵政業務員更加順利到達客戶所在位置提供導航服務。可以選用GPS導航授時衛星系統、北斗星位置定位系統的位置定位服務,將來還可以考慮選用伽利略定位系統。
2.2.4互聯網接入模塊互聯網接入接口可以利用移動通訊網絡或者Wi-Fi,保持與互聯網實時在線連接,保持數據傳輸通道暢通。
2.2.5折疊式輸入與輸出模塊鍵盤輸入、顯示輸出、打印輸出設計為接口方式,主要考慮便攜性,可將折疊式鍵盤輸入設備、折疊式顯示屏輸出設備以及迷你打印機設計成單獨的接口設備。在輸入、輸出要求較低時,可直接使用郵政業務終端手持主機部分直接輸入、直接顯示;在輸入內容較多、操作復雜、顯示內容豐富時,可根據需要進行相關設備的連接。在輸入與輸出接口上,可以采用USB接口、無線紅外、藍牙等技術進行不同型號的劃分。折疊式鍵盤輸入設備還可以設計為手寫輸入盤,折疊式顯示屏輸出設備還可以設計為迷你投影儀等方式,為最終用戶提供更多選擇。
2.2.6迷你打印輸出模塊迷你打印輸出接口主要考慮到上門服務時可能需要打印相關文件或者票據,并非每項郵政業務都需要,所以可設計為接口的方式,在需要時使用,盡量提高便攜性。由于在設計上采用網絡化的思路,便攜式郵政移動信息網絡終端與郵政業務信息處理系統完全克服了時間與空間上的障礙;并且便攜式郵政移動信息網絡終端在設計上只需考慮數據的采集與展現,全部業務處理功能都在后臺郵政業務信息處理系統(云端)中實現,使得郵政業務功能的擴展只要通過后臺信息處理系統的升級即可實現,便攜式郵政移動信息網絡終端無需進行任何改造,方便了郵政業務功能的進一步擴展。集成了GPS、無線通訊以及實時網絡在線的便攜式郵政移動信息網絡終端,不僅能應用在郵政業務的上門服務中,其強大、通用、易于擴展的特性為在其他行業中的廣泛應用打下了堅實基礎。
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(一)結合建筑實際要求,選用合理、科學的建筑結構設計方案在實際建筑工程建設中,對建筑結構設計要求非常高。要想有效應用概念設計,取得良好的設計效果,就要保證建筑設計師具有豐富而合理的想象力,充分結合實際情況,綜合分析建筑工程的施工條件、現場地理環境、材料供應能力等問題,同時,對結構框架的抗震節點、應力、總體布局等進行全面控制,保證建筑結構設計方案的合理性與科學性,進而確保建筑建設的順利完成。比如,在建筑結構抗震設計中應用概念設計的時候,一定要充分了解建筑材料的性能,充分分析可預測以及不可預測的因素,重視整體概念設計理念,采取一些隔震對策,盡可能降低地震或不可抗力對建筑物的影響,避免建筑物受到破壞,實現建筑結構設計的預期效果。(二)不能盲目定論,選用合理的計算簡圖計算簡圖是建筑設計師進行結構設計計算的前提與基礎,是保證建筑結構安全的重要因素,因此,建筑設計師一定要根據實際情況,選用合理的計算簡圖,在確保數據精準的條件下,進行結構概念設計,保證建筑結構設計的完美,避免出現因為建筑結構設計不當影響樓層穩定性、安全性的問題,進而促進建筑結構設計的可持續發展。(三)不可太過依靠計算機,正確分析計算結果在建筑結構設計計算中,建筑設計師主要就是借助計算機完成計算,因為計算機軟件種類較多,又存在著一些缺陷,導致計算結果存在著一定的差異。針對此種情況而言,需要建筑設計師根據自身專業水平與業務技能,認真分析計算結果,展開反復的對比與審核,輸入正確參數,選用合理、科學的計算結果,保證建筑結構設計的理想化、科學化、人性化、安全化。
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1.建筑抗震設計
目前隨著經濟的發展,抗震結構設計已經呈現出新的發展趨勢,可利用基于性能結構抗震現場理論、材料抗震模糊可靠度等方法進行建筑抗震設計。但是建筑地震災害依然在反復發作,雖然很多建筑設計師已經認識到以上技術的局限性,但是由于建筑結構還會受到地形、規劃、工程造價、施工技術等多方面因素影響,導致“概念設計”開始被人們重視起來,并加大了對其的研究。概念設計不僅完善了建筑結構,同時綜合全面的分析了地震所產生的影響,掌握了地質活動破壞機制,并可以綜合全面的了解抗震設計規范與準則,在長期實踐中還可以不斷提升建筑結構的抗震水平。
2.建筑結構抗震概念設計遵循的原則
2.1建筑選址并確定地基穩定條件
合理的規劃選址已經成為建筑設計成功的基礎,對建筑結構抗震設計整體質量具有很大影響。實際操作中要求規避地震不利地段,盡量選擇安全穩定的建筑場地,如果受各方面因素影響,導致實際操作中無法避開不利地段,必須結合實際情況采取針對性的措施,提高地基穩定性與安全性。現有基礎設計規范中明確指出,結構單元中個別應地質因素而采用天然地基或樁基的做法不可取,尤其是不允許在地震高發段建設建筑物。地震作用力較強,一般會引起承載力降低或出現基土液化,進而影響了地基穩定性,容易出現建筑開裂、傾斜和倒塌等問題。同時受地震影響所產生的滑坡、泥石流等情況也與建筑選址密切聯系,保證建筑基礎穩定已經成為提高抗震力的核心條件。
2.2選擇有利于建筑的立面或平面
為了避免地震發生時產生應力集中、扭曲或塑性變形等問題,要求建筑平、立面必須合理設置,一般要求建筑物的平、立面布置對稱,同時質量和剛度均勻,盡量避免樓蓋錯層。實際操作中可從兩反面操作,一方面,不設抗震逢,對建筑物進行結構抗震分析,了解局部應力和變形集中及扭轉等的影響,并采取加強措施進行處理。另一方面,設置抗震縫,將建筑物劃分為很多結構單元,可結合抗震設防強度、材料種類、結構型號及單位布置,并留有足夠的寬度,要求伸縮縫與沉降縫滿足防震縫要求。控制好建筑剛度與質量變化,各個樓層不能錯層,條件允許時可在每層設置防震縫,可根據建筑結構實際情況設置。一般體型結構復雜的建筑必須給其設置計算模型,并展開抗震分析。
2.3選擇科學合理的抗震結構體系
抗震結構體系要求從建筑重要程度、房屋高度、地基基礎、技術、經濟及使用等多方面進行判斷。通常選擇建筑結構體系時,必須滿足以下條件:(1)具有詳細的計算簡圖,并有恰當的傳遞地震途徑;(2)具有較強的強度、耗能及變形能力;(3)設置多道地震防線,避免部分結構或構件對整體構件造成影響;(4)控制好強度與剛度,避免局部形成薄弱部位或者應力或塑性變形集中;(5)控制好結構在兩主軸之間的動力特性。設計構件連接時,要求滿足以下條件:(1)構件節點強度不能低于連接構件強度;(2)裝配結構連接整體性必須得到保證;(3)預埋件錨固強度不能低于連接構件強度。選擇抗震結構構件時,要求滿足以下要求:(1)砌體結構必須結合施工要求,合理設置混凝土圈梁與構造柱,提高結構抗震水平;(2)設置鋼結構構件時,要求控制好其尺寸,避免出現局部或整體構件失穩;(3)混凝土結構構件必須合理選擇尺寸,配置好箍筋與縱向鋼筋,避免剪切在彎曲前破壞,同時要求混凝土壓潰先于鋼筋屈服、鋼筋錨固粘接在構件破壞前損壞。
2.4計算校核的必要性
目前計算機輔助設計系統已經廣泛應用到結構設計中,而且應用范圍較廣,實際分析中,可應用計算機相關軟件完成設計與校核。軟件是輔佐校核的工具,實際操作中為了提高校核效果,必須由具有豐富經驗的結構設計技術人員分析,同時掌握軟件的適用范圍、條件、計算模型等,深入理解設計規范,而且要端正自己對待工作的態度,只有如此,才能反復進行驗證,進而將精確校核的計算結果成功應用到工程項目建設中。
3.正確處理主體結構與非承重結構的關系
主體結構與非承重結構關系的處理已經成為抗震設計的基礎,具有減少地震損失及避免附加震害的作用。附屬結果構件要求必須與主體結構或錨固穩定連接,避免實際操作中出現設備損害或砸到人員等問題出現。設置圍護墻與隔墻時,必須綜合考核結構抗震所產生的不利影響,避免設置不恰當損害主體結構。例如,廠房柱間或框架填充不完整時,就會損壞柱子。此外,吊掛件、裝飾貼面與幕墻均要與主體合理連接,避免地震時造成人員傷害。
4.控制好材料與施工質量
材料選擇與施工質量控制對抗震結構設計具有很大作用,不僅提高了施工質量,還保證了其他工序的順利開展。目前抗震結構設計中已經對材料與施工質量提出了要求,必須在設計文件中明確,具體操作如下:(1)黏土磚等級要求不低于MU10,同時控制好砌筑砂漿強度與等級,不呢低于M5;(2)混凝土抗震與強度等級均使用一級框架梁、柱與節點,要求不能低于C30,芯柱、基礎與圈梁不應低于C30,其他構件不能低于C20;(3)混凝土小型砌塊強度控制在MU7.5,要求砌筑砂漿強度在M7.5以上;(4)控制好鋼筋強度,要求縱向鋼筋使用Ⅱ、Ⅲ級變形鋼筋,箍筋為Ⅰ、Ⅱ熱軋鋼筋,構造柱與芯柱使用Ⅰ、Ⅱ級鋼筋。進行鋼筋混凝土結構施工時,由于實際設計中缺少規定的鋼筋型號,使用其他規格型號的替代時,不能使用屈服強度較高的鋼筋替代原始鋼筋。實際替換中可結合截面實際屈服強度合理換算,并要求替代后構建曲面屈服強度不能超過原截面屈服強度。此種操作的主要目的是減少了薄弱部位轉移,避免了混凝土脆性損壞,如剪切破壞或混凝土壓碎等問題。
5.結語
建筑結構抗震設計時一項較系統的工程,改變以計算為中心的傳統設計、評估與校核,實現了設計者多年經驗與設計規范的結合,避免了盲目開展計算工作,對抗震設計創造了獨特的發展空間,并真實展現了結構的實時情況,進而科學合理的進行抗震設計。
作者:柴梅卿 單位:國家林業局西北林業調查規劃設計院
參考文獻
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