چگونه جزئیات محاسباتی برای سیستم های ساختمانی آینده ، مهندسی سازه را متحول می کنند ؟

در رشته در حال تکامل مهندسی سازه، به نظر می رسد که تلاش برای نوآوری اغلب تحت الشعاع فعالیت های معماری لوکس تر قرار داشته باشد. با این حال، همانطور که اشلی کاچا از موسسه مهندسین سازه در جلسه رویداد* Innovate2BUILD  خود در سال 2024 تاکید کرده است، با جزئیات محاسباتی و مهندسی دیجیتال، آینده مهندسی سازه نویدبخش است.

(*Innovate2BUILD: یک رویداد جهانی آنلاین سالانه در زمینۀ  مهندسی معماری و ساخت و ساز است.)

ممکن است سرعت نوآوری در ساخت و ساز، در مقایسه با سایر صنایع کند به نظر برسد، اما چالش های پیش روی مهندسان و طرح های پایداری همچنان در حال توسعه هستند. توجه داشته باشید که عصر دیجیتال فرصت هایی را برای طراحی سازه در راستای فراتر رفتن از مرزهای مرسوم و پذیرش خلاقیت ارائه می دهد. تلاقی محاسبات، مهندسی سازه، الکترونیک و رباتیک مرز جدیدی را باز می کند که در آن هنر، الهام بخش نوآوری است.

در قلب این نوآوری، طراحی و جزئیات محاسباتی قرار دارد . ابزارهایی که نه تنها فرآیند طراحی را ساده می‌کنند، بلکه چشم‌اندازی امید بخش از آینده‌ای بهتر در محیط ساخته شده ایجاد می‌کنند. یک مهندس از طریق استفاده از روش‌های محاسباتی، می‌تواند الگوریتم‌هایی برای حل مدل‌های ریاضی در سیستم‌های پیچیده ابداع کند. علاوه بر این، مهندسان می توانند رفتارها را شبیه سازی کرده و خروجی شبیه سازی را تحلیل کنند.

مهندسان سازه می توانند با بهره گیری از فناوری، با هوشمندی بیشتری با چالش های سازه ای مقابله کنند و سیستم های ساختمانی قوی تر و خلاقانه تری ایجاد کنند.

یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های طراحی محاسباتی، توانایی آن در تجسم الگو واره ‌های سازه‌ای است که زمانی حدس و گمان تلقی می‌شدند. سازه‌های بزرگ به ارتفاع هزاران فوت، سازه‌های سازگارشونده ​​که به صورت پویا با شرایط محیطی سازگار می‌شوند، یا سازه‌های مدولار خود مونتاژ شده که راندمان ساخت‌وساز را متحول می‌کنند، را تصور کنید.

در این دنیای فناوری پیشرفته، نقش مهندسان سازه واقعاً می تواند متحول کننده باشد. اما این امر مستلزم تغییر از تجزیه و تحلیل طراحی سنتی به رویکردی جامع‌تر است و اینکه بدانیم بخش‌های بی‌شمار یک طراحی به هم مرتبط هستند. این رویکرد جامع می‌تواند شامل ادغام مکانیسم‌های حرکتی، فناوری حسگرها، سیستم‌های کنترل و دستگاه‌های با خرابی امن در سیستم‌های ساختمانی برای افزایش انعطاف‌پذیری، کارایی، ایمنی و پایداری باشد.

به طور سنتی، تجزیه و تحلیلِ طراحی به عنوان پیش درآمدی برای ساخت و ساز عمل می کرد، اما الگوواره های جدید خواهان بیش از یک تجزیه و تحلیل صرف هستند. جزئیات محاسباتی، مسیری روشن برای طراحی کارآمد و همچنین آینده ای بهتر در محیط ساخته شده فراهم می کند.

آموزش، نقش مهمی در آماده سازی نسل بعدی مهندسان برای این تغییر الگوواره ایفا می کند.  موسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان در سوئیس، نمونه ای از این رویکرد آینده نگرانه است. این دانشگاه به دانشجویان مهندسی ،  علوم انسانی و علوم اجتماعی را آموزش می دهد، بنابراین فرآیندهای تفکر انتقادی، تحلیلی و زیبایی شناختی آنها را تقویت می کند. دانشگاه اشتوتگارت هم چندین دهه است که دوره هایی را در زمینه جزئیات محاسباتی ، از جمله آموزش مدیریت داده ها، هندسه پیچیده و مدل های اطلاعات پارامتریک متمرکز ارائه می دهد.

علاوه بر این، موسساتی مانند موسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان، در خط مقدم تحقیقات در زمینه توسعه ساختارهایی هستند که می توانند به کاهش ردپای کربن در صنعت ساخت و ساز کمک کنند. برای مثال آنها روی ساختاری کار می کنند که می تواند به طور خودکار با *شرایط بارگذاری سازگار شود. این نوآوری ها با پذیرش جزئیات محاسباتی و مهندسی دیجیتال، مفاهیم نظری را به راه حل های ملموس برای مسائل دنیای واقعی تبدیل می کنند. آنها مهندسان را به کمک خلاقیت و آینده نگری ، برای مقابله با چالش های پیچیده توانمند می کنند.

(*شرایط بارگذاری: اعمال نیرو به یک جسم به عنوان بارگذاری شناخته می شود. مواد را می توان در معرض بسیاری از سناریوهای بارگذاری مختلف قرار داد و عملکرد یک ماده به شرایط بارگذاری بستگی دارد. پنج شرط اساسی بارگذاری وجود دارد. کشش، فشار، خمش، برش و پیچش)

جزئیات محاسباتی، صرفاً ابزاری برای بهینه سازی طراحی سازه نیست، بلکه یک کاتالیزور برای ایجاد انقلابی در نحوه تجسم، طراحی و ساخت ساختمان ها است. با حرکت به سوی آینده، ترکیب هنر، علم و فناوری به شکل‌دهی تکامل مهندسی سازه ادامه خواهد داد و راه را برای سیستم‌های ساختمانی انعطاف‌پذیرتر، کارآمدتر و پایدارتر هموار می‌کند. مهندسان سازه از طریق جزئیات محاسباتی، می توانند امکانات جدیدی را فراهم کنند تا محیط ساخته شده ای ایجاد کنند که هم کاربردی و هم رویایی و زیبا باشد.