本文参考北京研究院内部研究成果和实际项目案例撰写。
本案例所采用的Rhino软件是一款可以处理复杂曲面的软件，其强大的NURBS曲线和NURBS曲面建模功能使得它几乎可以处理目前任何复杂的形状，而且这种复杂形状的建模过程往往比较简单。但它的致命弱点是，虽然整个建模过程简单，但编辑起来却非常困难。
GH运作的机制是利用“电池”来储存和处理数据，并将“电池”连接起来形成流程，实现对模型的描述和控制。其原理是基于数据链接和操作模块的生成式建模。它是一个与建模软件Rhinoceros紧密结合的图形算法编辑器，也可以说是可视化脚本编辑器。GH在建筑设计的策划阶段也有使用，例如建筑表皮效果的制作、复杂曲面造型的建立等。国内作品包括中钢国际、银河Soho等建筑设计。
如下图所示，GH中的操作模块基本可以分为两类：A.参数，B.组件。参数包含信息（存储信息），组件包含动作（处理信息）。参数从存储和输入数据的节点（如PT（Point））开始，经过各种操作节点的处理，最终生成操作结果。参数是控制生成结果重要属性的数据。参数可以是几何图形、数值、布尔值（True/False）或字符串等数据类型。
GH让设计人员更加专注于建模过程的逻辑关系，使用算子构建整个建模流程图，逻辑关系更加直观。GH的另一个显著优势是实时可视化，算子得到的结果可以在窗口中实时预览，通过调整参数可以立即得到一个新的模型，大大方便了设计过程中方案的比较。
如图所示为体育场馆网格布置图及犀牛模型中月牙形雨棚面、上部拱门关键结构线。与雨棚连接的拉杆、撑杆在水平面上的投影与网格重合。雨棚面对应网格投影位置设置梯形平面桁架71个，其中18个支撑在下部混凝土斜柱顶上；平面桁架支撑位置及圆周方向拱门投影位置设置2个立体桁架，上部拱门结构设置为三角形立体桁架，通过竖向拉杆与下方雨棚连接；三角拱侧面及雨棚端部设置斜撑杆，保证三角拱的平面外稳定性。
由于拱的跨度较大，为避免杆件截面过大，考虑采用三角拱桁结构。三角拱截面为倒三角形，顶边长2.5米，高2.5米。利用已建好的关键结构线和轴线网格，由于整个结构沿X轴对称钢结构设计基本原理，故取一半作为研究对象。三角拱桁的建模逻辑过程如下：
1）将圆拱轴线（Curve）向正负两个方向偏移，作为三角拱顶部的两条初步参考线（记为Offset1和Offset2）；将同轴线向Z坐标的反方向平移，作为三角拱底部的参考线（记为Move）。
2) 在体育场网格的径向轴上沿 Z 方向进行单轴扫描，以获得拉伸表面 (Brep)。
3）利用生成的平面（Brep）切割三条参考线（Offset1、Offset2 和 Move）和轴（Curve），得到分割的曲线段（Split1、Split2、Split3、Split）。
4) 将生成的曲线段进一步四等分，得到四个等分点（Devide1，Devide2，Devide3，Devide）。 由于每个曲线段都有两个端点，因此每个曲线段会生成五个目标点。
5) 为保证三角拱顶部每两个角点的高程相等，将Devide的Z值赋给Devide1和Devide2。
5）去掉上一步得到的重复点，得到（Pt1，Pt2，Pt3），将所有点用交错线（即连接两个相邻点的线）连接起来，如图中蓝色曲杆所示。
6) 将Pt1、Pt2、Pt3成对连接，得到径向上弦杆件和垂直腹杆杆件，如图中绿色杆件所示。
7）将Pt1、Pt2、Pt3三根杆子交错连接成对，得到斜杆，如图中红色杆所示。
下图是根据上述建模逻辑构建的GH建模脚本，上图为脚本最终生成的结果。从上图可以看出，整个脚本生成三角拱的控制参数包括：拱的初始轴线、体育场的轴线网格、三角拱角点的偏移和平移距离。通过距离值的滑块可以方便地实时控制和预览新的模型结果，为方案的对比提供了非常便利的条件。
屋面三维桁架结构参数建模逻辑如下：
1）对建筑表面进行空间偏移钢结构设计基本原理，得到结构面及前后环桁架的外边缘；
2）用光滑的样条曲线连接看台柱顶部节点，并将连接线投影到结构面上，形成中环桁架的轴线；
3)在平面投影面上，将后环桁架外边缘投影到水平面上，由其与径向平面轴网格的交点引一垂线至前环桁架的水平平面投影线，将该垂线在竖直方向拉伸所形成的竖直平面与结构平面的交点确定为径向桁架的轴线；
4）前、后次桁架轴线均匀布置在中环桁架与前、后环桁架之间；
5) 根据不同的桁架宽度，在结构平面内偏移得到相应的桁架上弦网格线；
6）通过控制结构面法向偏移值确定三个主环桁架的截面高度；
7)径向桁架上弦在相应偏置结构面上的投影线与环桁线形成交点，连接相应交点得到径向桁架下弦；
8) 将各桁架弦杆在跨度内划分为各段，得到桁架节点；
9）连接相应节点，得到冠层弦杆和腹杆。
该过程的GH电池图如下
模型建立完成后，导入Midas Gen形成结构模型，然后按照常规结构设计同样的方法进行，如下图所示。
与三角拱类似，整个脚本的控制参数包括：月牙面、体育场轴线网格以及面与边线的偏移和平移距离。上图是将Rhino中生成的结构线导入Midas完成的最终钢结构模型。为保证拱与雨棚之间的斜撑的平面外稳定性，该撑采用平面桁架形式，在轴线网格径向设置4个平面支撑，在环向设置3根环向拉索，如下图所示。
从以上使用GH的建模过程我们可以看出参数化建模大大提高了我们的工作效率。
上图为Midas Gen的计算分析结果，从结构正面振型结果可以看出，雨棚钢结构斜柱外侧部位结构刚度较弱，需采取措施对此部位进行强化，以保证整个结构的整体性能，并可进行进一步的分析调整。
以上案例是参数化设计软件在体育场雨棚钢结构建模中的应用，借助其强大的参数化建模功能，快速创建了雨棚的三角拱、鱼腹式支撑、雨棚面等模型，节省了工程师大量的时间和精力。
