本文转载自材料在线

各位设计师
大家好！

目前中国最火热的地方在哪里？
想必不用说大家也知道
当然是在上海，标志性的四叶草国家会展中心
一场“贸易盛宴”
首届中国国际进口博览会
正在火热进行中！

进博会上的“黑科技”


△ 乒乓球机器人


△ 集体起舞的机器人


同样在建筑领域也有着黑科技的应用
今天就给大家介绍下
我们中国建筑师
在数字建造领域里的经典案例


- 01 -

砖艺迷宫花园



这是由徐卫国教授领衔的清华大学-中南置地数字建筑研究中心做出的尝试，发明的“机器臂自动砌筑系统”，与国际国内现有砌砖系统不同，首次把机器臂自动砌砖与3D打印砂浆结合在一起，形成全自动一体化智能建造系统；并首次把该系统运用于实际施工现场，建成世界上第一座“智能花园”。





迷宫花园为一直径13米的圆形用地
圆内三条蜿蜒曲折的砖墙分隔空间
内侧为活动场所
外侧是绿化
一百平的小场所
营造出极其丰富的空间感



而砖墙的立面
通过砖块的堆砌方式
形成进退有致的曲面



迷宫花园的设计
也是借助了数字生成技术
首先在Rhino中生成曲面模型
再对其进行形态优化
然后再导入grasshopper中进行参数化分析
提取不同高度的曲线
作为基准线布置砖块
通过上下层的交错间隔与错位
来达到预期的曲面效果



砖墙模型生成后
就是对机械臂的运动进行程序编写

机械臂的运动动作包括
用真空吸盘取砖、
在指定位置放砖、
翻转机械臂前端、
根据砖块排布在砖面上打印砂浆等几个操作

设计师结合搭建方式
设计了运动轨迹再通过KUKA
转化为机械臂能够识别的语言
实现了从数字化到实体建造物的转变



最后就是实际搭建了
这次搭建总共使用了两台机械臂
同样在KUKA|PRC软件中进行了模拟
精准计算出了
机械臂的工作定位和移动
实现了机械臂利用效率最大化




- 02 -

上海池社

说到中国的数字建筑，同济大学的袁烽教授和他的创盟国际是当之无愧的先行者和领军人物。

（有兴趣的可以去搜索纪录片《匠·新》，第二季的第七集——袁烽：数字革命，这里不做过多介绍。）



池社作为1986年由张培力、耿建翌等人成立的一个艺术团体，其在西岸文化艺术示范区的空间重生代表了一种现实主义的态度：在破败不堪的老建筑的基础上完成空间诉求、协调整体环境、同时实现一个与其所承载的艺术使命相匹配的形式表达。

建筑外围材料采用了
和老建筑相协调的青砖
而入口位置形成的褶皱肌理
既形成了房子最大的印象点

既背靠传统
又表达当下文化态势的一种身位





单纯依靠传统工艺
实现这种砌筑方式十分困难
所以在搭建中采取了
和上一个案例异曲同工的
机械臂砌筑工艺
实现了先进数字化施工
在现场完成搭建的尝试





池舍的外墙
将回收自老建筑的古老灰砖
与先进的机械臂建设工艺相结合
采用一个具有张力的曲面形态
表现池舍的勃勃生机





看完前两个例子
相信大家和我一样
内心已经开始有些小激动了
但是最精彩的往往是压轴


- 03 -

“云亭”、“云市”

“最初，我用塑料替代钢筋，用3D打印技术打印出梁和楼板。3D打印，既要考虑结构能，又要考虑成本，这迫使我关注新材料研发。”

建造技术的发展同时，推动着建筑材料的创新与完善。




（上云亭，下云市）

下面要介绍的是袁烽教授
近两年指导建造的两个小品构筑物

其实不难看出
云亭和云市就像是一对双生姐妹花
从名称到材料到搭建方式
都如出一辙
只有形式上有所区分
所以这两个案例就一起介绍互作补充



云亭云市是由改性塑料
基于机器人空间打印技术产生的
而改性塑料也是目前很火爆的一种材料
这里简单介绍一下





普通的塑料往往会有它自身的特性和缺陷，改性塑料就是给塑料改变一下性质，基本的技术包括：

1、增强：将玻璃纤维等与塑料共混以增加塑料的机械强度。
2、填充：将矿物等填充物与塑料共混，使塑料的收缩率、硬度、强度等性质得到改变。
3、增韧：通过给普通塑料加入增韧剂共混以提高塑料的韧性。
4、阻燃：给普通塑料树脂里面添加阻燃剂，即可使塑料具有阻燃特性，阻燃剂可以是一种或者是几种阻燃剂的复合体系。
5、耐寒：增加塑料在低温下的强度和韧性，一般塑料在低温下固有的低温脆性，使得在低温环境中应用受限，需要添加一些耐低温增韧剂改变。

改性塑料凭借优越的性价比在越来越多的领域得到应用，改性塑料已经成为一种消费趋，国内“以塑代钢”、“以塑代木”的说法也愈发流传开来。



说回制造技术
“云亭”“云市”采用大尺度空间打印的方式
将形体抽象为空间网格
再进行网格打印建造
极大提高打印效率



通过拓扑优化算法生成建筑形式
再将应力分布转化为网络系统
简单来说就是
将复杂的异形形体
转化为计算机能够理解的网络单元
再拆分开分别打印

而整个网络原型单元系统
包含了疏密不同的多种单元
密集的单元用来承重
稀疏的单元用来覆盖顶部

展亭从加工到建造的过程全部采用了智能化数控技术。在数字化智能设计和机器人建造技术的支持下，展亭革命性地提出了一种基于新型材料的“数字孪生”智能化生产模式。




机械臂工作状态（非本例）

设计造型通过编码转化
可以在电脑里对真实的加工过程
进行精准模拟
在工厂打印构件的的同时
也能实时得到机械臂的反馈
提高打印精度，节省人力成本





其实数字技术
正在一步一步靠近我们的生活
它离我们并不遥远

空间打印技术将在建筑
复杂空间结构、
异形模板、形体快速找形等方面
拥有广阔应用前景

相应的
材料和工艺的深化完善
以及配套工艺的研发
也应该早日提上日程
将建筑大尺度空间打印技术
推向更为可靠和广泛的产业应用
彻底解放人力
提高生产效率

数字化时代已经到来
建筑作为传统行业也不能故步自封
接受大时代，并积极投身进去
技术的变革与材料的创新
离不开每一个建筑人和材料人的努力

最后的最后
一个视频带你直观感受
机器人空间打印