数字化建造,在建筑中的应用

数字化建造,在建筑中的应用插图 Concrete Choreography. Image © Axel Crettenand

    几年前,数字化建造经常占据新闻头条,有望彻底改变建筑实践。尽管革命可能尚未到来,但是不少建筑师和大学里进行的研究项目和实验已经为建筑表达开辟了新的可能性。因此,有必要介绍一下该技术迄今为止在建筑实践中的影响。本文涵盖了领域内不同的制造类型以及一些实验项目,以重新定义数字化建造的建筑潜力。

    数字化建造,在建筑中的应用插图1 Digital Fabrication. Image Courtesy of MIT Media Lab

    数字化建造的主要类型

    数字化建造涵盖了由计算机控制的任何制造方法。尽管技术在不断发展,但主要涉及三种类型:增材制造、减材制造和各类机器人制造。

    增材制造

    数字化建造,在建筑中的应用插图2 Aquahoja. Image Courtesy of MIT Media Lab

    增材制造,俗称3D打印,由层叠材料组成。该技术于1983年出现,采用立体光刻工艺(SLA),将紫外线激光射入大量的光敏聚合物中,随之将其转变为固态塑料。如今技术发展迅速,出现了许多其他制造工序,本文中也介绍了其中的一些。材料的范围从塑料逐渐扩展到了金属、玻璃、粘土、纳米复合材料甚至人体组织,可靠的多材料3d打印机研究也正在开发中。

    减材制造

    数字化建造,在建筑中的应用插图3 Growroom. Image © Niklas Vindelev

    在减材制造中,物体是从实心体块中雕刻出来的,而CNC数控铣削是最常见的工序。机械臂的引入扩大了CNC铣削的可能性,运动轴的数量越多,功能越强。激光切割、热丝切割和传统的模型制作技术,也都属于减法制造的范畴。

    机器人制造

    数字化建造,在建筑中的应用插图4 Fiberbots. Image Courtesy of The Mediated Matter Group

    第三类,机器人制造,包括任何其他形式的数字制造,例如弯曲、折叠、编织。它的优势在于配备正确工具后,机器人就可以执行各种任务,有无限可能。MIT的Fiberbots项目就是如此,一种协作式机器人制造方式,使用编织和自由印刷,用于大型物体和结构元件的数字化制造。该项研究旨在摆脱单轴制造,并创建适用于各种规模的框架。

    建筑应用

    数字化建造,在建筑中的应用插图5 3D printed house. Image Courtesy of ICON

    即使里程碑式的第一座3D打印房屋和钢桥已经建成,数字化建造的应用似乎也比预期要更慢地渗透到建筑行业。尽管如此,这种模式正在逐渐改变,下面是一些受到影响的领域。

    内容推荐:航拍城市肌理,绿色公共空间的规划

    自动化建造

    数字化建造,在建筑中的应用插图6 Robotic Collaboration. Image Courtesy of ETH Zurich

    数字化建造已经在工业制造中得到了广泛采用,具有自动施工的巨大潜力,比如SAM(半自动化泥瓦匠)的铺砖速度接近工人的三倍。苏黎世联邦理工学院的木结构自动化建造则更为复杂,其中所有的切割、钻孔、连接和组装都由机器人完成。

    开发新材料

    数字化建造,在建筑中的应用插图7 Aquahoja. Image Courtesy of MIT Media Lab

    另一个振奋人心的突破发生在创新材料领域,麻省理工学院的介导物质研究团队致力于此项研究。其重要性在于,某些例如混凝土的常见建筑材料中的碳足迹非常高。Neri Oxman和MIT的研究项目Aguahoja 广泛开发新材料,采用纤维素、壳聚糖、果胶和水来创建具有特定机械和光学特性的材料,都是自然界中的元素,可生物降解而且对环境友好。

    优化形式和材料的使用

    数字化建造,在建筑中的应用插图8 Smart Slab. Image © Mike Lyrenmann

    数字化建造可使材料在各种结构和设计中被更有效地利用。由苏黎世联邦理工学院 开发的Smart Slab 项目展示了完全优化过的高精度设计和制造过程。混凝土板是由3D打印的模具制成的,经由计算机设计,在承重基础上尽量减少材料使用。该项目是DFAB House 总研究工作的分支,探讨数字化建造如何改变建筑,包括应用于不同建筑元素的五种制造方法。

    打开新美学之门

    数字化建造,在建筑中的应用插图9 Concrete Choreography. Image © Bowie Verschuuren

    与任何建造方式一样,数字化建造也为新美学提供了可能性。在大多数情况下,组件的几何复杂度不影响数字制造,也不会提高成本,因此可以设计定制复杂的图案。Greg Lynn 是建筑数字化的先驱之一,也是一种特殊建筑表达方式的拥护者,利用雕刻机的刀路创造出最终物体的美感。除此之外,“混凝土编排 ”项目还见证了数字化建造的多功能性和美学潜力。 该系列混凝土柱由苏黎世联邦理工学院 开发,展示了使用分层挤压创建的不同装饰和表面纹理。

    创建开源设计架构

    数字化建造,在建筑中的应用插图10 Growroom. Image © Rasmus Hjortshøj

    尽管开源设计仍是一个新兴概念 ,但数字化建造技术的普及为这种趋势的发展创造了理想的环境。几年前,Space 10推出了Growroom ,一个开放源代码的球形花园,可以使用胶合板和CNC铣床轻松复制。同样,另一个普遍利用数字化建造的平台WikiHouse ,只需要一台CNC机器和木板就可建造开放源代码的房屋设计。

    在建筑实践中,数字化建造仍处在起步阶段。但是,建筑师和学术界的想象力集中于此,不久之后一定会从量变到质变,渗透到主流设计的工作流中。数字化建造的出现加深了建筑领域的变化,促进着业内的新发明与新篇章。
    译者:朱瑞娜

    参考文献
    Philip Yuan, Achim Manges, Neil Leach, Digital Fabrication, 同济大学出版社, 2017
    Jane Burry, Jenny Sabin, Bob Sheil, Marilena Skavara, Fabricate 2020 Making Resilient Architecture, UCL出版社, 2020

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Andreea Cutieru

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