数字化建筑使用技术来探索新的建造方式

　　目前，很明显技术已经支配了我们生活的几乎每一个方面。它改变了我们沟通、彼此联系、工作和学习的方式，甚至改变了我们的购物和饮食习惯。建筑和建造也不例外，目前技术已经渗透到了建筑的概念、设计和建造当中。
　　数字工具用于建成环境有很多的应用实例。在本文中，我们将考察一些项目。从它们的概念开始，到每个构件的设计，再到最后的落地建造，技术均在其中扮演了重要角色。这些典型项目同时也是进行了深入设计研究的案例，以此来优化工期和成本，并使得与传统的建造过程有关的废料最少化。
　　数字装配、机器人工程学、增强现实装配界面、3D打印及扫描以及其他各种各样的软件，被用于优化流程并延续某种工艺、设计构件和创造高品质的建筑空间艺术，同时也使得建筑师和设计团队的介入能够贯穿项目的整个流程。
　　增强现实砌砖术 / Gramazio Kohler Research
　　＂为了解决现有的工业机器人有限的移动能力和熟练性所提出的挑战，该项目中聘请了工人来参与到数字装配过程中。通过一个个人习惯增强现实的使用者界面，光学指引泥瓦匠人们按照订制的数据进行砌筑，就可以直接与数字设计模型建立联系。＂
　　＂先进的增强现实砌砖技术，将计算性设计的力量与工人的熟练度和技巧相结合，从而提出了一个全新的装配范式。＂
　　BUGA**纤维亭** / 斯图加特大学 ICD/ITKE
　　斯图加特大学计算性设计与建造研究所（ICD）研究助理、在读工程硕士（Dipl. Ing.） Christoph Zechmeister 介绍说：＂BUGA 纤维亭使用150.000m的特制玻璃和碳纤维建造而成。考虑到纤维结构复杂的几何属性，已有的设计模式和建模方法不足以完全指导纤维系统开放的设计空间。数据驱动的计算性设计一般是基于既有的建造系统和相关的数据集，然而这并未充分利用数字技术的生产潜力，也不能表达多层纤维系统的复杂联系。＂
　　＂没有使用线性工具链，我们致力于同步开展建筑设计、结构工程和机器人装配工作，并基于持续的计算反馈来建立一套联合设计（CO-design）的方法。使用一套整合的方法运用于不同的领域，能够充分释放计算的潜力，并激发了所有相关领域的同步创新。＂
　　＂这套联合设计的方法能用于项目的所有阶段。在初始阶段，第一批数字设计草图基于瞬时反馈被连接到最初的结构模拟，并通过机械臂建模获得对于结构设计和装配的限制条件的认识。数字模型将所有的反馈和信息压缩到设计环境中，使我们能直接进行不同学科的协作，而不需要反复说明绘图集和模型。例如，我们可以直接通过设计模型产生出机器人装配的工具路径或结构分析的数据集。＂
　　BUGA**木亭** / 斯图加特大学 ICD/ITKE
　　斯图加特大学计算性设计与建造研究所（ICD）研究助理、综合技术与建筑设计研究硕士（MSc. ITECH） Hans Jakob Wagner 介绍说：＂通过在Rhinoceros的Grasshopper3D插件环境中编写C#代码，这个基于实体（agent）的建模工具可以进行空间形态的算法生成。随着三维几何及其内含的实体化逻辑的自动生成对于更有差别化的亭子结构构造表达的支持，实施将设计者与计算工具进行直接交互的顺畅工作模式就显得极其重要。这意味着内置的分布式的基于实体的建模系统的新兴智能与创作团队直观的设计决策相互联系。
　　基于编程语言广泛的有效性和准确定义的分类学，计算机系统几乎可以免受规章和等级制度的干扰。这意味着一旦这样的人工系统被人类设计师使用，它就能促进建筑师、工程师、建造者和建造机器人专家之间进行更顺畅而直接的协作。在一个越来越数字化的世界里，这样的方法对于可持续性和文化性方面的内在追求至关重要。最终，我们认为它将导向一个更广泛、更具整合性的建筑设计范式——我们称之为联合设计（co-design）。＂
　　NCCR Digital Fabrication 研究员、博士 Konrad Graser 介绍说：＂我们的设计意图是开发一套表达建造过程的建筑语言。因此，在最初的概念设计阶段，每一种IO技术的设计机遇与限制条件都被用来作为设计的初始输入。这激发了一种交互设计流程，其中某些建筑或规划信息（例如房间或建筑的外边界、结构工程限制条件）被用作IO生成工具的输入值，而过程的结果被反馈至主模型，为接下来的设计迭代提供基础。此外，一些生成工具被调整为允许建筑团队修改设计并提供实时的施工反馈。＂
　　＂最初的3D概念模型是在头脑里进行数字装配的，从这一点来说DFAB House 是独特的。这就排除了DFAB技术同时进行扩大尺度、设计和工程学考量的联合创造过程。这是有可能的，因为展示新的数字装配技术并在此基础上自然而然地将设计与技术相结合正是该项目的核心目标。＂
　　一座机器人3D打印的混凝土书屋 / 清华大学徐卫国教授团队
　　＂根据实体建模的需要，我们使用了MAYA软件，并结合空间形态和结构的合理性来决定要付诸实现的模型。然后通过打印路径规划和代码编写建立数字文件。这些文件会驱动3D打印设备将混凝土分层打印，最终形成书屋的屋面形式。
　　书屋的打印使用了2套机械臂打印系统，一套用于现场打印建筑的基础和主体结构，另一套在现场预制曲面墙体和穹顶。每套设备需要2人操作，总共只需要4-5名技术人员参与到建造过程中。＂
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