近日，在同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院舉辦開幕的“上海數(shù)字未來”系列活動(dòng)中，一場(chǎng)場(chǎng)關(guān)于數(shù)字設(shè)計(jì)與建造的前沿實(shí)驗(yàn)成果展示，吸引了很多師生的眼球。

 

　　先看這里——于同濟(jì)建筑城規(guī)學(xué)院門口最新架設(shè)的一座橋梁，是全球第一組用3D打印完成的步行橋，跨度分別為4米和11米。

 

　　據(jù)悉，此次活動(dòng)以“可視化與物質(zhì)化”為主題，同時(shí)也是同濟(jì)建筑城規(guī)學(xué)院的暑期夏令營活動(dòng)，具體包含開放日參觀、建造工作營、圖解思維與數(shù)字建造論壇以及建造工作營成果展四個(gè)部分。

 

　　同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院袁烽教授介紹，今年的活動(dòng)不僅邀請(qǐng)到了來自全球高校的8位優(yōu)秀的導(dǎo)師，還有8臺(tái)機(jī)器人、2臺(tái)CNC計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床、5臺(tái)無人機(jī)、UWB室內(nèi)定位設(shè)備、熱成像儀和多臺(tái)3D打印機(jī)的設(shè)備支持。而受邀參加今年暑期夏令營的146名學(xué)生，則是從前期300多位報(bào)名的學(xué)生中遴選出來的，他們來自國內(nèi)外55所高校以及12所建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。其中，國際學(xué)員包括來自南加州建筑學(xué)院（SCI-ARC）、建筑聯(lián)盟學(xué)院（AA）、加州大學(xué)伯克利分校、倫敦大學(xué)學(xué)院、美國羅德島設(shè)計(jì)學(xué)院、愛丁堡大學(xué)、康奈爾大學(xué)等，而國內(nèi)學(xué)院則來自同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、東南大學(xué)、華南理工大學(xué)等院校。

 

　　袁烽說，今年暑期夏令營的一個(gè)重要目標(biāo)，是共同討論數(shù)字化未來的可能方向。“對(duì)于建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)工程學(xué)、材料學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科來說，在這個(gè)激變的時(shí)代，我們是時(shí)候來共同思考、探討一下學(xué)科的邊界與發(fā)展”。

 

　　數(shù)字化的未來，究竟是怎樣的未來？在此次的暑期夏令營，海內(nèi)外建筑學(xué)界的師生們帶來了他們的成果——

       1、Rhino VAULT

 

　　本組工作營由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）Philippe Block研究組與扎哈？哈迪德數(shù)字設(shè)計(jì)研究小組聯(lián)合教學(xué)。以機(jī)器人3D黏土打印為基礎(chǔ)，從結(jié)構(gòu)信息建模，轉(zhuǎn)換為打印路徑，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)體建造，打印完成的拱石組件將用于搭建成更大的拱形結(jié)構(gòu)。學(xué)生使用RhinoVAULT插件來找形與結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，同時(shí)操作3D陶土打印與燒制，最終組裝成結(jié)構(gòu)優(yōu)化的拱形裝置。

 

 

　　2、機(jī)器人木縫紉

 

　　本組工作營探討了基于機(jī)器人木材縫合的數(shù)字化工藝，通過縫紉將平面膠合板直接連接形成復(fù)雜的三維自由形狀。三種基于機(jī)器人木縫紉技術(shù)開展的木材彈性彎曲縫合的研究被平行地進(jìn)行：學(xué)生個(gè)體通過探索紡織圖案和與紡織技術(shù)，創(chuàng)建了薄片材料的材料系統(tǒng)，并期望可以將其擴(kuò)展到如木材之類的更厚的材料之上。在個(gè)體研究的基礎(chǔ)上，學(xué)生分團(tuán)隊(duì)選擇了一些材料系統(tǒng)原型來進(jìn)行更大尺度的材料實(shí)驗(yàn)，以創(chuàng)建能夠創(chuàng)建封閉單元體的構(gòu)造策略，以期在建筑尺度進(jìn)行建造。最終，木材建成的大尺度的建構(gòu)范本，全面展示了木縫紉系統(tǒng)的性能，并為機(jī)器人自動(dòng)化縫制系統(tǒng)做了很好的實(shí)證研究。

 

　　

 

　　

 

　　3、3D打印的身體建筑學(xué)

 

　　關(guān)于身體和建筑的關(guān)系研究已有悠久的歷史，從維特魯威之前人們就嘗試著把建筑比例與人體尺度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，到了現(xiàn)代身體與建筑的關(guān)系已經(jīng)發(fā)展到有趣的地步：建筑師們涉足時(shí)尚界，設(shè)計(jì)一些精美的3D打印服飾。

 

　　工作營強(qiáng)調(diào)兩個(gè)初始問題。第一個(gè)是通過研究自然模式—例如生長(zhǎng)、生枝，以及填充等—我們將會(huì)在自然中學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)的表現(xiàn)方式。學(xué)生能夠生成來自于生物啟發(fā)下的模式，學(xué)習(xí)這些幾何的背后的用意是為了能夠理解動(dòng)態(tài)的材料表現(xiàn)方式，如直線或者曲線運(yùn)動(dòng)；第二，將人體例如皮膚張力、肌肉運(yùn)動(dòng)、力的分配等作為這類形式的研究?jī)?nèi)容，嘗試把生物啟發(fā)下的幾何模式與人體性能表現(xiàn)進(jìn)行結(jié)合。最終，關(guān)注的目標(biāo)是3D打印過程，去設(shè)計(jì)以及打印“身體建筑”——3D打印大衣將會(huì)與人體的肌肉與運(yùn)動(dòng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使用尼龍SLS材料打印技術(shù)生產(chǎn)硬性的物件。

 

　　

 

　　

 

　　4、無人機(jī)群感應(yīng)的城市環(huán)境

 

　　借助無人機(jī)群搭載的傳感器，在城市上空對(duì)城市進(jìn)行數(shù)字環(huán)境的檢測(cè)和建設(shè)；通過大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)可以將無人機(jī)群變成一個(gè)有“智能”的團(tuán)隊(duì)，為我們傳達(dá)全新的時(shí)空信息；由此我們可以了解到諸多以日常視角無法感知到的影響城市空間的參數(shù)，例如建筑形態(tài)，植被，地形變化以及微氣候等。最后利用可視化技術(shù)和工具，把原始數(shù)據(jù)進(jìn)行藝術(shù)的轉(zhuǎn)譯，將城市環(huán)境映射到建筑設(shè)計(jì)，藝術(shù)創(chuàng)作以及視覺表達(dá)中。

 

　　

 

　　5、超薄紙板大跨建構(gòu)

 

　　利用超薄板材建造一個(gè)小型的殼體，用來探討和研究一種新的針對(duì)材料結(jié)構(gòu)性能的殼體結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方法。通過學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)過程，教授學(xué)員殼體找形的理論及軟件模擬過程。同時(shí)，通過建造的過程，完成對(duì)于結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造的理解和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

 

　　

 

　　6、數(shù)字化折紙編程

 

　　參數(shù)化折紙將復(fù)雜的幾何形與空間變量進(jìn)行綜合、轉(zhuǎn)化、變形，從而對(duì)空間表達(dá)進(jìn)行新的嘗試，最終成果為大尺度空間薄板折疊裝置。該研究把復(fù)雜幾何形式的各種變化屬性與實(shí)物模型相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的空間想象力，借助紙這一媒介，創(chuàng)造新的形式語言。

 

　　
       

 

　　7、虛擬現(xiàn)實(shí)：從詩歌到場(chǎng)所的轉(zhuǎn)換

 

　　隨著VR技術(shù)不斷深入我們的生活，建筑師也會(huì)有關(guān)于VR的不同想法，在這里，通過一個(gè)對(duì)文字抽象體—詩歌的可視化場(chǎng)所轉(zhuǎn)譯，為創(chuàng)作者提供多種探索VR意義的可能。這里的場(chǎng)所包含空間與其中活動(dòng)的人，它可以用來詳細(xì)描述詩歌的意境，或者只是配合這種意境的表達(dá)，甚或表達(dá)對(duì)于意境的不同看法……工作營以2-3個(gè)小組為單位，每個(gè)小組完成一組詩歌與場(chǎng)所的轉(zhuǎn)譯設(shè)計(jì)，包括模型制作、空間搭建、人物表演攝制。通過在虛擬空間的這一創(chuàng)作過程，在暫時(shí)放下建筑材料、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)等因素的束縛厚，嘗試完全通過場(chǎng)所感去表達(dá)設(shè)計(jì)用意，使得成果可以像任何一件藝術(shù)品那樣被欣賞，并借由詩歌的力量來觸動(dòng)體驗(yàn)者的心弦。

 

　　8、風(fēng)洞可視化

 

　　工作營旨在探討在建筑設(shè)計(jì)初期階段運(yùn)用物理風(fēng)洞及AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）工具探索建筑形體的可能性，使環(huán)境性能成為城市與建筑生形的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

 

　　在物質(zhì)化方面，利用風(fēng)洞作為風(fēng)環(huán)境的主要模擬工具，完成建筑形態(tài)的研究及概念設(shè)計(jì)，使風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)和建筑主體形體之間產(chǎn)生互動(dòng)與反饋，在考慮舒適風(fēng)速及溫度的條件下，獲取最終的建筑幾何形態(tài)。在可視化方面，利用不同的工具對(duì)風(fēng)這一不可見的要素進(jìn)行研究，并將結(jié)果反映在建筑形體的調(diào)整與設(shè)計(jì)上：在物理方面，運(yùn)用煙霧可視化工具，觀察建筑周圍的流跡線；在數(shù)字方面，基于CFD 的計(jì)算結(jié)果，建立具有 AR 技術(shù)的 APP，通過攝像頭觀察空氣流動(dòng)帶來的不同影響。

 

　　

　　9、行為可視化

 

　　行為可視化是通過數(shù)字技術(shù)采集建筑空間中人的行為數(shù)據(jù)，并將其與空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配與分析，最終檢測(cè)并驗(yàn)證空間與行為共生關(guān)系的建筑學(xué)研究方法。在數(shù)字技術(shù)的輔助下，行為數(shù)據(jù)信息得以準(zhǔn)確而全面的收集，基于大數(shù)據(jù)而建立系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析與可視化呈現(xiàn)，為微觀層面的建筑單體設(shè)計(jì)與整改提供方法借鑒。

 

　　機(jī)器人平臺(tái)為三維打印技術(shù)的發(fā)展與實(shí)現(xiàn)提供了新的可能性，無論是尺度上還是復(fù)雜系統(tǒng)打印上，機(jī)器人使得將三維打印技術(shù)應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的可行性被大大拓展。工作營基于傳統(tǒng)三維打印的原理，結(jié)合結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)來探索建筑尺度三維打印的可能性與可行性。利用機(jī)器人三維打印實(shí)現(xiàn)定制單元的批量化生產(chǎn)，通過定制三維打印模塊砌筑的方式完成兩件三維打印橋梁，跨度分別為 4 米和 11 米，驗(yàn)證三維打印建筑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與可靠性。

 

　　這里探索的是“結(jié)構(gòu)幾何”的設(shè)計(jì)方法在木構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并以建筑機(jī)器人為工具，探索木構(gòu)建筑的機(jī)器人數(shù)字建造工藝。工作營以木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為原型，探索“后期成形”的木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在自由曲面形式中的應(yīng)用潛力。研究首先在設(shè)計(jì)平臺(tái)上對(duì)自由曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的找形進(jìn)行模擬與優(yōu)化，然后通過結(jié)構(gòu)性能模擬對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸進(jìn)行優(yōu)化，并利用機(jī)器人建造工具實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的批量定制生產(chǎn)。

 

 

　　此次的“上海數(shù)字未來”展覽將持續(xù)到今年9月30日，社會(huì)各界人士都可前往同濟(jì)建筑城規(guī)學(xué)院參觀。歡迎大家來參觀~