用機(jī)器人建一所房子，打印一處公園

2023年08月02日

7月6日，國際建筑師協(xié)會三年獎的奧古斯特·佩雷（August Perret）建筑技術(shù)獎頒獎典禮在哥本哈根舉辦，來自中國同濟(jì)大學(xué)教授、建筑師袁烽獲得該獎。

同濟(jì)建院袁烽教授，斬獲國際建筑師協(xié)會(UIA)奧古斯特·佩雷（August Perret）建筑技術(shù)獎

袁烽從事機(jī)器人建造研究15年，致力把機(jī)器人引入中國的建筑學(xué)科。15年里，他從0開始，完成了機(jī)器人設(shè)計建造房子的突破。2022年，他的團(tuán)隊完成的成都瑞雪展示中心，該建筑的智能建造率達(dá)到90%，是中國目前建造率最高的建筑之一。袁烽將工業(yè)機(jī)械臂引入到建筑學(xué)科，讓機(jī)器人進(jìn)入到建筑業(yè)，讓人工智能參與建筑從設(shè)計到建造的全過程。他希望真正改變行業(yè)，將人們從低效、粗放、危險的建造中解放出來。

奧古斯特·佩雷建筑技術(shù)獎設(shè)立于1961年，比1979年的普利茲克獎早18年，是建筑設(shè)計領(lǐng)域的最高獎項之一，袁烽也是這個獎項設(shè)立62年以來，第一次得獎的中國人。在這一技術(shù)獎項中，獲獎?wù)叨际窃诮ㄔ旌驮O(shè)計上重要的革新力量，如高技派建筑師諾曼·福斯特，低技派建造代表坂茂，巴黎蓬皮杜藝術(shù)中心的建筑師皮亞諾和羅杰斯等。

近日，袁烽在接受媒體采訪時表示，“確實前面有20多次的頒獎當(dāng)中，沒有中國人的身影，中國人在文化層面有很多的貢獻(xiàn)，但是對于技術(shù)層面一直是回避的，或者說，我們一直是在應(yīng)用的狀態(tài)。”他說：“10余年前，全球有不超過10個團(tuán)隊在推動這件事情。”

成都瑞雪展示中心鳥瞰圖

成都瑞雪展示中心建筑外觀

成都瑞雪展示中心建成于2022年，是袁烽的代表性成果。該建筑面積為1836平方米，更是實現(xiàn)了近90%的智能建造化率。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計與建造，建筑師將自己空間想象力與計算設(shè)計相融合，再由機(jī)器建造工廠把所需的建筑部件加工好，運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)拼裝。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計和建造，這樣的方式精準(zhǔn)、高效，可以最大限度減少資源浪費(fèi)，減少對人力資源的依賴。據(jù)悉，除了地面部分是混凝土澆筑，瑞雪所有的建造，從木結(jié)構(gòu)的安裝，從屋面的表皮材料，全部都實現(xiàn)了數(shù)字化建造。

瑞雪展示中心位于成都新津區(qū)的天府農(nóng)博園內(nèi)，包含展覽展示、劇場、辦公3大功能，共有4個空間。整個建筑猶如一座連綿起伏的白色小山，卷起層層雪，又像一條白色絲綢落在了地面，柔美，富于動感。整個屋面是用可回收材料的改性塑料3D打印而成，屋面面積近2200平方米，由4150塊打印板構(gòu)成，全部在工廠根據(jù)設(shè)計精準(zhǔn)定制，沒有完全相同的兩塊。

成都瑞雪展示中心戶外劇場

成都瑞雪展示中心內(nèi)部

當(dāng)然，對于建筑師來說，空間是很重要的。建筑內(nèi)部，人們可以看到裸露的木結(jié)構(gòu)。在瑞雪展示中心，建筑師通過一個個小的、短的木頭相互承接，最終通過木制構(gòu)件的彼此相接，形成一個受力穩(wěn)固的屋面結(jié)構(gòu)。“中國的傳統(tǒng)，你走進(jìn)一個寺廟，你會發(fā)現(xiàn)整個都是木結(jié)構(gòu)的感覺，通過材料的建構(gòu)來實現(xiàn)的一個整體，從精神本源上講，還是有中國的一個情結(jié)在里面。”在他看來，建筑師不應(yīng)該丟掉屬于自己的文化傳統(tǒng)、文化自信，同時也要面對這個時代的技術(shù)。在他看來，數(shù)字化是手段，建筑師要尊重材料，并把美學(xué)表達(dá)出來。

袁烽2015年自主研發(fā)的桁架機(jī)械臂，臂展11米跨度，可以負(fù)載125公斤，能在11米到14米的范圍里實現(xiàn)自由加工

當(dāng)然，這樣的實踐也是從體量較小的案例開啟的。在2015年，袁烽為上海西岸設(shè)計了池舍。池舍的基地是廢棄的舊工業(yè)遺址，場地上滿是廢棄的磚頭，建筑師則試圖將這里打造成一個復(fù)合藝術(shù)空間，在緊湊的建筑內(nèi)疊合了展示收藏、創(chuàng)作討論、休息交流等多重藝術(shù)活動。為此，建筑師保留了原有建筑的外圍護(hù)墻體，進(jìn)行基本的性能改善和結(jié)構(gòu)加固后獲得最大化的展廳空間。

建筑外圍采用了和老建筑相協(xié)調(diào)的青磚形成其面向園區(qū)的主要界面，而入口位置的輕輕一掀，形成的褶皺肌理既形成了房子最讓人印象深刻的形式處理，又表現(xiàn)了建筑物的基本表情。而為了完成傳統(tǒng)工藝無法精確實現(xiàn)的砌筑方式，袁烽讓機(jī)器人現(xiàn)場識別抓取材料，并自行砌筑。池舍的外墻，將回收自老建筑的古老灰磚與先進(jìn)的機(jī)械臂在場建設(shè)工藝相結(jié)合，采用一個具有張力的曲面形態(tài)，表現(xiàn)池舍的勃勃生機(jī)。

位于上海的池舍

機(jī)器人砌筑池舍

而近年來，數(shù)字建造的案例也屢見不鮮。在去年的深圳雙年展的論壇中，清華大學(xué)建筑學(xué)院教授徐衛(wèi)國則從數(shù)字設(shè)計和智能建造的研究切入，講述了數(shù)字設(shè)計和智能建造的優(yōu)勢。他以3D打印的花園、經(jīng)濟(jì)適用房等建筑作品為例，講述了數(shù)字建造的優(yōu)勢，“智能建造本身包含了2個方面，第一個方面是虛擬建造，即在電腦中將房子建一遍。第二部分是物質(zhì)型建造，基于已有的數(shù)據(jù)文本，將虛擬建造的結(jié)果在實際工地上用材料、智能設(shè)備建造，縮短周期，提高了效率。而從造價角度來講，造價也比較低。而從環(huán)保角度來說，運(yùn)用環(huán)保用料，并能做出不同形狀的建筑。”

徐衛(wèi)國《機(jī)器人3D打印花園》??UABB，攝影：胡康榆

深圳寶安3D打印公園

徐衛(wèi)國負(fù)責(zé)的項目有深圳寶安3D打印公園。這一公園位于深圳國際會展中心17號館前，用地面積5523.3平方米，建設(shè)過程中使用了4套機(jī)器人打印設(shè)備，從設(shè)計到建成用時共計3個月。該項目的實施，創(chuàng)造了新的城市環(huán)境建設(shè)模式。

這一項目基于數(shù)字建筑設(shè)計及機(jī)器人自控系統(tǒng)，將3D打印公園設(shè)計以自然與科技結(jié)合為理念，圍繞設(shè)計概念“溪谷清流”，打造全國首座3D打印混凝土綠地花園。據(jù)悉，建筑師團(tuán)隊在模擬場地日后的人群活動規(guī)律后，通過人流熱度分析并用奇異吸引子算法生成公園總體規(guī)劃雛形，在此基礎(chǔ)上建立公園的虛擬三維模型，再基于三維模型，進(jìn)行公園實物3D打印路徑規(guī)劃，并完成所有園林景觀實物的建造。最后，結(jié)合設(shè)計概念，進(jìn)行綠化的種植、完成整個公園的建設(shè)。

深圳寶安3D打印公園施工現(xiàn)場

蜿蜒的道路曲線和自然起伏的地形融合在一起，模擬清泉流淌于溪谷間的形態(tài)，造型生動靈活的園林小品與水平延展的地形有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)造出獨(dú)特的自然空間。技術(shù)與特種混凝土材料技術(shù)相結(jié)合。

園區(qū)內(nèi)所有3D打印景觀小品以“水”的靈動作為原初設(shè)計思想，突出機(jī)器人3D打印技術(shù)在建造曲面造型時的優(yōu)勢：例如，場地北側(cè)開出一朵象征生機(jī)與幸運(yùn)的三葉草，寄托著健康、真愛與名譽(yù)的祈愿；場地南端溪水形成一道回旋，正中間開出象征深圳市的勒杜鵑花，歡迎著四面八方的來客；花壇座椅、擋土墻的造型都融入了水流靈動的曲線之中，呼應(yīng)深圳建設(shè)全球海洋中心城市的未來愿景。

深圳寶安3D打印公園，主題雕塑

深圳寶安3D打印公園，3D打印花格鋪注冷瀝青路面

深圳寶安3D打印公園，管廊亭

在海外，同樣擁有不少這樣的機(jī)器人建造案例。如土耳其建筑事務(wù)所 Melike Alt?n???k Architects利用機(jī)器人、無人機(jī)與3D打印等技術(shù)打造出了一座能“自我建造”的機(jī)器人科學(xué)博物館。

該建筑位于韓國首爾，該博物館希望支持機(jī)器人公眾教育，增加公眾對機(jī)器人的了解和興趣。這一博物館在推動和促進(jìn)整個社會的科學(xué)技術(shù)和創(chuàng)新中發(fā)揮催化作用，不僅要展示機(jī)器人，而且實際上從設(shè)計制造到建筑和服務(wù)都將由機(jī)器人負(fù)責(zé)。機(jī)器人將組裝博物館的金屬外墻，在建筑信息模型（BIM）系統(tǒng)的帶領(lǐng)下對金屬板進(jìn)行模塑組裝、焊接和拋光。另外，3D打印技術(shù)被用于博物館周圍的混凝土景觀。

機(jī)器人科學(xué)博物館

機(jī)器人科學(xué)博物館內(nèi)部

此外，在2019年，SOM建筑設(shè)計事務(wù)所為芝加哥建筑雙年展設(shè)計了一座混凝土展館。這一展示館是使用先進(jìn)機(jī)器人制造技術(shù)建造的未來建筑系統(tǒng)的縮小原型。該項目同時是一個景點(diǎn)和展廳，展示減少混凝土結(jié)構(gòu)碳足跡的設(shè)計方法。據(jù)悉，利用這種使用先進(jìn)機(jī)器人進(jìn)行混凝土塑形的可持續(xù)建造技術(shù)，耗材量和廢物量將比傳統(tǒng)系統(tǒng)使用少20％的混凝土，并且達(dá)到20％的減碳量。

混凝土展館

建筑數(shù)字建造的最大的意義，是針對建筑業(yè)一直以來的粗放發(fā)展、浪費(fèi)大、碳排放高等問題，借由人機(jī)協(xié)作的機(jī)器智能來真正改寫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。袁烽說，“正如在馬車時代出現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)，人類就此告別了馬車時代，迎來汽車時代。如今，機(jī)器人的出現(xiàn)，勢必帶領(lǐng)建筑業(yè)迎來新時代。”

（責(zé)任編輯：何雯麗）