根據(jù)波士頓咨詢集團（Boston Consulting Group）關于工程和建筑領域數(shù)字工具的一份報告顯示，到2025年，BIM的廣泛應用可以為全球基礎設施市場節(jié)約15%至25%的成本。

面對規(guī)模龐大且日趨復雜的木結構建筑，傳統(tǒng)木結構的加工方式已無法滿足市場。利用BIM技術，結合現(xiàn)代化的加工水平，現(xiàn)代木結構技術已邁入智能制造的行列。

△ 蘇黎世聯(lián)邦理工學院的機器人正在制造木結構

 ?NCCR Digital Fabrication/Roman Keller

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對于木結構建筑來說，需要工程木材制造商、建筑顧問、建筑師和結構工程師甚至建筑的所有者的全員參與。

木材作為一種低碳的建筑材料，易于加工，受場地的環(huán)境影響小，可以在現(xiàn)場進行組裝，具有精確的尺寸、配置和配件，與數(shù)字模型精確匹配，且便于運輸。木材質量輕但強度高，加工成工程木制品，易于運輸，高優(yōu)勢顯著。

科研人員正在不斷努力，利用機器智能與木結構建筑碰撞出新的可能。

空間木材組裝 (STA)

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瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院 （ETH）的建筑和數(shù)字制造研究人員發(fā)明了一種新的組裝方法，稱為空間木材組裝 (STA，Spatial Timber Assemblies)。

據(jù)他們介紹，STA提供的建筑比傳統(tǒng)的木制建筑更耐用、更堅固、更復雜。

從理論上講，這將允許建筑師使用木材來建造他們想要的任何形狀的建筑物，有些復雜的結構在之前都是無法想象的。

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利用空間木材組裝 (STA)這一組裝方法，人工智能和四個協(xié)作機器人設計并制作了一座22.5米高的木結構雕塑。取名為塞米拉米斯（Semiramis），這是下令建造了古代巴比倫空中花園女王的名字。

由于屋面3000根曲線木條的走向都不一樣，如果采用人工的方式進行加工、拼裝，會產(chǎn)生較大的誤差。為此，在建造上，利用BIM技術對木構件進行電腦預拼裝，參數(shù)化編程生成加工程序，確保每個構件的精確度。

“Semiramis 一直是建筑研究的“燈塔項目”， ETH將和眾人一起推進當前的關鍵研究課題，例如交互式建筑設計和數(shù)字制造。”蘇黎世聯(lián)邦理工學院的Matthias Kohler教授說。

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在智能制造工廠，智能機器人根據(jù)指令對木料進行切割、打孔等操作，生產(chǎn)出精準的預制木構件。

四個機械臂協(xié)同工作進行加工，同時人工配合澆注樹脂將它們粘合在一起。這將木結構加工過程的耗時縮短了近60%。

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這是一項復雜的工作，每個吊艙由51到88個面板組成。精確的計算確保機械手臂在將吊艙放在一起時不會相互碰撞。

在設計過程中還使用了定制的自動化軟件，可以調(diào)整運用計算機進行調(diào)整吊艙的形狀。項目之所以得以實現(xiàn)，是因為使用了兩處科技創(chuàng)新：

首先，研究人員構建了一個計算機輔助設計程序，該程序計算零件的精確形狀、位置和角度，以創(chuàng)建具有非凡剛度和承載能力的幾何結構。使用這個程序，設計師只需要聚焦于創(chuàng)建他想要的形狀，STA將調(diào)整以實現(xiàn)結構。

? NCCR Digital Fabrication/Roman Keller

其次，利用算法使機械臂在3D空間中精確定位零件。STA程序跟蹤手臂的確切位置、它們攜帶的部件以及已經(jīng)組裝的部件。隨著施工的推進，算法不斷實時計算手臂的運動，直到每個部分都被精確地放置在空間中。

模塊化建筑公司——Autovol

在實際操作層面，已有許多家模塊化建筑公司開始將機器人智造運用到日常生產(chǎn)中，以提高產(chǎn)能效益。

以Autovol為例，這是一家位于愛達荷州南帕的模塊化建筑公司，它采用綜合系統(tǒng)方法來建造經(jīng)濟適用的多戶住宅。

不同于傳統(tǒng)的模塊化生產(chǎn)，其墻板、地板和天花板是在工廠中生產(chǎn)并在現(xiàn)場組裝的。Autovol的主要工藝被稱為“自動體積模塊化結構”，它配備了53臺ABB六軸工業(yè)機器人，可完全自動化生產(chǎn)構成體積模塊的墻壁、天花板和地板。同時，為它們配備所有設備、固定裝置和MEP系統(tǒng)，以便運送到工作現(xiàn)場，并在那里將它們吊起并固定到位完成組裝。

? Autovol

Autovol已運行近兩年，每周運行4次，10小時輪班，每周生產(chǎn)約14個模塊，每年約生產(chǎn)700個模塊。該公司最終目標是每年生產(chǎn)2000個模塊。

位于圣何塞的五層弗吉尼亞街工作室的建造成本為120美元/平方英尺；架設160個模塊大約需要三周時間。 Autovol估計標準建筑成本可節(jié)省100 美元/平方英尺或20%，與現(xiàn)場建造相比，可節(jié)省40%的時間。

機器人制造的木結構? DAVID CORREA

相信在未來，現(xiàn)代木結構建筑將會是智能智造的一張新名片，除了高度不斷在突破外，建造速度和質量也在不斷提升。

（責任編輯：何雯麗）

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