隨著科技的不斷發(fā)展，機器人技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。在木結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域，數(shù)字化木構(gòu)建筑技術(shù)的參與提高了建造效率，充分發(fā)揮了材料的潛能，提升了建筑的質(zhì)量和精度。本文將介紹智能建造技術(shù)，并分享兩個由機器人參與加工和制造的木結(jié)構(gòu)展館項目。

智能建造是指利用先進(jìn)的信息技術(shù)、自動化技術(shù)和人工智能技術(shù)，對建筑的設(shè)計、施工和運營管理進(jìn)行智能化改造和升級的過程。

?智譜AI

在木結(jié)構(gòu)建筑中，智能建造技術(shù)發(fā)揮著重要作用。例如，在設(shè)計階段，可以利用BIM技術(shù)對木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行精確建模，分析其結(jié)構(gòu)性能和節(jié)能效果。在施工階段，可以利用機器人技術(shù)進(jìn)行木結(jié)構(gòu)的精確加工和安裝，提高施工效率和質(zhì)量。在運營管理階段，可以通過智能監(jiān)控系統(tǒng)對木結(jié)構(gòu)建筑的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，保證建筑的使用安全和舒適性。

BUGA木質(zhì)展亭

? ICD-ITKE

BUGA木質(zhì)展亭向人們展示了數(shù)字化木構(gòu)建筑的新技術(shù)。它的分段木質(zhì)外殼，是斯圖加特大學(xué)計算設(shè)計與建造研究所（ICD）和建筑結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計研究所（ITKE）基于海膽板骨架中發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)原理，對其進(jìn)行了近十年研究的成果。其開發(fā)出的機器人制造平臺作為該項目的一部分，用于自動組裝和銑削展館的376個定制空心木片，這一制造過程可確保所有的片段像一個巨大的三維拼圖一樣以亞毫米的精度裝配在一起。這個令人贊嘆的木屋頂橫跨BUGA的一個主要活動和音樂會場地30米，它通過使用最少的材料，創(chuàng)造了一個獨特的建筑空間。

? ICD-ITKE

該展廳的預(yù)制外殼木段由兩名工匠在10個工作日內(nèi)組裝完成，這次的組裝過程只需要用可拆卸的螺栓連接所有木段，為了防水再將一層EPDM橡膠箔分成8個條段覆蓋在展館上，再以未經(jīng)處理的落葉松外墻板作為展館的外部覆層，所有的這些建筑元素都是為了能夠在不同的場地上進(jìn)行拆卸和重復(fù)使用而設(shè)計的。

? ICD-ITKE

雖然展館的承重木殼有30米的無柱跨度，但其每平方米的重量只有38千克，盡管跨度增加了三倍，規(guī)模增加了五倍，但這仍低于LAGA展覽館的基準(zhǔn)。BUGA木質(zhì)展館將傳統(tǒng)木工技術(shù)和高科技機器人制造方法結(jié)合在一起，展示了高效、經(jīng)濟、生態(tài)和富有表現(xiàn)力的木結(jié)構(gòu)建筑的可能性，這個木構(gòu)建筑就坐落在園區(qū)內(nèi)的大師工藝、數(shù)字創(chuàng)新和科學(xué)研究分區(qū)的交匯處。

? ICD-ITKE

BUGA木制展亭位于BUGA夏季島嶼的波浪狀景觀的中央十字路口。三個動態(tài)的拱門分別在三個主要方向形成極具吸引力的入口，引導(dǎo)游客進(jìn)入展館內(nèi)部。當(dāng)在展館內(nèi)舉辦音樂會和公共活動時，建筑外表面光滑的彎曲空間，可提供非常好的音響效果，并營造出一種獨特的建筑氛圍，尤其是在晚上，數(shù)千盞LED燈鑲嵌在展館內(nèi)部的開口中，照亮空間，并使游客們沐浴在微妙、溫暖的迎賓光線中。

? ROLAND HALBE

BUGA木質(zhì)展亭為海爾布隆2019年聯(lián)邦園藝展的中央夏季島嶼提供了一個建筑景點。展館的設(shè)計基于海膽板骨架的形態(tài)學(xué)原理，研究目標(biāo)是將仿生分段木殼的建筑清晰度和結(jié)構(gòu)性能推向一個新的高度：每平方米以與LAGA項目相同的少量木材，是否有可能建造一個跨度達(dá)到其三倍的木質(zhì)外殼？這個結(jié)構(gòu)能否保持完全可重用，以便在BUGA之后可以部署在不同的場地上而不會損失任何性能？

? ICD-ITKE

無論是整體外殼，還是其單獨的部分，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，展館都在仿生原理的基礎(chǔ)上，通過“更多的形式”來達(dá)到使用“更少的材料”的目的。為了最大限度地減少材料消耗和重量，每個木段由兩塊薄板組成，兩塊薄板支撐著木段頂部和底部一圈邊緣梁，形成大型的多邊形空心木盒。包括一個大開口的底板，構(gòu)成了一個獨特的建筑特征，并在組裝過程中提供了通向隱藏連接的通道。輕質(zhì)建筑元素通過遵循海膽板邊緣解剖特征的形態(tài)學(xué)原理的指形接頭連接。在組裝狀態(tài)下，建筑外殼通過其富有表現(xiàn)力的雙曲線幾何結(jié)構(gòu)作為一個形式活躍的結(jié)構(gòu)。

? ICD-ITKE

團隊建設(shè)的LAGA展覽館中使用的板材與實木板材相比，其中空的建筑部分雖然明顯減輕了建筑的重量和材料，但它們卻將建筑部件的數(shù)量增加到了原來的八倍，導(dǎo)致制造過程變得更加復(fù)雜，因此，為了追求更高的資源效率，與自動化機器人制造的外殼部分的施工速度齊頭并進(jìn)，斯圖加特大學(xué)ICD和德國BEC有限公司共同研發(fā)了一種新型可移動運輸?shù)?4軸機器人木材制造平臺用于生產(chǎn)，該平臺位于工業(yè)合作伙伴MuellerBlaustein Holzbauwerke GmbH有限公司，包括兩個安裝在20英尺標(biāo)準(zhǔn)容器底座上的高載荷工業(yè)機器人，通過工業(yè)機器人的靈活性可以將展館各個部分的預(yù)制步驟集成在一個緊湊的制造單元中。

? ICD-ITKE

在生產(chǎn)過程中的每一個定制外殼都是自動組裝的，這些都需要通過用山毛櫸釘臨時固定放置的預(yù)格式化的木板和梁，并控制板和橫梁之間的結(jié)構(gòu)膠連接，在第二個步驟中，復(fù)雜的指形接頭和開口以300μm的精度加工成片段。從梁和板的組裝，到多工具加工和感官處理以及基于圖像的質(zhì)量控制——一切都是完全自動化的，由從計算設(shè)計框架直接導(dǎo)出的200萬條定制機器人代碼行控制的。平均每段裝配時間為8分鐘，而高精度銑削則需要20-40分鐘。

? ICD-ITKE

新的建筑模式需要新的設(shè)計和制造方式來支持。BUGA木質(zhì)展館是在合作設(shè)計的模式下構(gòu)思的，通過跨學(xué)科團隊中不斷的計算反饋，探索設(shè)計、工程和制造方面的新可能性。在這個項目中，由項目組開發(fā)的協(xié)同設(shè)計算法根據(jù)建筑設(shè)計意圖和結(jié)構(gòu)要求生成展館各個元素的形狀，而所有機器人制造方面都是直接嵌入和協(xié)商的。展館的設(shè)計與機器人制造設(shè)備的設(shè)計同步進(jìn)行并相互反饋，是該項目的定制開發(fā)。

? ICD-ITKE

這種高度一體化的工藝能夠設(shè)計和制造有17000個不同的指形接頭的376個獨特板段，以滿足從整體的結(jié)構(gòu)規(guī)模到亞毫米的細(xì)節(jié)的多方面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在不損失精度的情況下，這種多尺度方法允許同時處理建筑和結(jié)構(gòu)方面的因素。盡管該項目具有開創(chuàng)性，從投產(chǎn)到開放僅有短短13個月的開發(fā)時間，但綜合計算過程仍然可以保證對每個建筑元素進(jìn)行細(xì)致入微的精密設(shè)計。

機器人建造構(gòu)筑

? Matthew Weyhmiller

RFS（Robotically Fabricated Structure，機器人建造構(gòu)筑）是一個由機器人制造的木質(zhì)展館，位于美國密歇根州安娜堡市的馬特哈伊植物園內(nèi)，由ADR實驗室、ADR研究助理、以及就校于密歇根大學(xué)陶布曼學(xué)院數(shù)字技術(shù)和材料技術(shù)碩士專業(yè)的學(xué)生設(shè)計和制作而成。該項目以高標(biāo)準(zhǔn)和高精確度的方法探索可持續(xù)發(fā)展和低碳建筑的未來。這座構(gòu)筑的設(shè)計是在一個為它量身而定的定制算法的幫助下完成的，并通過最先進(jìn)的人機協(xié)作（Human-Robot Collaboration）施工方式建造而成。

? Bob Berg

RFS應(yīng)用了定制的裝配式木材組件，它們由源自本地的約50mm×100mm的短木材制成，并通過工業(yè)機器人手臂將各個元件加工并組裝成不同錯綜復(fù)雜的分層模塊。組建完成后的模塊被運到工地現(xiàn)場，由工人將每個子組件移到合適的位置，從而將它們連接在一起，這座展館就這樣成形了。展廳的形式組態(tài)通過該地內(nèi)外的視線、進(jìn)入方法和交通流量的影響，最終形成了一個曲線型的、多孔式的結(jié)構(gòu)。

? Arash Adel

定制算法與機器人制造的結(jié)合成功地將“定制建筑部件”的概念具體化，并達(dá)到了建筑浪費的最小化。若是使用傳統(tǒng)的建造手段和方法，將會因為過高的成本而變得難以實現(xiàn)。除此之外，短小的組件能夠?qū)⒛切┎蝗菀咨L出足夠長的建筑構(gòu)件的本地樹木、建筑和建造留下的下腳料、和從拆除的建筑物中回收的木料都加以利用，最終助于實現(xiàn)更長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展實踐。RFS的綜合數(shù)字設(shè)計和施工過程是一種重新審視了建筑中的材料使用、勞動力和環(huán)境問題的技術(shù)革新，從而創(chuàng)造出具有驚人發(fā)揮的智能和資源性建筑。

? Jacob Cofer

構(gòu)筑的墻壁和天花板有著極具特點的復(fù)雜分層圖案，從而創(chuàng)造了氣流、美輪美奐的光影和光學(xué)效應(yīng)。RFS經(jīng)過了盡可能最小的處理，以減少對周圍地區(qū)的環(huán)境影響，并為人們提供一個持久但不永久的構(gòu)筑。展館還包括了一個能夠進(jìn)行展覽和親密會談的封閉式行道、一個室外座位區(qū)、以及一個為小型公共活動和表演創(chuàng)造機會的高臺。

? Bob Berg

RFS的建成將發(fā)展中的人機協(xié)作建筑的研究從實驗室等級提升到了具有規(guī)模和復(fù)雜性的完整建筑系統(tǒng)。這個案例研究項目旨在引發(fā)關(guān)于建筑中適當(dāng)使用自動化，以及逐漸意識到自身責(zé)任的建筑、工程和施工行業(yè)對如何尋找創(chuàng)造性解決方案以解決建筑效率低下和無處不在的氣候變化威脅等方面的討論和對話。

參考資料

1.https://www.archdaily.cn/cn/986409/ji-qi-ren-jian-zao-gou-zhu-adelshe-ji-yan-jiu-suo-adr-plus-mi-xi-gen-da-xue-tao-bu-man-jian-zhu-yu-cheng-shi-gui-hua-xue-yuan?ad_source=search&ad_medium=projects_tab

2.https://mooool.com/en/buga-wood-pavilion-2019-by-icd.html

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