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先进建造!建筑的材料与技术创新到什么阶段?

在多年的创新实践中,德国斯图加特大学计算机设计学院(ICD)、建筑结构与设计学院(ITKE)与学生共同设计建造了一系列研究展亭,探究先进的建造方式。这些建筑述说了计算机设计及辅助制造的过程,并在材料和技术相互作用之下,创造了全新的空间和体验。

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Courtesy of ICD-ITKE

计算机设计学院(ICD)旨在培养学生对于计算机处理在建筑领域的持续革新的认知,为设计、工程、规划和建造等多个领域的穿插融合做好准备。通过参数化和算法设计,不同领域的议题在技术和概念层面建立起了内在关联,为深入探索计算机处理在建筑中的综合运用提供了平台。研究侧重于以全面的信息为基础,以性能为导向的模型的生成、模拟和评估。

计算机设计学院(ICD)的两个重点研究方向分别是:生成式计算机设计过程的理论和实践发展,及计算机辅助建造,尤其是机器人建造的整体运用。这些议题将先进技术融入工业制造,创造了述行的材料和建造体系。

Courtesy of ICD-ITKE

同样地,建筑结构与结构设计学院(ITKE)侧重于结构的创新,致力于开拓工程设计和材料科学的边界,从而在建筑领域实现新的运用。该学院重点研究了涉及高性能材料的生产及运用的材料科学和涉及创新结构系统的形态学这两个领域。

下列展亭设计回顾了ITKE 和 ICD 对材料和先进建造方式的创新研究实验,通过工业技术建造和全比例模型的搭建检视材料和结构的性能和空间价值。

2011 ICD-ITKE 研究展亭 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

2011年夏天,斯图加特大学计算机设计学院(ICD)和建筑结构与结构设计学院(ITKE)将教学与研究相结合,与学生共同实现了一个木制临时仿生研究展亭。项目运用了以计算机为基础的设计和模拟方法,并由计算机控制实施建造,将海胆骨板形态学的原理运用到了建筑结构当中。这一实践开创性地拓展了人们熟知的仿生学原理的应用领域,并基于其特性通过计算机生发出了不同的几何形态,最终成型的展亭复杂的形态学仅用超薄(6.5毫米)的胶合板就得以实现。

2012 ICD-ITKE 研究展亭 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

2012年11月,斯图加特大学计算机设计学院(ICD)和建筑结构与机构设计学院(ITKE)采用了碳纤维和玻璃纤维的复合材料实现了一座完全由机器人建造的实验展亭。这个跨专业项目由来自两个学院的建筑和工程学科的研究人员和学生,同德国图宾根大学(University of Tübingen)的生物学家共同实施,研究了仿生设计和创新机器人建造过程的内在联系。研究以材料和节肢动物外骨骼的形态学原理为起点,重点探索了一种建筑领域新的复合建造范式。

2013 ICD-ITKE 研究展亭 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

2013年,斯图加特大学计算机设计学院(ICD)和建筑结构与机构设计学院(ITKE)建造了又一座仿生学研究展亭,用以展现新型设计、模拟和建造过程在建筑领域的潜力。由来自包括生物学、古生物学、建筑和工程背景的学生和研究人员组成了跨领域的研究团队,从设计到建造共耗时一年半。

2014 ICD-ITKE 研究展亭 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

ICD-ITKE 研究展亭2014-15 展示了创新建造方法在建筑领域的潜力。灵感来源于水蜘蛛的水下巢穴。通过新型机器人生产建造过程,前期灵活的充气模板逐渐被碳纤维复合材料从内部加固。最终形成的轻质纤维复合壳体在实现了材料的高效应用的同时,塑造了一个独特的展亭空间。

2015 ICD-ITKE 研究展亭 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

由斯图加特大学计算机设计学院(ICD)和建筑结构与结构设计学院(ITKE)设计的研究展亭展示了分段木壳体结构的机器纺织建造技术。该项目由建筑师、工程师、生物学家和古生物学家组成的跨学科研究人员同学生合作设计与实践,首次将工业缝纫技术运用于建筑尺度。

翅鞘纤维亭 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

维特拉设计博物馆提出了一个探讨当代机器人热潮的展览,主题为“你好,机器人——人类和机器共同设计”。“翅鞘纤维亭”在展馆外回应了这一主题,用仿生织物作为机器人在建筑领域影响力扩散的范例。斯图加特大学 ICD-ITKE 设计团队通过算法定义展亭的独立模块,并采用机器人实现了生产建造。在伦敦维多利亚和阿尔伯特博物馆(V&A Museum)首秀后,该装置现在维特拉设计园内展出。

2017 ICD-ITKE 研究展亭 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

一个新的实验性展览装置由斯图加特大学计算机设计学院(ICD)和建筑结构与结构设计学院(ITKE)合作建造完成。项目意图探索玻璃纤维和碳纤维复合材料在建筑尺度的建构方式。这项具有创新性的建构过程是根据纤维结构独特的功能可见性和性能而特别设计的。轻质、抗拉强度高的材料为一种完全不同的构造方式提供了可能性。建造过程结合使用了有效荷载低的远程机器,如无人飞行载具(UAV)和重型、作业精确而范围有限的工业机器人。这种协作作业的理念使这种大跨度复合纤维结构的建造范围变得可伸缩调控。

BUGA 纤维材料展亭 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

德国联邦园艺博览会中,BUGA 纤维材料展亭嵌入周围起伏的地势,为展区参观者带来了前所未有的建筑体验,一窥未来建造的无限可能性。该设计基于德国斯图加特大学计算机设计学院(ICD)与建筑结构与结构设计学院(ITKE)多年的仿生建筑研究成果。展亭的设计理念将前沿的计算机技术与大自然的建造原理相结合,孕育出真正具有创新性且完全数字化的建筑体系。展亭仅用合成纤维作为承重结构,并由机器人实现建造。

乌尔巴赫塔 / ICD-ITKE

Courtesy of ICD-ITKE

乌尔巴赫塔是一种独特的木结构。塔楼的设计源于新的弯曲木材构件自成型工艺,这一开拓性的发展实现了木材制造由繁复且高能耗的机械成型到材料自成型的范式转变。形状的变化是由木材自身在含水率降低时收缩的特性引起的。14米高的塔身的部件在平面状态下设计和制造,并在行业标准的技术干燥过程中自主转变成最终预测的曲面。这次实践使用可持续、可再生和当地的建筑材料,为木材结构开辟了意想不到的建筑的可能性。
翻译:付惠遥

关于这位作者
引用: Baldwin, Eric. "先进建造!建筑的材料与技术创新到什么阶段?" [Advanced Construction: Material Innovations and New Technologies] 04 11月 2019. ArchDaily. (Trans. Milly Mo) Accesed . <https://www.archdaily.cn/cn/927473/xian-jin-jian-zao-cai-liao-yu-ji-zhu-chuang-xin>

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