3D机器人建造，Ashen小屋 / HANNAH Office

作者 Paula Pintos | 译者 KayeeLi
于2021年七月, 16

HANNAH Office由LeslieLok和Sasa Zivkovic创立，是一家总部位于美国的建筑设计与研究机构，一直在从家具到城市设计的各种类型项目中尝试数字设计和建造技术。Leslie和Sasa两人都是康奈尔大学建筑、艺术与规划学院的教授，领导着一个专注于创新设计的工作室。技术在他们的设计工作中发挥着至关重要的作用，他们结合对材料、新的应用和建筑技术的敏锐研究，设计出了一系列极具创新性的项目。

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他们最新的一个项目是Ashen小屋，这是一个机器人建造、采用3D打印技术的原型住宅，位于纽约州北部。该项目的独特之处在于使用了受昆虫侵害的白蜡木，这种木材由于目前应用途径很少，它的广泛分布也就成为了该地区的一个环境问题。该项目采用了先进的定制技术，使得这种材料得以被再利用。结合3D打印的混凝土分层结构，该项目成为了可持续建筑未来的一次案例性研究与实践。此外，除了它特殊的技术建造外，小屋的整体形态仍然是自然和原始的，与周边环境和谐地融合在一起。

我们与HANNAH Office（后称HO）的Leslie和Sasa进行了交谈，了解了更多有关该项目及工作模式的信息。

PaulaPintos（ArchDaily）：你们如何将项目的最初设计和想法（“草图”）转化到这些特定的软件/工具中去的呢？

HO：在HANNAH，我们的流程是刻意混合的，技术、设计策略、材料和生产工具之间存在大量反馈。我们会同时进行草图、3D模型、物理模型、全尺寸原型和数字模拟的操作。每种工作模式都有其优缺点。总之，各种工作模式往往会互相影响——它们也会为我们提供信息。

PP：技术在多大程度上定义了你们的设计想法？反之亦然，你们如何使用技术来达到预期的设计结果？

HO：我们的项目由两个相互影响的过程构成，一是源自数字建造技术的自下而上的工序，二是源自我们自己的设计想法和项目的功能要求的自上而下的流程。一方面，我们喜欢遵循建造技术的规则和约束条件，我们坚定地接受由数字技术决定的自下而上的建造逻辑。例如，小屋3D打印的部分吸收了梁托结构的思想，即通过层的递增偏移来生成三维形式。在整个小屋的设计中，我们使用刀具路径，并强调3D打印混凝土的层叠特性。我们还采用了具有特定几何规律和表面曲率的木质外壳，这也是“自下而上”的设计。另一方面，我们也会问自己：“什么时候需要打破这些规则？”以及“我们什么时候会与数字化效能背离？”在这个项目进行中的很多时候，自上而下的设计决策和自下而上的数字化建造逻辑会进行有效的相互作用。烟囱、略向外凸出的角窗、规则表面的屋顶几何结构、柯布西耶式排水孔、形状奇特的程式化混凝土突出物、入口处的门把手和雨篷，这些都是二者相互作用带来的建造结果。

PP：项目中使用的主要工具和软件有哪些？

HO：对于小屋3D打印混凝土部分的建造，我们使用了康奈尔RCL（康奈尔机器人建造实验室）自制的 3D 打印机，名为Deadalus。2016年，Sasa和他的学生一起设计和建造了打印机，HANNAH在2018年对其进行了修改，将打印机的整体尺寸增加到2.7x5.5x2.7米。对于建筑白蜡木部分的建造，我们使用了RCL从eBay平台以8000美元购买的有着15年历史的KUKA KR200/2机器人。KUKA机器人被进行了改装并配备了一个大型带锯，因此它适用于各种类型的木材建造。这座小屋是由HANNAH设计和建造，由康奈尔RCL提供资金支持的。我们使用Rhino进行数字建模，使用Grasshopper和KUKA|prc插件来控制机器人。

PP：项目中选用的材料视觉上来看都比较原始和乡土，这是因为你们在有意识地寻求更自然和更具表现力的建筑，还是仅仅是建造方法和技术带来的结果？

HO：就Ashen小屋这个项目而言，材料的原始质感是建造工艺和所用材料原本特性的直观体现。我们接纳了3D打印混凝土的的层叠和条纹性质，以及它的所有缺陷。建筑表面的水平线条只是建造过程带来的结果，类似于板状混凝土形成的图案。

对于木质外壳，我们采用了类似的方法。外壳使用的是被翡翠灰螟（Emerlad-ash-Boer）侵害的木材，这种昆虫对北美洲数十亿棵白蜡树的生存和使用产生威胁。这是一个巨大的环境问题和忧患。我们希望使用机器人建造和3D扫描技术，将常规建造条件下由于几何形状不规则而无法被使用的白蜡木利用起来。有了这种特殊的技术，就不需要形状完全规则的“方形”原木了，这就是我们决定保留木材所有原始边缘的原因。因此，建造出来的木质外墙体现了天然/有机材料与高精度的建造工艺之间的相互作用，整个建筑都在这种技术的有机叙事中运作。

PP：“构造关节”的概念特别有趣，因为3D打印技术通常是依靠添加单一复合材料来进行加工的。你们能告诉我们更多关于这个概念的信息，并解释你们是如何设计和生产这些材料间的“连接件”的吗？

HO：建筑中主要有两个构造体系——3D打印的混凝土和木质外壳。我们特意将建筑设计为混合的材料体系，以便我们可以在不同体系间的相互作用中实现空间和构造的复杂性。例如，3D打印的支柱和底座在整个连接体系中以独立的构件呈现，这消解了混凝土构件的体积，并强调了从水平体系到垂直体系的过渡：根据3D打印的建造逻辑，所有混凝土都是水平条纹的，而木材是垂直条纹，这样两种构造体系的差异被凸显出来，这种策略参考了当地传统谷仓的建造技艺。分开来看这两个体系，它们都以更细微的方式表达着各自的构造逻辑。例如，3D打印的混凝土底板装饰面是建造过程的直观体现。再如，入口门上的立面木材轻轻向外剥离，形成一个巨大的门把手。除了主要体系的两种用材——白蜡木和3D打印混凝土外，我们还使用了“常规”材料，如用于黑色窗框的胶合板或用于直纹屋顶的木托梁。

3D机器人建造，Ashen小屋 / HANNAH Office - 26 的图像 26 — © Andy Chen

PP：你们能告诉我们更多关于高精度3D扫描建造技术的信息及其在这个特定项目中的作用吗？

HO：10棵感染翡翠灰螟（EAB）、保持自然几何形状的白蜡树被用于建造Ashen小屋。我们获取了康奈尔阿诺特森林（Cornell Arnot Forest）中典型白蜡树的横截面，其中一些是直的，一些是弯的。我们的研究团队使用手持式扫描仪生成所有白蜡原木的数字信息，这些信息之后将结合可用的材料和几何形状用于校准我们的初始设计。初始设计过程完成后，我们使用3D扫描对放置在机器人面前用于建造的原木进行索引。随后，我们对机器人的刀具路径进行了调整，使数字模型与物理现实相匹配。3D扫描使得我们能够使用机器人设备精确地切割和处理不规则几何形状的原木。

3D机器人建造，Ashen小屋 / HANNAH Office - 11 的图像 26 — Courtesy of HANNAH

3D机器人建造，Ashen小屋 / HANNAH Office - 10 的图像 26 — © Andy Chen

PP：建造这座住宅花了多长时间？与类似的传统房屋的建造相比，你们认为它有哪些积极效益？

HO：在一个专门团队的帮助下，我们花了两个夏天设计和建造Ashen小屋。2017年，第一个夏天，我们准备了施工现场，然后主要设计和建造小屋的混凝土部分。2019年夏天，我们为小屋设计并建造了木质外壳。Ashen小屋是一个实验性原型，我们不是专业的建造师，因此很难将它与传统建造项目相比较。但是，我们的确相信这类项目的原型具有潜在的创新和发展空间。它为由翡翠灰螟侵扰引起的生态问题提供了一种可行的解决方案，并为设计、可持续性和新技术的结合开拓了一条独特的道路。