2017年，同濟(jì)大學(xué)協(xié)同“創(chuàng)盟國(guó)際&一造科技”，首次運(yùn)用MP（Modified Plastic，改性塑料）材料，在中國(guó)上海臨港新城實(shí)現(xiàn)了整體3D打印的結(jié)構(gòu)性能化展亭——“云亭”，并順利落成。“云亭”采用大尺度空間打印的方式進(jìn)行建造，將形體抽象為空間網(wǎng)格，再進(jìn)行網(wǎng)格打印建造，其在大尺度打印效率和結(jié)構(gòu)性能集成方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是非常具有潛力的建筑三維打印技術(shù)方案。

“云亭”項(xiàng)目旨在將建筑結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)技術(shù)與機(jī)器人建造結(jié)合，并用高度集成的方式完成并展示出來。“云亭”的設(shè)計(jì)，運(yùn)用基于結(jié)構(gòu)性能分析的拓?fù)鋬?yōu)化算法，通過結(jié)構(gòu)性能化技術(shù)生成建筑形式，然后將應(yīng)力分布轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)格系統(tǒng)，從而得到變密度的網(wǎng)格形式。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中充分考慮了如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)單元的機(jī)器人空間打印。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)原型單元系統(tǒng)包含疏密不同的五種單元路徑，密集的單元主要用以承受自重荷載，稀疏的單元主要起到覆蓋作用，使得看似復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在機(jī)器人空間打印技術(shù)的支持下?lián)碛凶銐虻目尚行浴；跀?shù)字設(shè)計(jì)與機(jī)器人建造技術(shù)的支持，“云亭”展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性能化分析技術(shù)與建筑形式美學(xué)的充分融合。

由機(jī)器人空間打印工藝制作成的大型展品的建造重點(diǎn)主要在對(duì)抽象建筑造型實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理的“物質(zhì)化”建造，即通過特定的編程語言生成最有效的空間網(wǎng)格來實(shí)現(xiàn)連續(xù)建造，力求做到整體結(jié)構(gòu)最輕、用材最省，大幅度提升了建造效率且節(jié)省了可觀的材料開支。2017年7月，同濟(jì)大學(xué)完成14米跨度MP三維打印步行橋，使用層積式三維打印的技術(shù)方案。層積式三維打印方案在整體強(qiáng)度上有優(yōu)勢(shì)，但材料消耗量相對(duì)較大，自重較大的劣勢(shì)也同時(shí)存在。因而此次同濟(jì)大學(xué)對(duì)“云亭”的打印，是在進(jìn)一步研究中實(shí)現(xiàn)了更加結(jié)構(gòu)高效合節(jié)材的目標(biāo)。

亭子的幾何原型選定為長(zhǎng)度11米、寬度11米、高度約6.0米的復(fù)雜曲面，由于該曲面部分區(qū)域的曲率過大且前端懸挑過長(zhǎng)，傳統(tǒng)的均質(zhì)化空間打印法難以打印出這一形態(tài)，另外，如此大尺度的構(gòu)件在設(shè)計(jì)階段還會(huì)面臨許多結(jié)構(gòu)問題。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不滿足于空間打印的這個(gè)現(xiàn)狀，希望尋找一種新的機(jī)器人空間打印工藝，以實(shí)現(xiàn)建筑形態(tài)與結(jié)構(gòu)性能完美融合的一體化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)對(duì)亭子的三維曲面進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，從而在設(shè)計(jì)初期使建筑結(jié)構(gòu)性能得到了充分的考量。

綜合考慮機(jī)器人作業(yè)空間尺寸及適宜的手工操作范圍，亭子被劃分為35塊，每塊的長(zhǎng)度范圍在5-7m，高度范圍在1.5-2.5m，并由KUKA機(jī)器人進(jìn)行空間打印加工而成。當(dāng)遇到個(gè)別曲面曲率過大時(shí)，該塊還會(huì)被細(xì)分為更小的尺寸以滿足機(jī)器人空間打印的作業(yè)要求。

來源：同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

本文轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)：同濟(jì)大學(xué)