同济架设全球第一组3D打印步行桥，“上海数字未来”展窥见数字设计未来！
来源：文汇报
时间：2017-07-05 浏览：
你可能已经听说过3D打印，也可能看过不少通过3D打印技术完成的作品。但对于数字设计给各行各业带来的冲击，我们知道的或许还只是冰山一角——她的发展速度之快，让人瞠目。
近日，在同济大学建筑与城市规划学院举办开幕的“上海数字未来”系列活动中，一场场关于数字设计与建造的前沿实验成果展示，吸引了很多师生的眼球。
先看这里——于同济建筑城规学院门口最新架设的一座桥梁，是全球第一组用3D打印完成的步行桥，跨度分别为4米和11米。
据悉，此次活动以“可视化与物质化”为主题，同时也是同济建筑城规学院的暑期夏令营活动，具体包含开放日参观、建造工作营、图解思维与数字建造论坛以及建造工作营成果展四个部分。
同济大学建筑与城市规划学院袁烽教授介绍，今年的活动不仅邀请到了来自全球高校的8位优秀的导师，还有8台机器人、2台CNC计算机数字控制机床、5台无人机、UWB室内定位设备、热成像仪和多台3D打印机的设备支持。而受邀参加今年暑期夏令营的146名学生，则是从前期300多位报名的学生中遴选出来的，他们来自国内外55所高校以及12所建筑设计机构。其中，国际学员包括来自南加州建筑学院(SCI-ARC)、建筑联盟学院(AA)、加州大学伯克利分校、伦敦大学学院、美国罗德岛设计学院、爱丁堡大学、康奈尔大学等，而国内学院则来自同济大学、清华大学、东南大学、华南理工大学等院校。
袁烽说，今年暑期夏令营的一个重要目标，是共同讨论数字化未来的可能方向。“对于建筑学、结构工程学、材料学等传统学科来说，在这个激变的时代，我们是时候来共同思考、探讨一下学科的边界与发展”。
数字化的未来，究竟是怎样的未来？在此次的暑期夏令营，海内外建筑学界的师生们带来了他们的成果——
1、Rhino VAULT
本组工作营由苏黎世联邦理工学院（ETH）Philippe Block研究组与扎哈•哈迪德数字设计研究小组联合教学。以机器人3D黏土打印为基础，从结构信息建模，转换为打印路径，最终实现实体建造，打印完成的拱石组件将用于搭建成更大的拱形结构。学生使用RhinoVAULT插件来找形与结构优化分析，同时操作3D陶土打印与烧制，最终组装成结构优化的拱形装置。
2、机器人木缝纫
本组工作营探讨了基于机器人木材缝合的数字化工艺，通过缝纫将平面胶合板直接连接形成复杂的三维自由形状。三种基于机器人木缝纫技术开展的木材弹性弯曲缝合的研究被平行地进行：学生个体通过探索纺织图案和与纺织技术，创建了薄片材料的材料系统，并期望可以将其扩展到如木材之类的更厚的材料之上。在个体研究的基础上，学生分团队选择了一些材料系统原型来进行更大尺度的材料实验，以创建能够创建封闭单元体的构造策略，以期在建筑尺度进行建造。最终，木材建成的大尺度的建构范本，全面展示了木缝纫系统的性能，并为机器人自动化缝制系统做了很好的实证研究。
3、3D打印的身体建筑学
关于身体和建筑的关系研究已有悠久的历史，从维特鲁威之前人们就尝试着把建筑比例与人体尺度进行关联，到了现代身体与建筑的关系已经发展到有趣的地步：建筑师们涉足时尚界，设计一些精美的3D打印服饰。
工作营强调两个初始问题。第一个是通过研究自然模式—例如生长、生枝，以及填充等—我们将会在自然中学习动态的表现方式。学生能够生成来自于生物启发下的模式，学习这些几何的背后的用意是为了能够理解动态的材料表现方式，如直线或者曲线运动；第二，将人体例如皮肤张力、肌肉运动、力的分配等作为这类形式的研究内容，尝试把生物启发下的几何模式与人体性能表现进行结合。最终，关注的目标是3D打印过程，去设计以及打印“身体建筑”——3D打印大衣将会与人体的肌肉与运动进行关联，使用尼龙SLS材料打印技术生产硬性的物件。
4、无人机群感应的城市环境
借助无人机群搭载的传感器，在城市上空对城市进行数字环境的检测和建设；通过大数据学习可以将无人机群变成一个有“智能”的团队，为我们传达全新的时空信息；由此我们可以了解到诸多以日常视角无法感知到的影响城市空间的参数，例如建筑形态，植被，地形变化以及微气候等。最后利用可视化技术和工具，把原始数据进行艺术的转译，将城市环境映射到建筑设计，艺术创作以及视觉表达中。
5、超薄纸板大跨建构
利用超薄板材建造一个小型的壳体，用来探讨和研究一种新的针对材料结构性能的壳体结构概念设计方法。通过学习设计过程，教授学员壳体找形的理论及软件模拟过程。同时，通过建造的过程，完成对于结构细部构造的理解和设计优化。
6、数字化折纸编程
参数化折纸将复杂的几何形与空间变量进行综合、转化、变形，从而对空间表达进行新的尝试，最终成果为大尺度空间薄板折叠装置。该研究把复杂几何形式的各种变化属性与实物模型相结合，激发学生的空间想象力，借助纸这一媒介，创造新的形式语言。
7、虚拟现实：从诗歌到场所的转换
随着VR技术不断深入我们的生活，建筑师也会有关于VR的不同想法，在这里，通过一个对文字抽象体—诗歌的可视化场所转译，为创作者提供多种探索VR意义的可能。这里的场所包含空间与其中活动的人，它可以用来详细描述诗歌的意境，或者只是配合这种意境的表达，甚或表达对于意境的不同看法……工作营以2-3个小组为单位，每个小组完成一组诗歌与场所的转译设计，包括模型制作、空间搭建、人物表演摄制。通过在虚拟空间的这一创作过程，在暂时放下建筑材料、构造、结构等因素的束缚厚，尝试完全通过场所感去表达设计用意，使得成果可以像任何一件艺术品那样被欣赏，并借由诗歌的力量来触动体验者的心弦。
8、风洞可视化
工作营旨在探讨在建筑设计初期阶段运用物理风洞及AR(增强现实)工具探索建筑形体的可能性，使环境性能成为城市与建筑生形的驱动参数。
在物质化方面，利用风洞作为风环境的主要模拟工具，完成建筑形态的研究及概念设计，使风环境数据和建筑主体形体之间产生互动与反馈，在考虑舒适风速及温度的条件下，获取最终的建筑几何形态。在可视化方面，利用不同的工具对风这一不可见的要素进行研究，并将结果反映在建筑形体的调整与设计上：在物理方面，运用烟雾可视化工具，观察建筑周围的流迹线；在数字方面，基于CFD 的计算结果，建立具有 AR 技术的 APP，通过摄像头观察空气流动带来的不同影响。
9、行为可视化
行为可视化是通过数字技术采集建筑空间中人的行为数据，并将其与空间结构进行匹配与分析，最终检测并验证空间与行为共生关系的建筑学研究方法。在数字技术的辅助下，行为数据信息得以准确而全面的收集，基于大数据而建立系统的统计分析与可视化呈现，为微观层面的建筑单体设计与整改提供方法借鉴。
10、机器人3D打印
机器人平台为三维打印技术的发展与实现提供了新的可能性，无论是尺度上还是复杂系统打印上，机器人使得将三维打印技术应用于建筑领域的可行性被大大拓展。工作营基于传统三维打印的原理，结合结构性能化设计来探索建筑尺度三维打印的可能性与可行性。利用机器人三维打印实现定制单元的批量化生产，通过定制三维打印模块砌筑的方式完成两件三维打印桥梁，跨度分别为 4 米和 11 米，验证三维打印建筑产品的结构稳定性与可靠性。
11、机器人木构
这里探索的是“结构几何”的设计方法在木构建筑设计中的应用，并以建筑机器人为工具，探索木构建筑的机器人数字建造工艺。工作营以木网壳结构为原型，探索“后期成形”的木网壳结构在自由曲面形式中的应用潜力。研究首先在设计平台上对自由曲面网壳结构的找形进行模拟与优化，然后通过结构性能模拟对网壳结构的构件尺寸进行优化，并利用机器人建造工具实现结构构件的批量定制生产。
此次的“上海数字未来”展览将持续到今年9月30日，社会各界人士都可前往同济建筑城规学院参观。欢迎大家来参观~
（记者：樊丽萍）
