你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)3D打印，也可能見(jiàn)過(guò)很多用3D打印技術(shù)做的作品。但我們所知道的數(shù)字設(shè)計(jì)對(duì)各行各業(yè)的影響可能只是冰山一角——其發(fā)展之快令人驚嘆。
最近，開(kāi)學(xué)典禮在建筑與城市規(guī)劃學(xué)院舉行上海在“數(shù)字未來(lái)”系列活動(dòng)中，一系列關(guān)于數(shù)字設(shè)計(jì)與構(gòu)建的前沿實(shí)驗(yàn)成果吸引了眾多師生的關(guān)注。
我們來(lái)看看這個(gè)——同濟(jì)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院門(mén)口豎立的最新一座橋，是世界上第一組由3D打印完成的人行橋，跨度分別為4米和11米。
據(jù)悉，本次活動(dòng)以“可視化與物化”為主題，也是同濟(jì)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院的夏令營(yíng)活動(dòng)，包括開(kāi)放日參觀(guān)、建筑工作營(yíng)、圖形思維與數(shù)字建筑論壇、建筑工作營(yíng)成果展示四個(gè)部分。
建筑與城市規(guī)劃學(xué)院袁峰教授介紹，今年的活動(dòng)不僅邀請(qǐng)了來(lái)自全球高校的8位優(yōu)秀導(dǎo)師，還由8臺(tái)機(jī)器人、2臺(tái)CNC計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、5架無(wú)人機(jī)、UWB室內(nèi)定位設(shè)備、熱像儀和數(shù)臺(tái)3D打印機(jī)提供支持。受邀參加今年暑期夏令營(yíng)的146名學(xué)生是從前期報(bào)名的300多名學(xué)生中選拔出來(lái)的。他們來(lái)自國(guó)內(nèi)外55所高校，12個(gè)建筑設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)。其中留學(xué)生包括SCI-ARC、AA、加州大學(xué)伯克利分校、倫敦大學(xué)學(xué)院、羅德島設(shè)計(jì)學(xué)院、愛(ài)丁堡大學(xué)、康奈爾大學(xué)等。，而國(guó)內(nèi)院校則來(lái)自同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、東南大學(xué)、華南理工大學(xué)等院校。
袁峰表示，本次夏令營(yíng)的一個(gè)重要目標(biāo)是共同探討數(shù)字化未來(lái)的可能走向。對(duì)于建筑、結(jié)構(gòu)工程、材料科學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科來(lái)說(shuō)，是時(shí)候讓我們一起思考，討論一下在這個(gè)戲劇性的時(shí)代，學(xué)科的邊界和發(fā)展了。
數(shù)字化的未來(lái)是什么？在這次夏令營(yíng)中，國(guó)內(nèi)外建筑領(lǐng)域的師生帶來(lái)了他們的成果——
1、犀牛金庫(kù)
這個(gè)小組的工作營(yíng)是由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的菲利普布洛克研究小組和扎哈？哈迪德數(shù)字設(shè)計(jì)研究小組聯(lián)合教學(xué)。基于機(jī)器人3D泥塑打印，對(duì)結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行建模，轉(zhuǎn)換成打印路徑，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)體構(gòu)建。打印的拱石組件將用于建造更大的拱結(jié)構(gòu)。學(xué)生使用RhinoVAULT插件尋找形狀并優(yōu)化結(jié)構(gòu)，同時(shí)操作3D粘土打印和燒制，最終組裝出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的足弓裝置。
2、機(jī)器人木工縫紉
這個(gè)小組討論了基于機(jī)器人的木材縫紉數(shù)字化技術(shù)，將平面膠合板直接連接起來(lái)，通過(guò)縫紉形成復(fù)雜的三維自由形狀。基于機(jī)器人木材縫紉技術(shù)的木材彈性彎曲縫紉三種研究并行進(jìn)行:個(gè)別學(xué)生通過(guò)探索紡織圖案和紡織工藝，創(chuàng)建一個(gè)薄片材料的材料體系，并希望將其擴(kuò)展到木材等更厚的材料。在個(gè)人研究的基礎(chǔ)上，學(xué)生分成小組，選擇一些材料系統(tǒng)的原型進(jìn)行更大規(guī)模的材料實(shí)驗(yàn)，從而創(chuàng)造出一種可以創(chuàng)造封閉單元的建造策略，以期在建筑尺度上進(jìn)行建造。最后，木材的大規(guī)模建造模型全面展示了木材縫紉系統(tǒng)的性能，為機(jī)器人自動(dòng)縫紉系統(tǒng)做了很好的實(shí)證研究。
3.3D打印的身體架構(gòu)
對(duì)身體與建筑關(guān)系的研究由來(lái)已久。在維特魯威之前，人們?cè)噲D將建筑的比例與人體的尺寸聯(lián)系起來(lái)，現(xiàn)代人體與建筑的關(guān)系已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)有趣的地步:建筑師涉足時(shí)尚，設(shè)計(jì)出一些精致的3D打印衣服。
工作營(yíng)強(qiáng)調(diào)了兩個(gè)初始問(wèn)題。首先，通過(guò)研究自然模式——如生長(zhǎng)、分枝和填充——我們將學(xué)習(xí)自然界的動(dòng)態(tài)表達(dá)。學(xué)生可以生成受生物學(xué)啟發(fā)的圖案，學(xué)習(xí)這些幾何圖形背后的意圖是理解動(dòng)態(tài)的物質(zhì)表達(dá)，如線(xiàn)性或曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；其次，將人體如皮膚張力、肌肉運(yùn)動(dòng)、受力分布等作為這類(lèi)研究?jī)?nèi)容，嘗試將生物學(xué)啟發(fā)的幾何模型與人體表現(xiàn)相結(jié)合。最終，人們關(guān)注的目標(biāo)是3D打印過(guò)程，來(lái)設(shè)計(jì)和打印“身體建筑”——3D打印外套將與人體的肌肉和動(dòng)作相關(guān)聯(lián)，尼龍SLS材料打印技術(shù)將用于生產(chǎn)堅(jiān)硬的物體。
4.無(wú)人機(jī)群誘發(fā)的城市環(huán)境。
借助無(wú)人機(jī)群攜帶的傳感器，在城市上空探測(cè)和構(gòu)建城市的數(shù)字環(huán)境；通過(guò)大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，可以把無(wú)人機(jī)群體變成一個(gè)“智能”的團(tuán)隊(duì)，可以為我們傳遞全新的時(shí)空信息；從中可以了解到很多影響城市空間的參數(shù)，如建筑形態(tài)、植被、地形變化、小氣候等，這些都是日常視角無(wú)法感知的。最后，利用可視化技術(shù)和工具，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行藝術(shù)化翻譯，將城市環(huán)境映射為建筑設(shè)計(jì)、藝術(shù)創(chuàng)作和視覺(jué)表達(dá)。
5、超薄紙板大跨度建筑
利用超薄板搭建了一個(gè)小型殼體，用于探討和研究一種新的以材料結(jié)構(gòu)性能為目標(biāo)的殼體結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方法。通過(guò)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)過(guò)程，學(xué)生學(xué)習(xí)殼體找形理論和軟件模擬過(guò)程。同時(shí)通過(guò)施工的過(guò)程，完成對(duì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的理解和設(shè)計(jì)優(yōu)化。
6、數(shù)字折紙編程
參數(shù)化折紙將復(fù)雜的幾何形狀和空間變量進(jìn)行合成、變換和變形，從而對(duì)空間表達(dá)進(jìn)行新的嘗試，最終的結(jié)果是一個(gè)大型的空間薄板折疊裝置。這項(xiàng)研究將復(fù)雜幾何形狀的各種變化屬性與物理模型結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生的空間想象力，并在紙張的幫助下創(chuàng)造新的形式語(yǔ)言。
7.從詩(shī)歌到場(chǎng)所的轉(zhuǎn)變。
隨著VR技術(shù)在我們生活中的深入，建筑師對(duì)VR也會(huì)有不同的想法。在這里，通過(guò)一種文本摘要的可視化翻譯——詩(shī)歌，為創(chuàng)作者提供了探索VR意義的各種可能性。這里的場(chǎng)所包含了空間和活動(dòng)于其中的人，可以用來(lái)詳細(xì)描述詩(shī)歌的意境，也可以只是配合這種意境的表達(dá)，甚至可以表達(dá)對(duì)意境的不同看法...工作營(yíng)分為2-3組，每組完成一組詩(shī)詞和場(chǎng)所的翻譯設(shè)計(jì)，包括模型制作、空間搭建、人物表演拍攝等。通過(guò)這種在虛擬空間中的創(chuàng)作過(guò)程，我們暫時(shí)放下了對(duì)建筑材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等因素的束縛，試圖完全通過(guò)場(chǎng)所感來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)意圖， 使其成果能像任何藝術(shù)作品一樣被欣賞，用詩(shī)歌的力量觸動(dòng)體驗(yàn)者的心弦。
8、風(fēng)洞可視化
工作營(yíng)的目的是探索在建筑設(shè)計(jì)的初始階段，利用物理風(fēng)洞和AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))工具探索建筑形態(tài)的可能性，讓環(huán)境表現(xiàn)成為城市和建筑形態(tài)的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。
在物化上，以風(fēng)洞作為風(fēng)環(huán)境的主要模擬工具，完成建筑形態(tài)的研究和概念設(shè)計(jì)，使風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)與建筑主體形態(tài)之間產(chǎn)生互動(dòng)和反饋，在考慮舒適風(fēng)速和溫度的條件下，得到最終的建筑幾何形態(tài)。在可視化方面，利用不同的工具對(duì)風(fēng)這一無(wú)形元素進(jìn)行研究，研究結(jié)果體現(xiàn)在建筑形態(tài)的調(diào)整和設(shè)計(jì)上:在物理方面，利用煙霧可視化工具觀(guān)察建筑周?chē)牧鲃?dòng)痕跡；數(shù)字方面，基于CFD的計(jì)算結(jié)果，建立一個(gè)帶有AR技術(shù)的APP，通過(guò)攝像頭觀(guān)察氣流帶來(lái)的不同效果。
9、行為可視化
行為可視化是通過(guò)數(shù)字化技術(shù)采集建筑空間中人的行為數(shù)據(jù)，并與空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配分析，最終檢測(cè)和驗(yàn)證空間與行為共生關(guān)系的建筑研究方法。借助數(shù)字化技術(shù)，可以準(zhǔn)確、全面地收集行為數(shù)據(jù)信息，建立基于大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析和可視化呈現(xiàn)，為微觀(guān)層面的單體建筑設(shè)計(jì)和整改提供方法參考。
10.機(jī)器人3D打印
機(jī)器人平臺(tái)為3D打印技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)提供了新的可能性。該機(jī)器人極大地?cái)U(kuò)展了將3D打印技術(shù)應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的可行性，無(wú)論是規(guī)模打印還是復(fù)雜系統(tǒng)打印。工作營(yíng)以傳統(tǒng)的三維打印原理為基礎(chǔ)，結(jié)合結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)，探索建筑規(guī)模的三維打印的可能性和可行性。通過(guò)機(jī)器人3D打印實(shí)現(xiàn)了定制單元的量產(chǎn)，通過(guò)搭建定制的3D打印模塊完成了跨度為4米和11米的兩座3D打印橋梁，驗(yàn)證了3D打印建筑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可靠性。
11、機(jī)器人木結(jié)構(gòu)
探索“結(jié)構(gòu)幾何”設(shè)計(jì)方法在木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以建筑機(jī)器人為工具，探索木結(jié)構(gòu)建筑的機(jī)器人數(shù)字化施工技術(shù)。工作坊以木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)原型為基礎(chǔ)，探討“后期成型”木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在自由曲面形態(tài)中的應(yīng)用潛力。首先在設(shè)計(jì)平臺(tái)上對(duì)自由曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的找形進(jìn)行仿真優(yōu)化，然后通過(guò)結(jié)構(gòu)性能仿真優(yōu)化網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸，利用機(jī)器人施工工具實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的大批量定制生產(chǎn)。
這一次”上?！皵?shù)字未來(lái)”展覽將持續(xù)到今年9月30日，各界人士均可參觀(guān)同濟(jì)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院。歡迎大家來(lái)參觀(guān)~