2017年，同濟(jì)大學(xué)協(xié)同“創(chuàng)盟國際&一造科技”，首次運用MP（Modified Plastic，改性塑料）材料，在中國上海臨港新城實現(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特的優(yōu)勢，是非常具有潛力的建筑三維打印技術(shù)方案。

“云亭”項目旨在將建筑結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計技術(shù)與機器人建造結(jié)合，并用高度集成的方式完成并展示出來?！霸仆ぁ钡脑O(shè)計，運用基于結(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，在設(shè)計的過程中充分考慮了如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)單元的機器人空間打印。

整個網(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)在機器人空間打印技術(shù)的支持下?lián)碛凶銐虻目尚行?。基于?shù)字設(shè)計與機器人建造技術(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。

由機器人空間打印工藝制作成的大型展品的建造重點主要在對抽象建筑造型實現(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度上有優(yōu)勢，但材料消耗量相對較大，自重較大的劣勢也同時存在。因而此次同濟(jì)大學(xué)對“云亭”的打印，是在進(jìn)一步研究中實現(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，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)計階段還會面臨許多結(jié)構(gòu)問題。設(shè)計團(tuán)隊不滿足于空間打印的這個現(xiàn)狀，希望尋找一種新的機器人空間打印工藝，以實現(xiàn)建筑形態(tài)與結(jié)構(gòu)性能完美融合的一體化設(shè)計。設(shè)計對亭子的三維曲面進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，從而在設(shè)計初期使建筑結(jié)構(gòu)性能得到了充分的考量。

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

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