上海驚現(xiàn)6米高3D打印藝術(shù)建筑“落云亭”：6軸機(jī)械臂21天完工

隨著天氣逐漸轉(zhuǎn)寒，上海臨港新城也有一些大動(dòng)作。近日，臨港的滴水湖畔不僅迎來(lái)了一大群來(lái)自世界各地的友人，還多了3座造型各異而又不同尋常的試驗(yàn)性小展亭。原來(lái)這都是為了11月4日“當(dāng)建筑對(duì)話公共空間”國(guó)際論壇暨2017上海城市空間藝術(shù)季臨港聯(lián)合展開幕儀式做的充足準(zhǔn)備。該聯(lián)合展吸引了一批批來(lái)自世界各地建筑界、文化界、藝術(shù)界的大師及專家匯聚于此�！巴ㄟ^(guò)將公共藝術(shù)有機(jī)的引入到區(qū)域空間布局中，為臨港地區(qū)注入藝術(shù)元素，建造一個(gè)更加廣泛和開放的平臺(tái)，激活臨港新城空間，提升城市空間的品質(zhì)和活力”。

港城廣場(chǎng)展示中心旁的這三座展亭包括：創(chuàng)盟國(guó)際&一造科技帶來(lái)的“云亭”，直造建筑事務(wù)所的“柔物”，以及來(lái)自潤(rùn)•建筑工作室的“林泉高致集”。其中的“云亭”是同濟(jì)大學(xué)協(xié)同“創(chuàng)盟國(guó)際&一造科技”首次運(yùn)用MP材料實(shí)現(xiàn)的整體3D打印結(jié)構(gòu)性能化展亭，尺寸為11米 x 11米 x 6米。

▼舞者在云亭

“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(lái)。它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)，體現(xiàn)了建筑三維打印技術(shù)方案極大的潛力。“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(guò)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(guò)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。

路人甲
這個(gè)看著挺酷的，什么做的呀？
揭秘一：“云亭”所使用的原材料為加入特殊纖維的熱塑性高分子材料，具有強(qiáng)度高、韌性好、易于加工等突出優(yōu)點(diǎn)。簡(jiǎn)而言之，大家可以把它當(dāng)成是一種改良版的特殊塑料。

路人乙
這個(gè)東西是怎么做的呢？完全想象不出來(lái)
揭秘二：簡(jiǎn)單點(diǎn)的版本，直接就是“3D打印”四個(gè)大字，詳細(xì)點(diǎn)說(shuō)的話，“云亭”是由6軸機(jī)器臂通過(guò)空間打印加工而成。
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��；�于�?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。

▼“云亭”模型渲染俯瞰圖

▼“云亭”模型渲染透視圖

▼“云亭”初建圖

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(guò)特定的編程語(yǔ)言生成最有效的空間網(wǎng)格來(lái)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。今年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)。

▼“云亭”之下

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(guò)大且前端懸挑過(guò)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(wèn)題。本設(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)。本設(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。

▼“云亭”內(nèi)景體驗(yàn)

由于空間打印對(duì)擠出頭的出料速度有嚴(yán)格控制，這使得空間打印速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于層積打印。本案加工時(shí)長(zhǎng)為500小時(shí)，兩套機(jī)器人裝備耗時(shí)共計(jì)21天。

在未來(lái)，這種機(jī)器人空間打印技術(shù)將在建筑復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)、異形模板、形體快速找形等方面擁有廣闊應(yīng)用前景。下一步研發(fā)團(tuán)隊(duì)將在材料和工藝的深化和完善以及配套工藝的研發(fā)方面進(jìn)行進(jìn)一步的探索，將建筑大尺度空間打印技術(shù)推向更為可靠和廣泛的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

▼“云亭”建成實(shí)景，finished Cloud Pavilion

▼云亭夜景

數(shù)字設(shè)計(jì)與建造團(tuán)隊(duì)：同濟(jì)大學(xué),創(chuàng)盟國(guó)際+一造科技
地點(diǎn)：上海市浦東新區(qū)臨港新城港城廣場(chǎng)（環(huán)湖西路88號(hào)）
尺寸：11米 x 11米 x 6米
設(shè)計(jì)時(shí)間：2017年7月-2017年8月
建造時(shí)間：2017年9月-2017年10月
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)
主持設(shè)計(jì)師：袁烽
概念設(shè)計(jì)：袁烽、韓力、高偉哲
結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)：陳哲文、柴華、王錦、沈煒
數(shù)字建造：張立名、和四忠、代世龍、陳哲文
攝影：陳顥 林邊 林鈺瓊

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