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算法时代的知识型工作报告-事务所与数字工厂

楼主:FabUnion 时间:2020-11-08 14:31:18



事务所与
数字工厂

算法时代的知识型工作报告

过去的倏忽十年,是中国建筑业的黄金十年。在这十年中,我们经历了中国建筑疯狂的速度与高度。

而今,建筑热潮逐渐趋于冷静;与此同时,传统建筑设计流程的弊端开始显现——建筑材料和人工建造的高成本以及建筑管理的长周期严重制约着建筑全生命周期的可持续发展。我们可能要停下脚步问问自己,怎样才能不重蹈覆辙而创造新的工作方式?

21世纪,人类正在进入一个信息技术、生物技术、新能源技术、新材料技术交叉融合,技术环境和基础设施不断深化的“数字化进步与组合式创新”的新时代。随着数控加工、3D打印、机械臂等数字技术的介入,集创意性、生产性、服务性于一体的建筑事务所必将朝着分布式、协同化和横向规模化的方向发展,建筑设计与建造的过程将以超乎想象的速度完成“零边际成本模式”的转型。

本期FabUnion将聚焦新环境下建筑事务所对创新型模式的探索。这些事务所在追求设计创新的同时推动着数字化建造技术的进步,在设计与技术相互优化的过程中实现社会利益最大化的良性循环。由此可见,算法时代下,扁平、协同、跨界、高效的设计事务所已初见原型。


设计优化智囊团——CASE


非标准服务域

CASE是专注于项目优化管理建筑信息咨询类事务所,不同背景的人才在此构成强大的智囊团——建筑师、工程师、软件开发师、建造师、工程与运营管理者以及教育家。CASE存在于建筑与数字技术交错的领域,他们认为“明日的建筑业远非今日之景”。CASE希冀融合团队成员在不同领域的工作经验,用数字技术改进建筑设计、建造和管理的方式。作为集成数字技术和BIM行业的领导者,CASE推动了整个建筑业认识、执行、管理先进技术与商业实践,提升了设计过程中协调、沟通与合作的效率。

传统设计事务所的服务范围也许是这样的——前期研究、策略制定、概念设计、深化设计、技术资料以及项目评估。而CASE的服务可以说是非标准的、定制化的:


这是PARA在纽约现代艺术博物馆PS1青年建筑师竞赛中的最后竞选作品——博物馆前院的临时装置。CASE为该作品提供了几何生形与优化的服务。PARA的设计,题为“激化器(Stimulator)”,旨在变废为宝。废木料堆叠而成的装置,木材间未使用任何机械固件,仅通过尼龙绳捆绑加固,木材得以回收再利用。为减少现场切割木材造成的浪费,CASE编写了一套定制的自动化工具,这一工具可以确保所需木材都是标准长度。这一工具帮助PARA在对其设计进行迭代更新的同时迅速生成了精确的建筑模型,为后续的文案、评估以及结构分析提供了便利。CASE着眼于建筑设计、建造、管理流程中通常为设计师和管理者忽视的重要技术环节,专注研究如何合理制定建筑设计目标和流程,如何运用数字技术优化设计过程,从实际项目和市场出发,思考一个项目怎样完美落地。

设计方法的颠覆——SHoP


SHoP建筑师事务所的理念

SHoP建筑师事务所近年来持续在建筑界发声。自1996年起,SHoP就颠覆传统的设计方法,尝试塑造新的设计范式。SHoP事务所乐于挑战已被社会认同的建筑实践方法,勇于在必要时突破建筑师的传统职能。SHoP以特定的开放思维、专业团队和协同过程去迎接每一个项目,他们的一个个实践作品——Uber美国总部办公楼、巴克莱中心球馆、穆尔贝利公寓、跳舞塔、曼哈顿东河水滨公园等,堂而皇之地证明,智能、隽永和迷人的建筑可以通过SHoP的数字化新方式被设计与建造。

巴克莱中心球馆


穆尔贝利公寓

预制模块化设计方法

受航空业的启发,在SHoP的早期实践中,就曾尝试运用模块化的设计方法。例如现代艺术博物馆P.S.1中,在预算有限的前提下,运用切片法,将每一个截面打在1米乘7米的纸上,并一段段将整个项目拼合完成。

而今,SHoP正在尝试更大胆的实践——模块化预制高楼。含有363个单元,32层的B2大厦一旦建成——它可能将彻底颠覆高楼的建造方式。


这张图解展示出世界最高的模块化建筑的建造过程。其930个部件是在工厂生产线上建造完成的,随即,这些模块被装在平板卡车上,运至建造现场,用吊车摆放到固定位置。

B2大厦结构图解


模块的施工顺序

等待运输进厂的模块框架,当所有部件组合成型后,金属框架成为整栋建筑的支撑骨架

装配线第一步:安装室内墙体和石膏板框架

模块中的室内楼梯


重部件经由吊车组装。模块置于地面意味着减少高空作业,降低安全事故的发生率


墙体金属框架在此处制作,随即被运输至模块组装


三角形的转角模块,各种异形模块将叠合成完整的公寓


零件存放于近处随手可得,而在摩天楼现场施工时则补充零件相对困难

模块内一体化厕所安装

组装完毕准备运往现场的模块,闪亮的黑色板材则构成了B2的外立面

100余名工人在硕大的数字工厂内工作

运输出厂

现场吊装

生产力达到巅峰之时,工厂一周可生产出建造一层楼所需的模块,便于快速组装。对开发商来说,最令人满意的是项目的耗资。事实上,惯用的建筑建造方式效率并不高,通过降低人力支出和节省时间,模块化建造可减少10%至20%的成本,节省下的费用可协助解决最急迫的政治问题,用于建更多经济适用房。

以模型为导向的设计方法

SHoP Architects新成立的分公司SHoP Construction(SC),主要用于管理数字建造过程,更好地利用现有的、即将有的先进技术,用各种不同的数字化工具更好地完成项目。SHoP Architects和SHoP Construction在设计与建造雷德胡克一座4层高的模块化建筑时,借助3D EXPERIENCE的云平台实现以三维模型为导向创新协同设计

3D EXPERIENCE平台提供现有和新兴产业/用户需求为导向的解决方案,包括:基于CATIA 概念创意设计、机械设计解决方案;DELMIA 装配规划和铣床加工解决方案和ENOVIA项目管理与工程物料清单管理解决方案。

CATIA高品质渲染出的模块结构底架

模块结构支撑体系的近景渲染

基于云处理的3DEXPERIENCE平台使得3D模型成为设计事实的唯一来源,并向所有相关者开放

ENOVIA以3D模式巡览雷德胡克项目,所有数据及几何都处于可获取状态

3D模型代替二维图纸成为设计的唯一依据——这正是SHoP如今在尝试操作的设计方法之一,并或许成为未来建筑业的发展趋势。建筑业发展的一大关键在于协同,这意味着人们不再局限于孤立的办公室,而是创造一系列模型——设计事实,使得所有的相关人员——业主、工程师、建筑师和承包商,都在这一模型的基础上工作。

数字民主化——Kram/Weisshaar


Kram/Weisshaar设计事务所

Reed Kram/Clemens Weisshaar设计事务所是设计领域的冉冉之星。被称为”新一代先锋数字设计师“和”新一代设计师的海报人物“。他们的事务所涵盖空间、产品和媒体设计。他们致力设计与建造民主化,连接起消费者与制造者之间的桥梁,让每个人都可以成为自己的设计师。


2003年的“Breeding Tables”使用了一种算法,持续不断地制造可被转化为雕塑钢桌腿的特殊3D几何体。


2010年的项目“Outrace”允许每个人,在任何地方,传输信息到特拉法加的八个机器人电枢,这些信息能迅速地在LED屏幕上显示。


大众参与机器人设计——Robochop

机器人在大多数人眼中仍然是一副遥不可及的高冷姿态,然而开源的生产模式能够促进指数增长,机器人也将成为大众的工具,当然,在此之前,Kram/Weisshaar开发了Robochop机器人装置,让你提前过足机器瘾!


Robochop在德国汉诺威的2015Cebit国际博览会上揭开面纱

这是一个开源的项目,概念非常的简单明了:让每个人都能成为设计师,让机器人去完成单调的制造工作。Kram Weisshaar的Robochop借助易操作的互联网界面,四台工业机械臂和四个热线切割工具,制造出来自群众的设计。这种“终端到终端制造”的潜力,正如事务所创始人Reed Kram所言,去除了制造商与消费者之间的界限,迅速地为消费者实现从想法到实物的过程。


ROBOCHOP界面使得参与者指挥机械臂抓取并雕塑一个预制的40立方厘米的硬质泡沫,通过底座固定的热线工具创造出他们理想的形态。一旦加工完成,每个定制化产品将运送至世界各个角落。


为了更好的精确度,Robochopkuka模型KR60机械臂配备有一根针夹用于固定泡沫立方体,热线电枢从机械臂衍伸出来。


界面操作图解


可能的集合设计

Robochop在短短四天的展览上,创造了2000余个形态各异的,群众共同创造出的的泡沫体块。ROBOCHOP预示,在不远的将来,智能系统可以使得每个人直接参与工业及制造。每个人都可以制造他们想要的那个物品。

建造实验室——Archi-Union


设计与建造的即时反馈

创盟国际是中国少数几家专注于数字设计与建造的先锋建筑事务所之一。公司开创性地将建造工房(AU Fab Lab)植入到设计空间中。这个建造工房并非一般的模型工作室,而是设计师进行数字建造实践的场所。建造工房的师傅不仅要熟练掌握CAD、Sketch Up、犀牛等建筑软件,还需要操作包括3D打印机、激光切割机、CNC加工机床以及机械臂在内的各种数控设备。设计师通过各种尺度的模型制作、以及1:1建筑构件原型的生产,推敲在建造过程中可能遇到的问题并通过数字建造的思维寻求最合适的解决方法,以保证在建筑施工过程中最大限度的呈现设计想法和初衷。

对创盟来说,模型不仅是形体与设计概念的表达,更是概念与几何在不同现实层面的再现。将模型作为方案设计的必要过程,实现设计与建造的即时反馈,在数字化的语境下,模型加深了设计师对场所与氛围的理解。

数字化建造作为跨越建筑学、计算机学、工程学等多学科知识的创造性学科,它解决了传统施工方法建设的低效率和低准确性的问题,并且采用了电脑控制的数字化信息,保证了在建造过程中的信息完整性,实现了真正意义上的精确建造。同时,它也为建筑师提供了更先进的设计方法和技术支持。

AU建造实验室在关注材料对地域性表达同时,运用数字化工具探讨传统材料的新的可能性。引进Z-Corp 3D打印机、KUKA 六轴机械臂、三轴数控机床(CNC)、2.5轴数控机床(CNC)、激光切割机等数字化建造工具,数字建造工具与数字设计的一体化是创盟的特点之一,这种实践与研究的高效结合方式,配合AU FACTORY的设计交流平台和展览空间,为设计的实施带来了更多的可能。

小清河湿地博物馆,建筑师通过数控加工技术,精确地对64品屋架中近千根不同构件进行定位和制作

使用叠片法制作的卜石博物馆内部公共空间木质模型


建筑师用3D打印模型指导复杂曲面空间木结构模板搭建

机器人绸墙建造实践

数字建造展示空间


松江名企艺术产业园清水数字砖墙

结语

致即将展开的新世界 >

建筑蕴含了各种不同文化的创意精神,有很多时候需要我们Think Out of the Box,去环顾这个世界,从建筑及其他行业众多的、不同的工作方式中,去探索一种最适合你自己的创意方式,从而真正找到一条适合你自己的路。

随着建筑行业分工专业化和细致化,未来将出现许多平行的以研究为导向的设计事务所,专注于特定领域的研发,向着人类共同的社会利益合作式发展——

可再生、本土化3D打印材料的开发

可再生能源对信息化制造的驱动

开源程序及特征工具包的研发

智能建造技术的革新

……

也许介时,在物联网平台下,我们能够利用更成熟的机器、以更少的劳动力和更低的成本创造出更多更好的设计。

我们期待这一天。



本文取材自:

CASE官网:http://case-inc.com/ ||

SHoP Architects官网:http://www.shoparc.com/ ||

Kram/Weisshaar事务所官网:http://www.kramweisshaar.com/ ||

Robochop项目官网:https://www.robochop.com/ ||

5 Archi-Union官网:http://www.archi-union.com/ ||

6 杰里米·里夫金《零边际成本社会》 ||


FAB-UNION是国内最前沿的数字化设计与建造平台。联合国内外数字建造学者、建筑师、设计师、专家及相关企、事业单位和学术团体,关注国际数字设计建造新闻,推荐优秀数字编程与建造作品,推动数字化建造工艺的发展。创造新锐数字实践者的社交空间。

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