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【AT】世界上第一座“智能建造”的花园 (by大学徐卫国团队

※发布时间:2018-10-26 15:38:21   ※发布作者:habao   ※出自何处: 

  由徐卫国教授领衔的大学(建筑学院)-中南置地数字建筑研究中心,发明了“机器臂自动砌筑系统”,与国际国内现有砌砖系统不同,首次把机器臂自动砌砖与3D打印砂浆结合在一起,形成全自动一体化智能建造系统;并界上首次把该系统运用于实际施工现场,建成一座“砖艺迷宫花园”。

  自动砌筑系统改变了一般砌砖系统的抓砖方式、而是采取了由气泵控制的吸砖器吸砖的方法,可以用于砌筑富于变化排列的砖块砖墙而不至于碰撞;同时,砂浆打印可以更准确地将砂浆定位。

  砖艺迷宫花园位于冬奥砖艺小镇武家庄村(市下花园定方水乡);由于村内拥有乡域唯一的砖厂,近年来武家庄的建设大面积使用了红砖作为建筑及装饰材料,因而成为全市闻名的砖艺小镇;迷宫花园位于武家庄村的村头三角地,该花园建成后,成为村民休闲聚集的场所。

  迷宫花园为一直径13米的圆形用地,圆内蜿蜒曲折的砖墙不仅在平面上形成复杂连续的褶皱空间,并且砖墙在竖直方向上也采用曲面形态,加之砖墙的砖块细部砌筑也凹凸变化,因而它成为空间及视觉的双重迷宫;砖墙沿圆边的外侧空间用于种植竹子及草皮,其内侧空间则是居民活动的场地,中国传统阴和阳的相生相对性在这里以复杂性呈现。

  迷宫花园的设计借助于数字生成技术,首先在犀牛软件里生成曲面形体,其形似飘逸的绸带,同时对曲面进行形态的优化,确认其符合空间流线和人体尺度的基本要求。接着将这一基础曲面导入参数化软件grasshopper中进行分析并布置砖块,首先提取基础曲面在各个高度上的曲线,作为每一行砖的基准线;再在基准线上分出各个砖块的间隔;上下层的砖块之间错位排列;最后通过参考线控制砖块产生垂直于曲线的前后错位,以生成砖墙凹凸渐变的肌理。

  生成砖墙模型后,设计团队结合搭建方式设计出机械臂运动轨迹,并使用KUKAPRC将其导出为机械臂可识别的程序语句。机械臂的运动动作包括用真空吸盘取砖、在指定放砖、翻转机械臂前端、根据砖块排布在砖面上打印砂浆等几个操作,运动轨迹命令中整合了机械臂对气泵等外部设备发出的控制指令,并经过避障设计。在程序中模拟后,由PRC导出程序用于机械臂执行,实现从数字模型到实际建造物的精确。

  该花园有两台机器臂同时工作进行砌筑,一台机器臂为KUKA KR210,臂长2.7米;另一台为KUKA KR120,臂长3.9米;为了更高效地发挥机器臂的工作效率,同时也为了避免机器臂工作时产生碰撞,首先对机器臂的工作进行了施工组织设计。测试我的另一半整个花园使用这两台机器臂砌筑需要移动7次,对每个工作位的机器臂工作可以通过KUKAPRC软件进行模拟。

  在试验阶段,还进行了砖墙试验,验证其满足砖墙设计及施工规范。本墙体工程根据温度使用了不同类型的砂浆,其流动性和早强时间可满足3D打印成型方式的需求,并可满足冬季和夏季施工时的不同需求。砂浆使用了425#水泥,水灰比约为0.7,强度可达16MPa。在足期养护后,用沙袋进行了冲击实验,强度满足花园使用要求。

  实际建造过程包括施工放线、基础施工、墙体砌筑、绿化种植、以及地面铺装等阶段。施工放线使用了全站仪;基础施工时,用机器臂热线切割泡沫填充曲墙外侧绿化用地,该泡沫同时作为外模,花园的砖墙底部及活动场所采用了钢筋混凝土基础底板(板厚30公分)。“机器臂自动砌筑系统”用于墙体的砌筑时至少需要两位工作人员,其中一位进行该系统的操作,另一位负责传递砂浆及砖块;机器臂的移动采用了叉车定位搬动,每次搬动后需要进行机器臂定位校准,以施工精度。墙体完工后,去除砖墙外侧地面的泡沫并填充种植土,进行竹子及草皮种植;同时进行花园砖墙内测活动场地的地面铺砌。

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  《建筑技艺》(AT)前身为《建筑技术及设计》,创刊于1994年,国内外公开发行。隶属于中国建筑设计研究院,崔愷院士任编委会主任。

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