混凝土由于優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能和其樸素的表觀特征自誕生以來，就為很多建筑師所喜愛。這次小編就從這種混凝土材料出發(fā)，聊一聊數(shù)字時(shí)代下的混凝土建造。
混凝土模板的數(shù)字化建造
有研究顯示，在建筑混凝土構(gòu)件的施工制造中，混凝土的模板制作花費(fèi)占到整個(gè)混凝土構(gòu)建制作的56%之多。并隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的普及，構(gòu)建的形體有著更多的幾何可能性。之前常規(guī)的模板建造方式并不能很好的滿足當(dāng)今建筑設(shè)計(jì)和造型的需求。如何利用模板技術(shù)完成復(fù)雜非常規(guī)形體，成為數(shù)字時(shí)代下混凝土建造的熱點(diǎn)問題之一。
下面通過幾個(gè)實(shí)際的案例，來向大家分享一些數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用在混凝土模板建造上的成果。
同濟(jì)運(yùn)籌樓
首先帶給大家的是今年夏天剛剛完工的同濟(jì)大學(xué)運(yùn)籌樓。運(yùn)籌樓是同濟(jì)大學(xué)校內(nèi)一所80年代的老樓，歷經(jīng)意大利佛羅倫薩阿克雅建筑事務(wù)(ARCHEA)和同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院三年的設(shè)計(jì)改造之后，原先老舊不堪的樓現(xiàn)在煥然一新。該項(xiàng)目的外立面采用了德國(guó)RECKLI預(yù)制造型模板工藝的裝飾混凝土板，并在著色劑工藝的處理下，有了獨(dú)特的中意風(fēng)情的效果。
制作這種裝飾性混凝土先需要有預(yù)制的模板。該項(xiàng)目通過準(zhǔn)備，上模，注模和脫模，最終獲得了項(xiàng)目所需要的PU模板。然后項(xiàng)目經(jīng)過通過提前預(yù)制的聚氨酯模橡膠墊（PU），最終混凝土澆筑，脫模，并進(jìn)行后處理，完成了該裝飾混凝土板的制作。
NOSPR KATOWICE ConCERT HALL
同樣的采用了德國(guó)RECKLI預(yù)制造型模板工藝還有NOSPR音樂廳。
在室內(nèi)內(nèi)墻的設(shè)計(jì)和建造上，聲學(xué)設(shè)計(jì)師和建筑師從一開始就密切合作。聲學(xué)的要求對(duì)于建筑的決策來說非常重要，視覺效果和聲學(xué)效果彼此相互依賴。以NOSPR KATOWICE ConCERT HALL的內(nèi)墻為例。為了獲得最佳的聲音，墻體必須由重的固體材料制成，并具有特殊的表面結(jié)構(gòu)（micro shaping）。這種紋理具有明確的峰和谷，影響著聲音在空間的分布，決定了聽眾聽到聲音的豐富程度。
最終項(xiàng)目設(shè)計(jì)了同時(shí)兼有美感和聲音特效的樣式來完成設(shè)計(jì)。項(xiàng)目最后在現(xiàn)場(chǎng)澆筑墻壁。墻壁的模板分為七個(gè)部分，按順序排列，同時(shí)第一個(gè)成型板連接到最后一個(gè)紋理，從而得到了場(chǎng)內(nèi)連續(xù)變化的內(nèi)墻紋理。
五維茶室
坐落在五維創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)的這座小茶室，采用了直紋曲面的模板建造方式，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)混凝土形式的幾何創(chuàng)新。
Odico Formwork Robotics
除了傳統(tǒng)的混凝土模板，Odico Formwork Robotics創(chuàng)造性的應(yīng)用了機(jī)器人熱絲切割（RHWC)來生產(chǎn)混凝土的定制化模板。并在2013年開始實(shí)踐的Kirk Kapital總部（KKHQ）項(xiàng)目中，充分的展現(xiàn)了這一技術(shù)的可行性。
KKHQ主體結(jié)構(gòu)的機(jī)器人熱絲切割模具證明，由于機(jī)器人控制提供的自由度和EPS的低成本效益，RHWC可以作為生產(chǎn)復(fù)雜混凝土模具的有效的方法，并適用于樓梯、面板、結(jié)構(gòu)等重要部件。
SUTD校園裝置
在Caadria 2017的會(huì)議論文中，SUTD團(tuán)隊(duì)探討了物理模擬和數(shù)字建造的融合關(guān)系。項(xiàng)目嘗試了機(jī)械臂加工的玻璃纖維混凝土模板。項(xiàng)目為模板低成本快速的定制化提供了一個(gè)十分有價(jià)值的參考。
整個(gè)建造過程有些類似于熱成型，通過將PET材料片材熱處理，使之在熱可塑性狀態(tài)下，使用工業(yè)機(jī)器人按壓成形。最后片材被空氣冷卻，獲得最終穩(wěn)定并具有一定剛度的印模，后期用于玻璃纖維增強(qiáng)混凝土的澆筑。
最終，項(xiàng)目的研究成果以校園中的一處藝術(shù)裝置提出現(xiàn)。由于機(jī)器人的數(shù)控加工使得每一個(gè)玻璃纖維混凝土單元有了獨(dú)特的形態(tài)。
NEST Hilo薄殼屋頂建造實(shí)驗(yàn)原型
近期ETH的BRG發(fā)布了他們1:1的全尺度的NEST Hilo薄殼屋頂建造實(shí)驗(yàn)原型。HiLo的薄殼混凝土外殼是項(xiàng)目的關(guān)鍵里程碑，它表明了研究組之前所提出的輕型，靈活的模板系統(tǒng)形成一個(gè)復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)的可行性。
HiLo屋頂采用繩索網(wǎng)構(gòu)和織物模板系統(tǒng)構(gòu)建。該系統(tǒng)大大減少了混凝土施工時(shí)候的材料浪費(fèi)。通過使用大量的可重復(fù)使用部件，改進(jìn)了雙曲面的傳統(tǒng)模板結(jié)構(gòu)。
通過這個(gè)項(xiàng)目，BCG團(tuán)隊(duì)在真實(shí)尺度下測(cè)試了繩索網(wǎng)構(gòu)和織物模板系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也測(cè)試了系統(tǒng)的靈活性和最終建造的邏輯。同時(shí)也探索了混凝土在碳纖維增強(qiáng)的條件下，在大尺度雙曲面上的噴涂工作。
3D打印混凝土
除了傳統(tǒng)的混凝土制模建造手段，隨著增材制造技術(shù)的出現(xiàn)與普及，有越來越多的公司和研究機(jī)構(gòu)開始研究混凝土的3d打印技術(shù)。
與使用模板建造混凝土的技術(shù)不同，3D打印技術(shù)直接略去了混凝土建造中繁復(fù)的模板環(huán)節(jié)。3D打印混凝土以三維數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過混凝土打印噴嘴擠出混凝土材料，逐層打印，最終形成混凝土的打印形體。
智能混凝土澆筑（ETH)
在這個(gè)項(xiàng)目中，ETH Zurich的Gramazio Kohler Research機(jī)構(gòu)讓機(jī)器人用一種類似3D打印的方式，使用液態(tài)混凝土進(jìn)行連續(xù)的堆砌成形。一種移動(dòng)模具在機(jī)器人的動(dòng)作下進(jìn)行著變化的向上移動(dòng)，從而使擠出的混凝土呈現(xiàn)不同的形態(tài)。
POST IN AIX-EN-PROVENCE （XtreeE）
XtreeE用混凝土3d打印技術(shù)打印的4米高的柱子支撐著法國(guó)普羅旺斯的一所學(xué)校的操場(chǎng)屋頂。XtreeE在2016初接管了最終設(shè)計(jì)并制作了第一個(gè)原型。最終，在與結(jié)構(gòu)公司Artelia和混凝土預(yù)制件公司Fehr Architectural合作下，XtreeE 3D完成了該混凝土柱子的打印。
設(shè)計(jì)通過拓?fù)鋬?yōu)化后被分解為四個(gè)預(yù)制構(gòu)件。隨后，XtreeE的團(tuán)隊(duì)生成了工具頭路徑，3D打印了柱子的外表皮（打印時(shí)間為15小時(shí)30分鐘），然后將LafargeHolcim提供的混凝土倒入外表皮之中。最后完成了組建的組裝，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了安裝，涂層和拋光。
TUE 3D Concrete Printing
TUE研究室的四軸機(jī)器人混凝土打印設(shè)備可以最大打印9m x 4.5m x 3m的混凝土構(gòu)件。
在3d打印混凝土給設(shè)計(jì)人員帶去異形建造的便捷性的同時(shí)，TUE的研究人員也在思考著以下的問題：如何連接打印的構(gòu)建？打印面（施工面）除了水平面之外，是否還是有其他的可能性？如何保證結(jié)構(gòu)安全？
3D打印混凝土與傳統(tǒng)模具建造的方式相比，具有形式自由，環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在著較多的挑戰(zhàn)。如在材料方面，3d打印混凝土對(duì)原材料的流變性和可塑性提出了較高的要求。在速度和精度方面，層積式的打印方式?jīng)Q定了在實(shí)際工程中，這是一對(duì)較難平衡的矛盾體。3D打印技術(shù)將在未來如何改變混凝土建造方式，還需要更多的研究和實(shí)踐。
展望
隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和混凝土本身材料技術(shù)的進(jìn)步，在將來，有機(jī)器人和數(shù)字化技術(shù)協(xié)助下的混凝土建造將呈現(xiàn)出更多的可能性。機(jī)器人和數(shù)字化混凝土建造必將成為一個(gè)炙手可熱并且前景無(wú)限的議題。
