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全球范围内建立团队正在采用先进的机器人来简化本质上复杂

2019-07-09 11:36:11   来源:

本文是BD + C2014年特别五部分技术报告的一部分:AEC专业人员的顶级技术工具和趋势。有朝一日,建筑团队可以回顾今天的建筑方法,并想知道在砖砌机器人和自组装建筑之前,我们是如何在这些黑暗时代相处的。或者也许那一天是今天。对发展中的建筑技术的看法表明我们如何建造和运营我们的设施的近期革命。这些看似未来的技术中的一些已经在商业上可用并且在今天使用,包括3D打印,无人驾驶飞机和机器人构造系统。

应用自动化和机器人技术最成功的领域之一就是建筑围护结构。一些前瞻性的建筑围护结构设计实际上像动物皮肤一样工作,调整它们的阴影和通风口以适应环境湿度,温度和光线的变化。仿生学是对这些活动或动态外立面的共同影响,其包含移动部件,传感器和执行器,通常与中央楼宇自动化系统相关联。

设计合理,活动的外立面可以更好地调节内部条件,减少照明和HVAC的能量负荷。存在少数现实世界的例子,但专家认为更广泛的采用是不可能的,主要是因为高成本和严格的长期投资回报率。

位于澳大利亚墨尔本的RMIT大学设计中心由Sean Godsell Architects(www.seangodsell.com)设计,结合了双层玻璃幕墙和第二层外壳 - 均由承包商Permasteelisa Group(www.permasteelisagroup.com)建造 - 包括成千上万个小型圆盘形太阳能集热器。

超过一半的光盘自动转向面向太阳,从而优化了太阳能收集并为内部提供了阴影。同时,通过将进气口与使用屋顶采集的雨水的细雾喷洒器相结合,内部皮肤减轻了冷却负荷。

最先进的自动化外观的最着名的商业例子是匹兹堡的PNC大厦,由Gensler(www.gensler.com)设计,预计于2015年完工。专注于提供“透气建筑”,根据设计团队的说法,外壳在外壳中具有传感器控制的空气门。与太阳能烟囱和散热器集成在一起,大门带来凉爽的空气,同时从上面抽出暖空气。与ASHRAE 90.1-2007的基线相比,利益相关者预计闸门将在42%的时间内开放,电力负荷减少50%。

位于澳大利亚墨尔本的RMIT大学设计中心的第二层外皮,具有数千个可操作的PV光盘,可以面向太阳,改善太阳能收集并提供独特的遮阳策略。照片:丹尼尔沃克

奇怪的是,生物学本身可能最终取代仿生学。在德国汉堡,五层多户住宅BIQ House在建筑物的两个外立面上设有“生物反应器”外观。信封公司Colt Intl由Arup(www.arup.com)合作开发。(www.coltinfo.co.uk)和德国顾问SSC(www.ssc-hamburg.de),SolarLeaf外墙在其平板玻璃板中含有微藻,通过光合作用和太阳能收集产生生物量和热量。收集微藻生物质用于转化为生物气 - 用于燃料 - 并且生物反应器板甚至减轻光透射,提供独特的遮蔽策略。

“在建筑物的外墙中使用生化过程来创造阴影和能量可能成为城市地区的可持续解决方案,”Arup建筑师Jan Wurm说。

尽管许多有前途的活跃外墙概念最近都在推出 - 如韩国2012年世博会展馆的扭曲玻璃纤维增​​强塑料鳍片和沙特阿拉伯60层高的帆船塔,由Perkins + Will的Robert Goodwin设计(www.perkinswill。 com) - 所有都是定制的甚至是实验技术。专家们说,当这些系统易于复制并且易于销售时,未来将真正到来。

位于德国汉堡的BIQ House,被亲切地称为“聪明的树蛙”,采用了生物反应器外立面设计。玻璃面板含有微藻,它们对阳光起反应,产生生物质。这种不寻常的设计结合了遮阳和独特的建筑热量燃料。

3D打印变得越来越大

在此之前,Building Teams可能会看到能够打印整个建筑的大型3D打印机。

这并不夸张。根据技术顾问克里斯托弗·温南(Christopher Winnan)的说法,从投资者的角度来看,3D打印已经进入淘金热阶段,他最近出版了一本关于这一主题的书(3D打印:下一个技术淘金热 - 未来工厂和如何利用分布式制造)。

该竞赛正在大规模宣传3D打印。该行业距离能够打印整个结构还有很长的路要走,但是创建任何形状的建筑构件的概念都让业界嗡嗡作响,并且忙于研发。

Gramazio&Kohler的ROB移动制造单元在纽约用于创建该公司的结构振荡艺术装置之一。该项目在第11届威尼斯建筑双年展上首次亮相。

目前,世界上最大的3D打印机是由Enrico Dini开发的CAD软件控制的D-Shape。该打印机已用于制作大型雕塑,引起了荷兰建筑师Janjaap Ruijssenaars(www.universearchitecture.com)的注意。他将这项技术视为建立他的高概念莫比乌斯带状景观屋的一种方式。Dini和Ruijssenaars目前正在研究循环结构,该结构将由约50%的3D打印部件组成。

与此同时,麻省理工学院麻省理工学院媒体实验室最近的研究重点是解决问题。大规模印刷通常会产生粗糙,看起来令人失望的效果。但麻省理工学院印刷的组件可以在外部打磨,以创造完成的外观。为了质量和稳定性,印刷的外壳充满了混凝土。

总部位于伦敦的Softkill Design(www.softkilldesign.berta.me)推出了这些部分印刷的方法。他们的目标是采用100%印刷部件制成的单层结构。他们的系统将轻质塑料分配成网状配置,使其结构合理。完成的住宅类似于蜘蛛的卵囊,但Softkill特别为该技术的速度感到自豪。该公司预计将在三周内打印26x13英尺的房屋的所有部分,并在一天内将它们拼接在一起。

Gramazio&Kohler使用他们的ROB砌砖机器人在瑞士Fläsch的Gantenbein酒厂建造这座服务大楼。算法软件自动将砖块放置在3D图案中,以增加稳定性并添加巧妙的效果。照片:Christoph Kadel

该技术正在进行权衡取舍:打印速度快,分辨率低;打印大而且速度慢。荷兰公司DUS(www.dusarchitects.com)可以同时打印整个房间 - 这是一种用于建造阿姆斯特丹运河房屋的技术 - 但传统外观的结构需要三年才能完成。尽管如此,建筑团队可以单手建造他们梦寐以求的任何结构 - 快速,廉价和结构合理 - 的未来承诺吸引了大量资金。

事实上,一些投资者正在为月球射击。比赛正在为月球上的建筑工地制作3D打印机。Dini与英国建筑师Foster + Partners(www.fosterandpartners.com)在D-Shape的月球网站上合作,而NASA则使用南加州大学Viterbi学院开发的Contour Crafting技术展示了月球房屋建筑模拟。工程。两组都不是非常接近销售月亮公寓,但是Contour Crafting很快:每平方英尺墙只需20秒。

与无人机建设

与3D打印一样,飞行无人机在许多建筑任务中都很有用,例如管道和细胞塔检查,在矿山等视觉模糊区域进行搜索和救援,甚至作为放牧牛群或提供包裹的工具。随着技术价格的快速下降,AEC公司正在越来越频繁地使用无人机。

建筑工地非常适合空中无人机进行快速目视检查。添加专门的摄像头技术,如红外滤光片或传感器,以检测气体泄漏,无人机变得无价,返回丰富的多层数据,并节省与人类检查难以到达区域相关的成本和风险。

一些无人机类型提供了惊人的准确性,特别是那些利用多个螺旋桨以增加稳定性的无人机。建筑行业的利益相关者无论大小,都已开始采用配备高分辨率相机,激光扫描钻机和陀螺稳定装置的四轮直升机(QC)。

结合这些技术可以返回微观精确的数据。住宅和商业太阳能电池板阵列的供应商,如多伦多的Kiosk Solar,已经使用无人机精确检查客户的结构,以便为安装提出建议。制造商西门子设想未来QC将通过现有结构来获取用于创建3D数字模型的综合建筑信息。这种BIM模型可以帮助确定维护需求,甚至可以通过数字3D模拟进行翻新计划。

带有多个螺旋桨的飞行无人机,如此处所示的四轴飞行器,可提供稳定性,大大提高了它们在测量和激光扫描等任务中的实用性。对于具有陀螺稳定性的人来说尤其如此。

行业未来学家真正想知道的是,无人机可以投入实际建设吗?那天可能比许多人意识到的要早。

瑞士公司Gramazio&Kohler(www.gramaziokohler.com)最近与法国奥尔良FRAC中心的大型艺术装置Flight Assembled Architecture合作,其中一支由多达50架飞行机器人组成的团队构建了一个结构稳定的,1,500个聚苯乙烯泡沫塑料块中的6英尺高的塔。

多个运动捕捉传感器以每秒370英尺的速度检测无人机,将信息输入车队管理程序。关于这个装置的令人印象深刻的事情不是完成的塔本身,而是编程。算法确定如何有效地调度无人机,避免冲突并选择最佳情况路径以快速有效地拾取和释放。

这个过程可以扩大规模吗?例如,无人机可以设计用于携带砖和分配砂浆以自动化砖石建筑吗?如果这看起来很牵强,请考虑Gramazio&Kohler的机器人构造的脚踏实地模型。该公司帮助创建了ROB Technologies(www.rob-technologies.com),该公司开发了一种移动式制造装置,该装置适用于改装的货运集装箱,可以执行多项施工任务。

巨大的机械臂采用算法自动执行,尤其擅长砌砖。RO-B的机器人在威尼斯和纽约建造了结构振荡艺术装置,以及现实世界的应用:瑞士Fläsch的服务大楼的非标准化砖立面,用于Gantenbein酒厂。

RO-B的算法软件可创建动态3D墙和表格。起伏增加稳定性并提供视觉兴趣。例如,从远处看,酒厂建筑的墙壁看起来像是一串葡萄的立体描绘。

所有这一切都远离广泛的市场供应,但有些人认为机器人砌体是不可避免的。在美国,建筑机器人公司(www.construction-robotics.com)经历了长达数年的研发过程,很快就可以看到其半自动砌体系统在商业上可行。

TOP IMAGE:ERO是一种采用履带式踏板的拆卸机器人,它使用喷水器将混凝土“擦除”成骨料,并留下原始的可回收钢筋。这些机器人在瑞典开发,可通过算法自动化,以团队形式快速拆除混凝土结构。

底部图像:Husqvarna的DXR140拆除机器人正在运行中。此处显示的机器人由远程人工操作控制,但其他型号可能完全自动化。

对于那些绝对迫不及待地让机器人参与其项目的人,请考虑拆迁。制造商Brokk(www.brokk.com/us)和Husqvarna(www.husqvarna.com)生产商用机器人,可以切割,压碎,钻孔,以及快速将结构转变为碎石。大多数模型都是远程控制的,但自治权即将出现。

瑞典的Omer Haciomeroglu开发了ERO(www.omerh.com),这是一种卡特彼勒式踏板上的解构机器人,可以从加固的墙壁上“擦除”混凝土,同时保持钢筋清洁并可以重复使用或报废。机器人使用强力水射流清除混凝土,循环水并将混凝土分离成骨料。有朝一日,复杂的软件可能会派出一批ERO来扫描,计划和可持续地清除建筑物而无需人为干预。

甚至更多的未来科技

未来的一些技术针对的是土木工程等相关领域,如使用GPS的主要建筑设备的卫星控制和全球导航卫星系统(GNSS)。其他类别属于IT类别,例如大数据和预测分析建模,架构和规划公司将在决定采用哪些项目以及应避免哪些项目之前开始使用。

有时,似乎很难区分幻想和潜在的富有成效。例如,有些人非常认真地讨论4D打印的未来,这涉及在加水后打印一个生长得更大的小物品。这个概念,以前仅在Bugs-Bunny-on-Mars型卡通中被看到,被一些人认为是未来建筑的现实组成部分。

自组装块看起来同样不太可能,但麻省理工学院对这个想法的研究已经产生了M Block,这是一个离散立方体系统,没有可以组装的外部移动部件,然后拆分并重新组装成新的形状。Microchip和无线信号控制内部移动部件,磁铁将部件牢固地卡在一起。

该技术现在似乎没有用,但它代表了建筑物设计,建造和运营方式的根本转变的前奏。想象一下,一个拥有者可以随心所欲地对结构进行架构更改的未来。

不可能?也许。但是我们被以前不太可能的所有方面所包围。