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建筑空間的數字化建造探討優(yōu)秀論文
1相關(guān)背景
數字時(shí)代，技術(shù)的進(jìn)步和美學(xué)的發(fā)展都為數字建造帶來(lái)了巨大的推動(dòng)力。眾多藝術(shù)家通過(guò)數字編程的方式創(chuàng )造生成式藝術(shù)作品。各種各樣豐富的視覺(jué)藝術(shù)及各種因應感官的藝術(shù)作品為人們帶來(lái)了全新的體驗。面對時(shí)代的改變、技術(shù)的進(jìn)步和美學(xué)的發(fā)展，數字建造順勢盛行。建筑師弗蘭克蓋里（FrankGehry）和蓋瑞格林（GregLynn）作為先行者為我們帶來(lái)了數字建造的新形式，由計算機控制制造建筑組件的方式為人們帶來(lái)了前所未有的新的建筑形態(tài)可能性。此后越來(lái)越多的建筑師開(kāi)始打破傳統建筑嚴格的幾何形式，開(kāi)始以前所未有的方式進(jìn)行設計。
2設計方式
數字建造運用計算機控制的工具將數字設計變成了物理實(shí)體。這種方式對設計也產(chǎn)生了新的影響。設計方式上產(chǎn)生了從數字化到物理化再到數字化的轉換過(guò)程。首先，是設計的前期階段，設計師們可以利用各種軟件進(jìn)行設計推敲，尤其是目前編程類(lèi)原理的介入，設計師們開(kāi)始廣泛運用Grasshopper之類(lèi)的軟件，通過(guò)參數控制生成多種不同的設計結果，從而方便人們進(jìn)行設計選型。在數字化軟件過(guò)程中由于存在虛擬推敲的制約性，設計師可以通過(guò)制作物理模型進(jìn)行設計推敲，從而對數字化階段的設計制圖進(jìn)行反饋并做出設計修改。在設計不斷修正和完善之后，設計師可以借助于數控技術(shù)進(jìn)行十分精確的數字化建造。整個(gè)過(guò)程都是以數字化為主導的，這些不同于以往任何時(shí)候的設計過(guò)程�？偠灾�，這種新型技術(shù)條件導致設計過(guò)程的數字化和設計對象的數字化。
3設計特點(diǎn)
首先，數字化建造是去中心化的。在這種生產(chǎn)條件下，大型工廠(chǎng)已經(jīng)不再是必需的。相反的，技術(shù)已經(jīng)本土化了。產(chǎn)品信息可以非常迅速快捷地傳遞�，F在是世界化的設計、本土化的制造，這已經(jīng)完全有別于工業(yè)化大批量生產(chǎn)時(shí)代。其次，數字建造的包容性。數控設備往往可以同時(shí)完成多種不同規格和類(lèi)型產(chǎn)品的制造，從而占用更少的資源和空間，不必像工業(yè)化大批量生產(chǎn)那樣要求每一種產(chǎn)品都需要找到一個(gè)工廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)。另外，數字建造是十分低廉的。數字建造條件下，關(guān)于產(chǎn)品運輸以及前期設計的費用都被節省下來(lái)，成本將集中在原材料和運轉數字建造設備的能源損耗。工業(yè)化時(shí)代的產(chǎn)品供應鏈極大地左右了產(chǎn)品的價(jià)格。一個(gè)產(chǎn)品的成本就可能包括開(kāi)采礦藏、運輸原材料、運轉機器、市場(chǎng)運作等各個(gè)環(huán)節，這樣由社會(huì )分工和產(chǎn)業(yè)鏈導致的零碎分割導致成本的上升。數字建造是可以滿(mǎn)足用戶(hù)定制的。網(wǎng)絡(luò )正在革新信息傳播的媒介，用戶(hù)可以自己創(chuàng )作信息內容。傳統媒介，如電視、報紙和無(wú)線(xiàn)電等等通常是一種單向通道，這使其容易成為信息的消費者而非創(chuàng )作者。但是通過(guò)博客、維基百科等等，任何人都可以發(fā)布信息。數字化制造代表了以用戶(hù)為中心的革命，人們不再需要購買(mǎi)大批量化生產(chǎn)產(chǎn)品，而是可以將自己的創(chuàng )意融入定制化產(chǎn)品之中。
4建造方法
關(guān)于數字建造的方式和手段目前呈現出不同的說(shuō)法，但是基于建造工具和技術(shù)的限制，大致都大同小異。例如，由英國曼徹斯特建筑學(xué)院的NickDunn在2012年出版的《建筑中的數字建造》（DigitalFabricationinArchitecture）一書(shū)提出的五種方法是比較常見(jiàn)的說(shuō)法。
�。�1）等高線(xiàn)法（Contouring）。通過(guò)等距高度上的斷面薄片疊加而成。當然，通過(guò)數控加工機床（CNCmachinetools）的平行加工模式或者3D打印機加工完成的建筑構件也在這一類(lèi)中。最典型的便是3D打印機所使用的材料以及用于數控加工機床加工的材料，它們不限于傳統材料，彈性伸縮、高性能復合、熔模鑄造等都可供選擇。UrbanA&O工作室的骨墻（bonewall）正是通過(guò)五軸CNC對中密度壓型板材的加工組裝而成。
�。�2）折疊法（Folding）。將二維平面構件如木板或鋁板彎折加工成三維的幾何形體，或將三維形體在特定框架中折疊組合得到需要的形體。PTW建筑事務(wù)所的天堂入口展亭（entryparadisepavilion），通過(guò)展開(kāi)的特質(zhì)尼龍膜結構折疊組裝而成空間的曲面喇叭狀連接物。
�。�3）成型加工法（Forming）。通過(guò)大量細分構件的組合裝配完成，構件的成形方式可以為CNC刻模澆筑而成。這里所說(shuō)的筑模材料顯然不是混凝土之類(lèi)的傳統材料，佛羅倫西亞皮塔（FlorenciaPita）的展品愛(ài)麗絲（Alice）便是通過(guò)將PETG混合黃色乙烯基材料，往數控機床加工好的模具中倒模而成。
�。�4）切片法（Sectioning）。通過(guò)一系列縱斷面的組合形成整體框架，斷面的尺寸、形狀、空間節點(diǎn)均通過(guò)三維模擬得到。斷面構件通常是作為結構構件出現，由于形態(tài)的非線(xiàn)性特點(diǎn)，要求尋找易于加工成弧形的堅硬承重材料或者便于鏤空加工的板材。
�。�5）鑲嵌法（Tiling）。將完整的幾何形體拆分成易于加工的細分面，在工廠(chǎng)批量加工生產(chǎn)完成后在現場(chǎng)裝配完成。東京空域（airspacetokyo）的雙層外殼采用了鋁和塑料合成材料，通常這些材料用于大型公告牌的制作。
5加工技術(shù)
在目前數字化時(shí)代，數控技術(shù)開(kāi)始越來(lái)越占據主導地位。數控機床、激光切割機、機械臂等數字化的生產(chǎn)技術(shù)出現以后，精確制造復雜形體的零部件變得簡(jiǎn)單可行。目前數字化的加工和建造技術(shù)主要包括在毛坯上采用去材法加工的數控機床切削加工，毛坯等材加工等鑄造、鍛造及模具成型（注塑、沖壓等）技術(shù)，用成型材料作增材法加工的快速成型制造技術(shù)三大類(lèi)。對于建筑建造領(lǐng)域，也有人開(kāi)始嘗試采用，以適應建筑形體日趨復雜的變化趨勢。數控機床是一種被機械行業(yè)廣泛使用的加工設備，建筑行業(yè)也開(kāi)始使用，它以計算機程序指令控制加工過(guò)程的各種動(dòng)作和運動(dòng)參數，可以對多種人工合成和天然材料進(jìn)行加工，可以高精度地加工外形復雜的工件。另外，還有快速成型技術(shù)。在計算機的控制下快速成型機的成型頭選擇性地固化一層層的液體材料�？焖俪尚图夹g(shù)是近年來(lái)工業(yè)界大力發(fā)展的一種新型制造技術(shù)，突破了“毛坯—切削加工—成品”傳統的零件加工模式，與傳統的切削加工方法相比，快速成型加工具有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，可迅速制造出自由曲面和更為復雜形態(tài)的零件，并且零件的復雜程度和生產(chǎn)批量與制造成本基本無(wú)關(guān)；非接觸加工、無(wú)振動(dòng)，噪聲和切削廢料；加工效率高，可實(shí)現完全自動(dòng)生產(chǎn)等等。
6結語(yǔ)
數字化建造代表了未來(lái)建筑設計與建造的發(fā)展趨勢，新型技術(shù)對于傳統的思維方式產(chǎn)生了挑戰，從圖紙到建造都成為數字化控制。這就對我們設計師的設計思維和工作方式都提出了新的命題，新型技術(shù)希望能夠更好地創(chuàng )造合理完善的空間。
作者：丁俊 宋曉真 單位：蘇州工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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