论文部分内容阅读
摘要：文章对建筑的数字化建造语境中的材料应用以及建造方法进行梳理;论述数字化建造的加工模式，包括低技数字化建造方法与高技数字化建造方法；探究材料运用与加工装配方式之间的关系。
关键词：数字化建造 加工方式
中图分类号：P231文献标识码： A
建筑形式的表达不仅是外在的几何表现，也包括材料特点，加工手段及装配逻辑等物质要素。但是在当下建筑的外在形式被过多关注，建筑的物质性被淡化以及建筑专业分工的细化导致原本相互关联的两部分逐渐分离，复杂的设计与传统的制造之间的矛盾、建造层面的缺失等导致建筑品质差强人意。在数字技术的洪流席卷众多设计制造领域的今天，数字设计技术与数字加工技术的进步推动着建筑设计及建造方式的更新。然而，在建筑方面，对数字化技术的尝试与探索由于专业局限性使得建筑师在材料应用、建造领域的研究相对数字形态研究缺乏经验，思考得也不深入。在数字化设计技术参与在众多建筑设计与建造的情况下，对于这方面的研究亟待展开。
方式
数字化建造中的建造方式从手段角度来看大致可分为手工，传统机械，数控机械等。但是将这些建造方式简单的分类，在现阶段的中国建筑行业是远远不够的。如今国内正在涌现大量利用数字化编程生成的建筑方案，如何将这些具有复杂形态的数字化建筑，在有限的资源与技术的条件下付诸实践，是必须进行深入研究的问题。根据材料的物理性能与自然属性决定不同的加工方式是研究材料加工方法的思考角度之一。
1.1 低技加工方式
低技加工方式即利用人力而不是数控机械施工的加工方式。目前国内总体上仍然处于工业化中期水平，而建筑业作为典型的劳动密集型产业之一，虽然国内部分重要建筑的建造过程中已有小范围使用数控加工技术，但是成本依然很高，所以全面运用数控加工技术尚需一段时间。在此条件下，不盲目地追求高技，创造性地利用低技，通过数字技术地适当介入，在可控的范围内通过数字化技术辅助传统施工技术，在有限的资源与技术条件下达到满意的效果。国内已经开展了这类技术的相关研究与实际建造。
位于上海“五维空间”的创意产业园的“绸墙”项目是低技数字化建造有代表性的实例之一，设计任务是将一栋废弃的旧工业厂房改造成建筑设计工作室，而旧工业厂房原为上海华丰第一棉纺厂。设计者试图寻找一种朴素的建造美学和真实简单的建造过程。建筑外墙改造设计的出发点立足于真实的材料与建造表现，材料采用普通的空心混凝土砌块体，结构方面也尊崇建构理论，由于采用特殊搭接方式表达设计理念，此处的空心砖已不再是承重材料，所以设计者先行设计一个混凝土框架结构作为支撑体，在其外部完成混凝土砌块的工作。设计者希望墙体具有丝绸质感的效果，在前期设计中，提取丝绸质感的灰度，将其作为参数化的元素，利用计算机软件，确定每块空心砖的旋转角度，经过旋转，砌筑的砌块水平相接的两面产生镂空，前后两面用以维持实墙面。旋转角度不同，会产生不同的阴影和通透效果。通过有一定规律的渐变的旋转角度，使墙体呈现出如织物般柔软、皱褶的效果，特别是远观时效果更加明显。随着观看角度和阳光的变化，皱褶状态也随之改变。在建造过程中，由于是人工对空心砖进行砌筑，以手工技术的加工精度不可能实现原先设计的效果，为了平衡施工难度与最终实际效果，设计者最终确定10个空心砖旋转角度，这样大大简化了施工难度。在施工中，设计者指导工匠使用模板为砌块的角度定位，使精度误差没有过多影响最终呈现效果。
1.2 高技加工方式
随着数控加工技术的逐渐推广，国外的很多先锋设计组都在进行相应的设计实践。这些设计组借鉴汽车，飞机，造船等制造领域的技术成果来进行数控设计研究，并逐渐形成一种新的建筑潮流开始影响世界。而施工建造是建筑学始终无法回避的一个关键问题，正如我们迫切需要先进的数控加工设备一样，对数控加工技术的基本方法及实施手段的研究作为指导数控建造的手段显得格外重要。
数控加工手段可大致分为以下几方面：1）断面方法：这里的断面不同于传统意义上的剖面，它是一系列断面的组合，这里的断面可以是各个方向的，最终目的是通过放样连接完成形体建造。不同于等高成形方法，断面方法中每个断面单体根据其加工材料的结构性能，通过多个方向上的一系列拟合形体外轮廓线的断面作为自身结构构件，支撑整个建筑。雅克布的乔治餐厅运用此方法搭建而成。2）嵌片方法:嵌片的概念比较易于理解.即将完整的几何形体拆分成易于加工的细分面.在工厂批量加工生产完成后在现场装配完成。這种建造方法已经应用于复杂曲面建筑的建造中。2010年上海世博会的阿联酋展馆其流动的曲面形态源于沙漠中的沙丘，展馆的曲面被细分成均质的三角形网架，同时在网架上铺设不锈钢板，使设计意图得到充分地表达。3）折叠方法:折叠是将二维平面构件如木板或铝板弯折加工成三维的几何形体，另一方面，通过单体折叠重组的方式与嵌片有相似之处，通过三维几何体的叠加完成复杂形体的建造，形成独特的表皮肌理。扎哈设计的罗德帕克缆车站具有优美的流动形态，其复杂曲面表皮运用一定尺度的正交网格进行分割，如此对曲面分板使得每块板面形状都不相同，所以对板面进行编号后再加工。建筑结构也通过相同的施工逻辑构建，共有超过2500块不同的结构构件通过数控加工技术制造并装配。4）等高成形方法:等高成形是通过等距高度上的断面薄片叠加而成。Behrokh·Khoshnevis提出“轮廓工艺”，即通过由计算机控制的喷嘴中分层挤出材料的建造技术，从理论上看可完成整个建筑的三维空间成型。这种技术可构建单曲面或双曲面，在构建曲面过程中由计算机控制，可以保证施工的精确性。但是此工艺从结构的角度看，由于此方法使用材料自承重，所以这种构建方式存在一定的局限性。5）发泡方法:在建筑中这种技术可以用来制作五金件、立面嵌板、玻璃框等，当然更多的是用来制作大型的建筑构件，如预制板、结构件、装饰件、筑模件、墙体甚至整栋建筑;
以上方法，无论是切割、折叠还是筑模，都要用到一个或多个设备，而最终目的都是实现对三维信息模型的处理，所以如果要强化具体技术路线，就必须加强对跨学科的机械制造领域知识与经验的吸取与学习。
4.展望
在建筑师语境下对于材料的研究，“材料表达”实际上是“建造技术”的转义。问题的关键不是对于材料本身物理、化学性质的研究，而是对加工工艺和建造方式的推敲。换句话说，研究材料的双重性表达的重点在于工艺，而这正是当代建筑材料表达的新定位。对于加工方式的研究，首先，数字建造工具的参与激发出更多关于结构体系与材料性能的可能，对新型结构体系与新型建筑材料的研发和使用势必成为数字建造发展的一个重点。其次，数控加工技术无疑为完成从设计流程、设计体系、设计数据、设计思想上提出的实施创意、转换信息、创造对接提供了有力的条件。通过以上方面的研究，从数字技术的角度寻求建筑形式与物质性的统一，进而探寻提升建筑品质的方法与途径。
参考文献：
[1]袁烽.从数字化编程到数字化建造[J].时代建筑，2012（5）：10～21
[2]袁烽，葛俩峰，韩力.从数字建造走向新材料时代[J].城市建筑，2011（5）：10～14
[3]袁烽，何金.多维逻辑下的数字建造[J].新建筑，2012（1）：4～9
[4]袁烽.数字化建造-新方法论驱动下的范式转化[J].时代建筑，2012（2）：74～79
[5]国萃.双重语义-当代建筑师语境下的材料表达[J].城市建筑，2011（5）：15～17
[6]张朔炯.形态生成和物质呈现整合化设计[J].时代建筑，2012（2）：80～83
[7]袁烽，葛俩峰.用数控加工技术建造未来[J].城市建筑，2011（9）：21～24
关键词：数字化建造 加工方式
中图分类号：P231文献标识码： A
建筑形式的表达不仅是外在的几何表现，也包括材料特点，加工手段及装配逻辑等物质要素。但是在当下建筑的外在形式被过多关注，建筑的物质性被淡化以及建筑专业分工的细化导致原本相互关联的两部分逐渐分离，复杂的设计与传统的制造之间的矛盾、建造层面的缺失等导致建筑品质差强人意。在数字技术的洪流席卷众多设计制造领域的今天，数字设计技术与数字加工技术的进步推动着建筑设计及建造方式的更新。然而，在建筑方面，对数字化技术的尝试与探索由于专业局限性使得建筑师在材料应用、建造领域的研究相对数字形态研究缺乏经验，思考得也不深入。在数字化设计技术参与在众多建筑设计与建造的情况下，对于这方面的研究亟待展开。
方式
数字化建造中的建造方式从手段角度来看大致可分为手工，传统机械，数控机械等。但是将这些建造方式简单的分类，在现阶段的中国建筑行业是远远不够的。如今国内正在涌现大量利用数字化编程生成的建筑方案，如何将这些具有复杂形态的数字化建筑，在有限的资源与技术的条件下付诸实践，是必须进行深入研究的问题。根据材料的物理性能与自然属性决定不同的加工方式是研究材料加工方法的思考角度之一。
1.1 低技加工方式
低技加工方式即利用人力而不是数控机械施工的加工方式。目前国内总体上仍然处于工业化中期水平，而建筑业作为典型的劳动密集型产业之一，虽然国内部分重要建筑的建造过程中已有小范围使用数控加工技术，但是成本依然很高，所以全面运用数控加工技术尚需一段时间。在此条件下，不盲目地追求高技，创造性地利用低技，通过数字技术地适当介入，在可控的范围内通过数字化技术辅助传统施工技术，在有限的资源与技术条件下达到满意的效果。国内已经开展了这类技术的相关研究与实际建造。
位于上海“五维空间”的创意产业园的“绸墙”项目是低技数字化建造有代表性的实例之一，设计任务是将一栋废弃的旧工业厂房改造成建筑设计工作室，而旧工业厂房原为上海华丰第一棉纺厂。设计者试图寻找一种朴素的建造美学和真实简单的建造过程。建筑外墙改造设计的出发点立足于真实的材料与建造表现，材料采用普通的空心混凝土砌块体，结构方面也尊崇建构理论，由于采用特殊搭接方式表达设计理念，此处的空心砖已不再是承重材料，所以设计者先行设计一个混凝土框架结构作为支撑体，在其外部完成混凝土砌块的工作。设计者希望墙体具有丝绸质感的效果，在前期设计中，提取丝绸质感的灰度，将其作为参数化的元素，利用计算机软件，确定每块空心砖的旋转角度，经过旋转，砌筑的砌块水平相接的两面产生镂空，前后两面用以维持实墙面。旋转角度不同，会产生不同的阴影和通透效果。通过有一定规律的渐变的旋转角度，使墙体呈现出如织物般柔软、皱褶的效果，特别是远观时效果更加明显。随着观看角度和阳光的变化，皱褶状态也随之改变。在建造过程中，由于是人工对空心砖进行砌筑，以手工技术的加工精度不可能实现原先设计的效果，为了平衡施工难度与最终实际效果，设计者最终确定10个空心砖旋转角度，这样大大简化了施工难度。在施工中，设计者指导工匠使用模板为砌块的角度定位，使精度误差没有过多影响最终呈现效果。
1.2 高技加工方式
随着数控加工技术的逐渐推广，国外的很多先锋设计组都在进行相应的设计实践。这些设计组借鉴汽车，飞机，造船等制造领域的技术成果来进行数控设计研究，并逐渐形成一种新的建筑潮流开始影响世界。而施工建造是建筑学始终无法回避的一个关键问题，正如我们迫切需要先进的数控加工设备一样，对数控加工技术的基本方法及实施手段的研究作为指导数控建造的手段显得格外重要。
数控加工手段可大致分为以下几方面：1）断面方法：这里的断面不同于传统意义上的剖面，它是一系列断面的组合，这里的断面可以是各个方向的，最终目的是通过放样连接完成形体建造。不同于等高成形方法，断面方法中每个断面单体根据其加工材料的结构性能，通过多个方向上的一系列拟合形体外轮廓线的断面作为自身结构构件，支撑整个建筑。雅克布的乔治餐厅运用此方法搭建而成。2）嵌片方法:嵌片的概念比较易于理解.即将完整的几何形体拆分成易于加工的细分面.在工厂批量加工生产完成后在现场装配完成。這种建造方法已经应用于复杂曲面建筑的建造中。2010年上海世博会的阿联酋展馆其流动的曲面形态源于沙漠中的沙丘，展馆的曲面被细分成均质的三角形网架，同时在网架上铺设不锈钢板，使设计意图得到充分地表达。3）折叠方法:折叠是将二维平面构件如木板或铝板弯折加工成三维的几何形体，另一方面，通过单体折叠重组的方式与嵌片有相似之处，通过三维几何体的叠加完成复杂形体的建造，形成独特的表皮肌理。扎哈设计的罗德帕克缆车站具有优美的流动形态，其复杂曲面表皮运用一定尺度的正交网格进行分割，如此对曲面分板使得每块板面形状都不相同，所以对板面进行编号后再加工。建筑结构也通过相同的施工逻辑构建，共有超过2500块不同的结构构件通过数控加工技术制造并装配。4）等高成形方法:等高成形是通过等距高度上的断面薄片叠加而成。Behrokh·Khoshnevis提出“轮廓工艺”，即通过由计算机控制的喷嘴中分层挤出材料的建造技术，从理论上看可完成整个建筑的三维空间成型。这种技术可构建单曲面或双曲面，在构建曲面过程中由计算机控制，可以保证施工的精确性。但是此工艺从结构的角度看，由于此方法使用材料自承重，所以这种构建方式存在一定的局限性。5）发泡方法:在建筑中这种技术可以用来制作五金件、立面嵌板、玻璃框等，当然更多的是用来制作大型的建筑构件，如预制板、结构件、装饰件、筑模件、墙体甚至整栋建筑;
以上方法，无论是切割、折叠还是筑模，都要用到一个或多个设备，而最终目的都是实现对三维信息模型的处理，所以如果要强化具体技术路线，就必须加强对跨学科的机械制造领域知识与经验的吸取与学习。
4.展望
在建筑师语境下对于材料的研究，“材料表达”实际上是“建造技术”的转义。问题的关键不是对于材料本身物理、化学性质的研究，而是对加工工艺和建造方式的推敲。换句话说，研究材料的双重性表达的重点在于工艺，而这正是当代建筑材料表达的新定位。对于加工方式的研究，首先，数字建造工具的参与激发出更多关于结构体系与材料性能的可能，对新型结构体系与新型建筑材料的研发和使用势必成为数字建造发展的一个重点。其次，数控加工技术无疑为完成从设计流程、设计体系、设计数据、设计思想上提出的实施创意、转换信息、创造对接提供了有力的条件。通过以上方面的研究，从数字技术的角度寻求建筑形式与物质性的统一，进而探寻提升建筑品质的方法与途径。
参考文献：
[1]袁烽.从数字化编程到数字化建造[J].时代建筑，2012（5）：10～21
[2]袁烽，葛俩峰，韩力.从数字建造走向新材料时代[J].城市建筑，2011（5）：10～14
[3]袁烽，何金.多维逻辑下的数字建造[J].新建筑，2012（1）：4～9
[4]袁烽.数字化建造-新方法论驱动下的范式转化[J].时代建筑，2012（2）：74～79
[5]国萃.双重语义-当代建筑师语境下的材料表达[J].城市建筑，2011（5）：15～17
[6]张朔炯.形态生成和物质呈现整合化设计[J].时代建筑，2012（2）：80～83
[7]袁烽，葛俩峰.用数控加工技术建造未来[J].城市建筑，2011（9）：21～24