自然材料建构 材料性能驱动的原木结构设计与机器人建造

自然建筑材料具有碳排放低、可再生等特性,对于建筑业可持续发展具有重要意义。文章以天然树木为例,追溯原木建造的演变历程,着重从计算设计与智能建造的技术背景下重新审视木材作为一种建筑材料的可能性,挖掘自然材料在未来可持续建造中的应用潜力。

基于机器人建造的高性能建筑未来

高性能建筑是指以性能为核心的(如环境性能、结构性能、行为性能),以多目标性能优化为导向的建筑设计作品。基于数字平台,性能参数可以被转化为几何控制参数。从数学数据(性能参数)到几何数据(形式参数)再到几何形式(建筑形态)的完整演变是计算成形的主要逻辑路径。同时,机器人建造技术作为一种参数化工具将设计结果与建造过程无缝衔接。这种性能与设计高度集成的一体化工作模式使建筑作品呈现出极高的统一性与完成度,并最终实现高质量的建筑产业化。

基于工程机器人的智能建造

文中首先介绍了机器人与工程机器人的概念。厘清了工程机械,发展到自动化机械,并最终达到智能化机器人的历史发展趋势。并按照用途将主要施工机械分为十大类。从“结构主体”“工作机构”“动力装置”,及“控制系统”四个方面,对主要施工机械进行结构功能分解。进而阐述和列举了如何针对这些常见的施工机械进行自动化改造。建筑机械的自动化内容主要包括又包含机电一体化、多功能开发、电子和微机控制等。通过与自动化机械与建造机器人的对比,思考了建筑机器人的建造设计,和如何自动化控制和操作建筑机械的施工过程,人机交互,以及数字数控平台的架构。最后结合一个实例,从而展望如何最终实现智能建造。

多模态建造机器人成套装备关键技术与应用

项目组针对环境友好、超低能耗、高效率生产建筑等行业需求,通过系统的技术研发与创新,本着“通过建筑数字建造将数字技术与建筑工业化进行深度融合,推动建筑业从碎片化、粗放型、劳动密集型生产方式向集成化、精益化、智能化生产方式转型升级,提升国家智能建造产业竞争力”的研究目标,建立了贯通性设计与建造软件控制技术,全域感知的多模态建造机器人建造装备平台,多材料建造机器人建造生产工艺等三个核心技术突破点,构建了具有自主知识产权的建筑机器人的性能化建构理论,共性技术软硬件平台以及多材料智能建造生产系统等创新成果,并进行了应用示范。成果应用于20余项高难度项目,经济与社会效益显著。

具身智能建造——“数字工匠”视角下的建筑文化传承与创新思考

数字工具的介入正在重塑传统建筑文化。智能设计算法和数字建造工具的进步预示着具身智能建造时代的到来。回归当下,智能建造的主体正处于从人到机器的过渡阶段。在此阶段,“数字工匠”以人机共生的模式对建造过程中的“身体”进行增强,塑造当代的具身智能建造主体。这种人机共生模式的机制如何?它又会带来怎样的建筑结果?文章聚焦“数字工匠”概念,从感知力、思考力和实现力三个方面,结合性能化设计、机器人建造等案例,探讨人机协作下的具身智能建造方式,以及对传统建筑中空间、形式、材料的影响。

机器人3D打印陶土及上釉技术在数字化建筑表皮设计中的探索

对缝纫纹理进行数字化模拟,随后进行机器人3D陶土打印实验并上釉,过程中由一些失误的“坠落”部分可扩展成一种新型的建筑表皮,既能充分发挥机器人3D打印的精准控制力,也兼具陶艺的优美创造力,探索新型建筑表皮形式的可能性。

视觉引导下的机器人自主建造流程及发展趋势探究

面向工业4.0(industry 4.0)的建筑产业智能化建造转型促发了建筑数控建造技术与平台研发。可编程性与精度优势使机械臂等机器人成了工业4.0时代建筑数控建造的核心工具。视觉引导技术可实现机器人自主建造,显著提高了建造效率,成为国内外学者关注的热点。本文通过梳理机器人建造的发展脉络,提出了视觉引导下的机器人自主建造流程,分析了机器人自主建造技术的未来发展趋势,为机器人自主建造系统开发提供指导。

智能建造机器人应用技术研究

对自主研发的智能建造机器人的研发思路及创新点进行阐述,详细介绍了机器人所能实现的功能:轻钢龙骨隔墙自动装配、地板铺设及码砖,同时对建造机器人的发展方向及前景进行展望。

机器人木构工艺

木材作为一种天然可再生的绿色建材,在未来建筑产业化发展中具有极大潜力。随着胶合木等生产技术的迅速提升,木材已成为一种大尺度、低质强比的高性能材料。随着数字化设计与建造技术的快速发展以及新兴数字木构工艺的创新与提升,现代木结构产业升级已经找到了重要的支撑。数字木构以数字化结构性能找形技术为基础,充分利用机器人精确高效的加工能力,使复杂木构件的大批量定制生产成为可能。江苏省园艺博览会现代木结构主题馆项目将结构找形与机器人建造技术相结合,同时通过结构性能优化以及参数化几何优化技术,实现了从设计、预制到现场监测、快速营造的全新的一体化数字建筑工艺。苏州木结构主题馆是机器人木构产业化的一次成功尝试。

基于砖、木材料的建筑机器人产业化探索

随着大批量定制的建筑生产需求,数字化设计与机器人建造技术在过去十年间,带来了设计理论的发展和对建筑产业化发展方向的反思,研究关注点也逐渐从理论范式与工具创新,转向了实践探索和建筑产业的应用。本文围绕建筑机器人建造技术,结合木构、砖构两个实践案例,分别从"建筑机器人定制化预制生产"和"建筑机器人智能化现场建造"两个角度,探索了建筑产业化的发展方向,并指出了建筑机器人建造技术和未来建筑产业升级的全新伙伴关系,提供了基于砖、木材料的建筑机器人产业化重要应用实例以及示范工程的依据。

机器人3D打印建筑的打印路径规划方法探索

3D打印混凝土已然成为引领建筑行业走向智能化的重要技术手段。从打印路径规划的视角展示当下常用的3D混凝土打印方式,探索变曲面打印与间层打印两种用以实现复杂形态的新方法,并对机械臂打印路径规划在智能建造领域中的应用前景做出展望。

“自适应控制”原理下建造智能化认知与策略

在建筑行业智能化转型的背景下,建造体系的革新为建筑实践提供了多样的优化可能性和创造潜力。针对建筑设计建造的复杂性和建造场景的动态性特点,通过对于当前应用建筑智能化领域的机器人建造自适应原理相关内容及其实践案例的研究解析,建立起面向建筑师的系统控制思维和认知。从建筑构件制造、建造环境响应、材料性能测试三个方面的细分研究入手,梳理了近十余年来以自适应控制导向下的建筑智能化设计建造的演化发展脉络;结合国内外多尺度案例分析,厘清建筑建造过程中在加工精度把控、动态环境交互和材料行为模拟等应用技术研究中的反馈循环机制;总结了包括“设计-响应-建造-感知”等核心节点在内的自适应设计建造流程以及潜在影响,并展望其未来的发展前景。

机器人建构——探索一种工程建筑学的新范式

从数字化时代建筑师的“数字著作权”概念的辨析开始,本文一方面探讨了机器人建构是如何成为工程建筑学的新范式的,并从理论和实践的角度探讨了算法与机器作为核心技术是如何影响了以生形、模拟、迭代、优化及建造为特点的建筑设计、研究与实践全流程的;另一方面也提出机器人建构是面向可持续的高性能发展目标、人机共生的设计建造方法,并将继续指导建筑师,甚至整个建造行业,促进建筑生产体系的升级。

基于Citespace的建设全寿命周期机器人研究与应用分析

建造机器人是建筑业目前的一大热点。大量的研究者与工程师为提高建筑效益、解放劳动力而进行了广泛的研究与实践。但目前该领域的研究还不够成熟,施工现场的实际应用也受到诸多限制。因此,有必要对先前研究进行系统性总结,共享研究成果并预测未来研究趋势。本文利用科学计量软件对建造机器人体系进行了定量分析,分析重点包括文献主题演化和研究共词网络演化等内容。在此基础上,本文从建设全寿命周期角度出发,定性分析了机器人在规划设计、施工和检测维护阶段中的作用与挑战。同时,提出了建造机器人研究与应用策略,即创新机器人辅助技术并构建机器人标准体系。最后提出并讨论了建造机器人研究与应用体系框架,可为今后建造机器人研究提供参考。

一种潜规则——浅谈基于结构性能的数字化形式生成及建造

当形式与功能,结构与空间等论题还在被激烈地讨论时,一种整合诸多资源的解决方案已经悄悄地出现。数字建造作为一种新工业革命的符号,其已经渗透到从工业制造到日常生活的方方面面,所以建筑学也无法独善其身。从学科的角度来讲,数字建造是一个综合多种学科知识的系统性工程,是诸多技术在某种设计原则引导下的精准表达。本文通过一些数字建造案例来剖析从设计到建造的生成过程及其研究方法。同时,一种潜在的结构与形式的理性脉络也在这个生成的过程中被严谨地发展并遵循着。

数字设计与智能建造实践——上海西岸人工智能峰会B馆

上海西岸人工智能峰会B馆是2018世界人工智能大会的主会馆之一,在有限的建造时间里,打破了常规会展建筑的设计与建造方式,通过建筑与展亭的数字设计与智能建造,在100天内实现了建筑工业化、智能化的具体实践。项目是一次对建筑数字设计与智能建造的最新探索,展现了新技术对未来建筑产业的观念与实践的改变。

基于热线切割工艺的智能建造节材优化策略研究

机械臂热线切割工艺相比其他工艺如铣削加工更快速且污染更小,在非标准形态混凝土模板生产上具有极大优势,但热线切割工艺作为减材制造工艺同样伴随着巨大的材料浪费。本文以机器人热线切割工艺为例,从设计与建造两方面提出系统的节材策略。同时基于节材思维与策略进行某教学楼参数化墙的设计建造实践。

装配式建筑智慧建造的新边界、新模式、新技术与新产业

结合国家重点研发计划项目"工业化建筑设计关键技术"的研究成果,借助BIM一体化协同设计平台,从建筑学的边界研究出发,阐述了不同历史阶段的建筑设计与建造的边界问题,并进一步结合当前数字化浪潮中装配式建筑的研究与实践经验,提出在数字设计与机器人建造等新的生产力作用下,建筑学的边界正回归到设计与建造一体化的模式。通过介绍装配式智慧建造新模式、新技术和新产业等方面的研究与实践,说明建筑的数字化、信息化、工业化和智能化在建筑领域拓展新边界、创造新模式、引发新变革、催生新产业的重要性。

装配式住宅施工技术要点及新兴应用

文章首先总结了当前预制装配式住宅的施工技术要点,以及建筑企业在预制装配式建筑施工中应重点关注的关键技术,其次概述了智能建造机器人、BIM等新兴技术在装配式住宅中的应用和需要改进的问题,最后对未来装配式住宅的发展趋势和需要着重研究的新技术进行了展望,以供参考。

机器人自动化建造的景观--自然、运算，以及自动化地形建模中的设计空间

2017年秋,苏黎世联邦理工学院与瑞士国家科研能力中心数字化制造小组就瑞士提契诺州坎顿地区的一条高速公路进行了实验性设计,该项目展示了一系列运用计算机程序和机器人原理研发的设计.基于覆盖整个提契诺河谷的激光雷达点云数据集的景观模型为项目中所有的地形塑造提供了基础。经过历时15周的探索后,项目获得了可喜的成果,同时展现出了一种通过机器人自动化设计来构思景观的新途径。