建筑空间的数字化建造探讨

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1相关背景

数字时代，技术的进步和美学的发展都为数字建造带来了巨大的推动力。众多艺术家通过数字编程的方式创造生成式艺术作品。各种各样丰富的视觉艺术及各种因应感官的艺术作品为人们带来了全新的体验。面对时代的改变、技术的进步和美学的发展，数字建造顺势盛行。建筑师弗兰克•盖里（FrankGehry）和盖瑞格•林（GregLynn）作为先行者为我们带来了数字建造的新形式，由计算机控制制造建筑组件的方式为人们带来了前所未有的新的建筑形态可能性。此后越来越多的建筑师开始打破传统建筑严格的几何形式，开始以前所未有的方式进行设计。

2设计方式

数字建造运用计算机控制的工具将数字设计变成了物理实体。这种方式对设计也产生了新的影响。设计方式上产生了从数字化到物理化再到数字化的转换过程。首先，是设计的前期阶段，设计师们可以利用各种软件进行设计推敲，尤其是目前编程类原理的介入，设计师们开始广泛运用Grasshopper之类的软件，通过参数控制生成多种不同的设计结果，从而方便人们进行设计选型。在数字化软件过程中由于存在虚拟推敲的制约性，设计师可以通过制作物理模型进行设计推敲，从而对数字化阶段的设计制图进行反馈并做出设计修改。在设计不断修正和完善之后，设计师可以借助于数控技术进行十分精确的数字化建造。整个过程都是以数字化为主导的，这些不同于以往任何时候的设计过程。总而言之，这种新型技术条件导致设计过程的数字化和设计对象的数字化。

3设计特点

首先，数字化建造是去中心化的。在这种生产条件下，大型工厂已经不再是必需的。相反的，技术已经本土化了。产品信息可以非常迅速快捷地传递。现在是世界化的设计、本土化的制造，这已经完全有别于工业化大批量生产时代。其次，数字建造的包容性。数控设备往往可以同时完成多种不同规格和类型产品的制造，从而占用更少的资源和空间，不必像工业化大批量生产那样要求每一种产品都需要找到一个工厂进行生产。另外，数字建造是十分低廉的。数字建造条件下，关于产品运输以及前期设计的费用都被节省下来，成本将集中在原材料和运转数字建造设备的能源损耗。工业化时代的产品供应链极大地左右了产品的价格。一个产品的成本就可能包括开采矿藏、运输原材料、运转机器、市场运作等各个环节，这样由社会分工和产业链导致的零碎分割导致成本的上升。数字建造是可以满足用户定制的。网络正在革新信息传播的媒介，用户可以自己创作信息内容。传统媒介，如电视、报纸和无线电等等通常是一种单向通道，这使其容易成为信息的消费者而非创作者。但是通过博客、维基百科等等，任何人都可以信息。数字化制造代表了以用户为中心的革命，人们不再需要购买大批量化生产产品，而是可以将自己的创意融入定制化产品之中。

4建造方法

关于数字建造的方式和手段目前呈现出不同的说法，但是基于建造工具和技术的限制，大致都大同小异。例如，由英国曼彻斯特建筑学院的NickDunn在2012年出版的《建筑中的数字建造》（DigitalFabricationinArchitecture）一书提出的五种方法是比较常见的说法。

（1）等高线法（Contouring）。通过等距高度上的断面薄片叠加而成。当然，通过数控加工机床（CNCmachinetools）的平行加工模式或者3D打印机加工完成的建筑构件也在这一类中。最典型的便是3D打印机所使用的材料以及用于数控加工机床加工的材料，它们不限于传统材料，弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等都可供选择。UrbanA&O工作室的骨墙（bonewall）正是通过五轴CNC对中密度压型板材的加工组装而成。

（2）折叠法（Folding）。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，或将三维形体在特定框架中折叠组合得到需要的形体。PTW建筑事务所的天堂入口展亭（entryparadisepavilion），通过展开的特质尼龙膜结构折叠组装而成空间的曲面喇叭状连接物。

（3）成型加工法（Forming）。通过大量细分构件的组合装配完成，构件的成形方式可以为CNC刻模浇筑而成。这里所说的筑模材料显然不是混凝土之类的传统材料，佛罗伦西亚•皮塔（FlorenciaPita）的展品爱丽丝（Alice）便是通过将PETG混合黄色乙烯基材料，往数控机床加工好的模具中倒模而成。

（4）切片法（Sectioning）。通过一系列纵断面的组合形成整体框架，断面的尺寸、形状、空间节点均通过三维模拟得到。断面构件通常是作为结构构件出现，由于形态的非线性特点，要求寻找易于加工成弧形的坚硬承重材料或者便于镂空加工的板材。

（5）镶嵌法（Tiling）。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。东京空域（airspacetokyo）的双层外壳采用了铝和塑料合成材料，通常这些材料用于大型公告牌的制作。

5加工技术

在目前数字化时代，数控技术开始越来越占据主导地位。数控机床、激光切割机、机械臂等数字化的生产技术出现以后，精确制造复杂形体的零部件变得简单可行。目前数字化的加工和建造技术主要包括在毛坯上采用去材法加工的数控机床切削加工，毛坯等材加工等铸造、锻造及模具成型（注塑、冲压等）技术，用成型材料作增材法加工的快速成型制造技术三大类。对于建筑建造领域，也有人开始尝试采用，以适应建筑形体日趋复杂的变化趋势。数控机床是一种被机械行业广泛使用的加工设备，建筑行业也开始使用，它以计算机程序指令控制加工过程的各种动作和运动参数，可以对多种人工合成和天然材料进行加工，可以高精度地加工外形复杂的工件。另外，还有快速成型技术。在计算机的控制下快速成型机的成型头选择性地固化一层层的液体材料。快速成型技术是近年来工业界大力发展的一种新型制造技术，突破了“毛坯—切削加工—成品”传统的零件加工模式，与传统的切削加工方法相比，快速成型加工具有很多优点。例如，可迅速制造出自由曲面和更为复杂形态的零件，并且零件的复杂程度和生产批量与制造成本基本无关；非接触加工、无振动，噪声和切削废料；加工效率高，可实现完全自动生产等等。

6结语

数字化建造代表了未来建筑设计与建造的发展趋势，新型技术对于传统的思维方式产生了挑战，从图纸到建造都成为数字化控制。这就对我们设计师的设计思维和工作方式都提出了新的命题，新型技术希望能够更好地创造合理完善的空间。

作者：丁俊 宋晓真 单位：苏州工艺美术职业技术学院