本文轉自：設計有物 微信公衆号ID: shejiyouwu

數字化建築

DFAB HOUSE

3D 打印和機器人發展至今，已經有了相對成熟的技術，尤其在「建造房子」這件事上，更是有着不錯的發展。

今天要講的這棟房子名為「DFAB HOUSE」，就利用了各種新穎、數字化的建造方法。

DFAB HOUSE 位于一棟大樓的頂層，建築的外立面看上去就像一個被切了幾個角的盒子，晶瑩剔透的表層充滿科技的味道。

這個小房子大概占地 200㎡，雖然不大，但要用新型的技術去建造它，還是需要非常多的步驟和方法。

下面我會用 5 個部分的内容，來仔細向你說明它奇特、新穎的建造方法。

△初始模型

01. 起伏的混凝土牆

Mesh Mould

房子的正中央有一道起伏的混凝土牆，看着造型簡單，但從建造的技術上而言，卻并不容易。

首先，需要用到一個名為「In situ Fabricator」的機器人，通過它，你可以在項目的地址上直接動工，而且非常節省人力。

△In situ Fabricator

團隊先将機器人搬運到施工的地點，并且用吊車将它搬運到頂層 ▼

接着， 就是利用混凝土 3D 打印技術，把混凝土牆的形狀先設計出來，并将其連接到機器人的程序當中。

這個形狀是通過「Mesh Mould」——一種重新設計混凝土内部結構的方法，而計算出來的曲面 ▼

它實際上是一個三維的鋼筋網格，可以有效解決普通混凝土 3D 打印技術的缺陷。

例如單元曲率及整體曲率問題；例如在過程中，由于特有的化學反應，不同層很可能會粘合度不夠，形成一些縫隙，這就導緻強度不夠。

先通過機器人和人工在地上建造起鋼筋網格 ▼

機器人會通過攝像頭自動識别事先在地上準備的标識，并根據這些标識進行下一步的工作 ▼

将鋼筋加工并安裝，無論是在效率還是在準确率上，都比普通的人工方法高上不少 ▼

混凝土牆的「骨骼」就這麼一步步地形成 ▼

接着在這些網格中填充進水泥漿料，逐層擠出并形成三維的形狀，并讓其從網格中突出，保持在所需的形狀 ▼

内部填充後，再在表面以人工的方式進行平滑處理 ▼

最終這個曲面便完成了，這是整個房子内第一個完成的部分 ▼

02. 智能樓闆

Smart Slab

房子的樓闆被稱為「Smart Slab」，由各個離散結構組件和 3D 打印建築複雜構建體組成，面積達到 78㎡，懸挂在起伏的混凝土牆上 ▼

同樣的，先在電腦上「找型」，确定它的形狀 ▼

采用分割式的設計，方便施工 ▼

△上部凹位是預留的樓梯井

接着制造出 3D 打印的模具 ▼

共 118 件的 3D 打印單元組件，每一個組件都有各自不同的對位凹凸槽，方便之後組裝 ▼

接着便是利用 3D 打印制作組件，值得一提的是，組件的骨料采用的是玻璃纖維 ▼

打印出來以後，在表面上進行細緻的人工處理 ▼

當然，模闆組裝的部件也不能忘記 ▼

再來，就是将組件放在模闆上進行組裝 ▼

組裝以後，樓闆的組件就完成了。Smart Slab 的幾何結構設計有長達 4.5 米的懸臂，并且材料都分布在彎曲的分層網絡中，優化了載荷。

不僅如此，它與傳統的混凝土闆相比，重量僅為 15 噸，減少了将近 70% 的重量。

完成以後，用吊車将一塊塊樓闆部件運輸到樓頂 ▼

進行組裝 ▼

最終樓闆完成，從房子内部看，能夠看到它特殊的紋理和造型 ▼

可惜的是，最終最後一塊樓闆出現了 2mm 的誤差。

不過這是在接受範圍以内，畢竟從沒有人有過 Smart Slab 施工的經驗。

樓闆的樣子雖然有些古怪，但與彎曲的混凝土牆有着非常和諧的氛圍 ▼

03. 智能動态鑄造的柱子

Smart Dynamic Casting

作為整個房子中相當重要的一部分，落地窗邊上的柱子也采用了相當特别的技術，名為「智能動态鑄造 Smart Dynamic Casting」，簡稱 SDC。

SDC 是一種連續的機器人滑移成型工藝，可以用更小的模闆來做出承重混凝土結構。

首先，做出鋼筋的形狀 ▼

接着，在預制的模闆中倒入混凝土 ▼

然後機器開始工作，在這個過程中，動态模闆會以一定的速度連續移動，使得混凝土能在精細階段成形（此時便從柔軟材料變為硬質材料）▼

可以說這個柱子就是「滑」出來的，而且無論是形狀還是表面，都非常平整規範 ▼

将制作好的柱子搬運到施工場地 ▼

然後嵌進原本預留的安裝孔位 ▼

04. 機器人木材空間組裝

Spatial Timber Assemblies

首先，在電腦上做出設計模型 ▼

接着将模型輸入機器人的程序當中，讓機器人開始工作 ▼

機器人會自動的進行工作，日以繼夜 ▼

這個系統其實就是在現有的木框架建造方法上，增加了機器人及時生産零件的能力，需要什麼樣的木材随時都可以進行加工 ▼

因此無論木結構有多複雜，機器人都可以使木材模塊高度預制，實現快速簡單的現場組裝 ▼

木結構完成以後，隻需要将成品運輸到施工現場安裝即可 ▼

同樣利用吊車就可以把二層的木結構運到房子上端 ▼

然後進行非常簡單的組裝，就搭建完成了 ▼

05. 輕量級的創新外牆

Innovative Translucent Façade System

你可能注意到 DFAB HOUSE 的立面很特别，它沒有用一般常見的木材闆，而是采用一種極具創新性的專利技術——「半透明立面系統」。

這個系統利用「氣凝膠」來作為材料，氣凝膠是一種由氣體取代液體在凝膠中的位置制造而成的材料，早期隻用于航聯領域。

團隊在二層房屋的外立面，安裝了半透明的絕緣材料作為「隔膜」，隔膜之中有空隙，在當中灌入顆粒狀的氣凝膠 ▼

氣凝膠有着優異的隔熱性和半透明性，而外面的隔膜則顯得非常輕盈和靈活。使用這項技術，可以讓外立面有着非常高性能而且新穎的外觀。

至此，DFAB HOUSE 的建造過程基本上已經全部完成。

項目的團隊利用各種新穎的技術，包括3D 打印、機器人建造工程、新型混凝土制造方法……建造了出一個可以說是「前所未有」的房子。

DFAB HOUSE 由 蘇黎世 ETH 學院的 8 位教授進行研究、規劃，他們都隸屬于一個名為 NCCR Digital Fabrication 的組織。

組織中有來自各行各業的 70 多名研究人員，專門研究如何将數字技術和物理構建流程無縫結合，徹底改變建築的架構。

在他們的研究和努力之下，DFAB HOUSE 才得以出現。

△NCCR Digital Fabrication

因為這棟房子的存在，代表着利用新穎、可靠的技術，會讓設計的自由度得到上升，使得建造成本和時間更加合理，甚至可以讓項目的質量可以有更大的可控性。

這樣的研究，意義非凡。

本文圖片、視頻動圖制作來源于 DFAB HOUSE項（http://dfabhouse.ch/），版權歸 DFAB HOUSE 項目方所有。

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