【建筑设计案例讲座】德国机器人制造的展厅建筑设计案例

作为一个建筑原型也作为一个画廊空间，“ landesgartenschau展厅 ”通过使用机器人制造技术实现了超轻木质结构。运用多种计算机设计工具，这个项目最开始由斯图加特大学的一个协作团队开发的，其中包括了计算机设计学院（ICD，achim menges教授），建筑结构和结构设计学院（ITKE，jan knippers教授），以及工程测量学院（IIGS，volker schwieger教授）。坐落于施瓦本格明德镇，这个壳状构造是由联锁榉木胶合板组成的，里面有一个125平方米的大厅。建筑整体在中间位置被捏了下去，构造出两个半球形的形状，反映出入口和内部主要展示区域的不同。

建筑是由联锁榉木胶合板组合而成

大厅是由两个独立的空间区域组成的：入口和主要的展示区。在建筑整体的几何形状中，这显示为两个不同的穹顶。在二者之间，连接的间隙空间被结构性的向下捏，从而创造出一个马鞍的形状，其中鞍的外壳是由凹陷的多边形板块组成的。弧形结构的底端部分被沿着一条直线切开，并被玻璃墙幕填充。访客们从小一点的立面进入建筑内，而从大一点的立面则可以观赏到毗邻的树丛的景色。

结构包括两个不同的圆顶，中间由马鞍相连

该项目试图巧妙的运用材料。由计算机设计工具和机器人制造辅助，这个细薄的承重结构只需要12平方米的榉木胶合板。另外，在剪裁联锁木板中产生的几乎所有废料都在制造木地板的过程中重复使用。在通过数码预制了结构和构建层（如隔热层、防水层和包层）的所有原件后，现场组装仅用4周时间就完成了。

游客通过较小的玻璃幕墙进入建筑
设计参考了生物学程序，特别是超轻的木质结构参考了海胆的骨架。这“运用了碳酸钙薄板的模块化系统，在薄板边缘加以微小的联锁凸起部分，和人造手指关节非常相似。”

联锁胶合板几何图形直接转化为对内部空间的限定

结构的设计经过了先进的计算机设计工具的大量辅助。数码程序可以让特定的材料特性和数据参数应用在虚拟空间里，继而为最优化进行优化配置的仿真。“而不是手工绘制每一个薄板，薄板的设计空间被纳入自动结构检索的仿真和优化过程中，这包括了参数和机器人制造的限制。”

从内部空间可以观赏到毗邻的树丛

作为非常详尽、参数化设计计算机模型的成果，工程运用了机器人工具来预制构建原件。这些原件包含了243个形状独特的榉木胶合板，以及隔热层、防水层和包层。这个结构的组成包括“7600个手指关节，通过它们环环相扣的连接才保持了建筑的结构稳定性。”

243块薄板中的每一块对于其在结构中的位置都是独一无二的

在组装过程中，对整个建筑组成部分的机器人预制可以带来更高的精密度。为了确保这一点，项目运用了先进的测量技术，包括了一个“可以在亚毫米范围内扫描的激光跟踪器”。项目组解释说：“最后完工的建筑会再次经过三维扫描，以分析结构的长期表现。在这一点上，我们已经可能得出结论，用来测量建造准确性的胶合板平面内的平均方差只有0.86mm。相较于传统的木质结构公差，这是一个非常低的数值——特别是考虑到平板结构是用来同时建造外壳和内部表面。最终，这样的精度是木结构中连接的几何图形发挥作用的必要条件。”

landesgartenschau展厅是由机器人制造的榉木胶合板组成的，堪称同类建筑的首创。这种超轻木质层同时也被用来当作结构和外壳，薄板边缘的结构负荷量被机器人制造的手指关节高效转化了。“这种新型的木质构造可以让建筑只由50mm厚的胶合板组成。运用本地产的榉木不仅仅是为了符合中欧日后的造林策略，也是因为这种材料的卓越机械特性适合超轻木质构造。”

展览空间是两年一次“landesgartenschau”的一部分，也是斯图加特大学的“木结构建筑中的机器人”的研究项目的一部分。


KUKA机器人被用来塑造每一个联锁薄板


薄板延伸到位，手工安装


临时框架支撑部分组装结构


整个装配过程只用了4周


运用了额外的构建层和外覆层


绘图


设计过程中由计算机工具辅助计算结构力





项目组继续说：“手指关节的连接在建筑内部仍然清晰可见，这类似于海胆的微观连接点，只有用七轴机器人制造安装时才可以产生效率。工业机器人的运动灵活性对于生产出这种复杂而个性化的几何图形至关重要。因此，和海胆的板骨架类似，所有的胶合板在几何上都是独一无二的，而且这不会造成额外的困难。预制这些薄板外壳原件只需要3周的时间。”