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建筑师将最新的制造、设计和可视化应用于古老的木材

木头你想象

建筑师将最新的制造、设计和可视化应用于古老的木材

Gilles Retsin和Stephan Markus Albrecht的纽伦堡音乐厅方案利用了该项目位于德国巴伐利亚地区的位置,该地区以其丰富的木材而闻名。(Gilles Retsin)

每隔一段时间,建筑领域就会出现被誉为下一个“建筑材料奇迹”的材料。混凝土使罗马帝国得以扩张,钢铁使城市密集到以前无法想象的高度,塑料重建了建筑内部和建筑经济。

但我们有理由质疑,在21世纪,木材在长达几千年的时间线上被赋予了一个奇迹的地位。尽管其粗糙的表面和它产生的像拼图一样的组装似乎与当前全球对指数级建筑发展的需求背道而驰,但正是木材的耐用性、可再生性和碳封存(而不是释放)的能力,激发了建筑行业在未来的大量投资。

交错木材(解释水平理论)是一种高弹性的工程木材,由实锯材层粘在一起制成,最早于20世纪90年代初在欧洲开发,但直到21世纪初才普遍使用,直到2015年才被纳入国际建筑规范。世界各地的中大型公司一直在竞争建造最大或最高的木结构,以证明其与混凝土和钢的可比性,一些独立的从业者一直在应用最新的制造方法、计算设计技术,以及原始材料的可视化软件。在这里,一个展览展示了目前正在进行的实验工作的横截面,相信木材可以成为未来的混凝土,钢铁和塑料已经在过去。

安娜莉莎Meyboom

由木板条组装而成的向上层叠的墙的照片
Wander木亭的制作和组装历时三天,展示了木材在机器人制造方法中的广泛形式和应用。(大卫·科雷亚)

2018年秋季,15位教授安娜莉莎Meyboom的学生在英属哥伦比亚大学(哥伦比亚大学与滑铁卢大学的David Correa、智慧城市的Oliver David Krieg以及22个行业参与者一起设计和建造了第三个年漂移木亭,一个扭曲的格子木结构,由完全不相同的部件组成。

利用先进的制造资源,可在UBC高级木材加工中心该项目对其设计团队来说既是一个学习的机会,也向更广泛的公众展示了木材是一种更可行的材料,当代制造技术可以应用于此。展馆的一端有一个长凳,足够容纳两个人,公众邀请他们测试结构的强度和耐久性。

虽然展馆只需要三天的现场制作和组装,但大量的时间和精力都花在了确保它的快速组装上。建立了一个严格的设计工作流,平衡了迭代设计过程和快速几何输出,考虑了逻辑装配顺序。展馆的每一块都经过碾磨,相互锁紧,然后用金属铆钉进一步固定。

该项目的设计部分是为了教授学生一种策略,在应用新材料的同时缩小数字设计和物理制造之间的差距。根据Meyboom的说法,在整个制造过程中都使用了标准的工业机器人,然后“通过专门的积分器在木材上工作”。

吉勒-瑞辛

玻璃幕墙的木质音乐厅效果图
Gilles Retsin和Stephan Markus Albrecht的纽伦堡音乐厅设计通过从外部可见的30英尺高的CLT模块表达了木材的轻盈。(Gilles Retsin)

而伦敦的建筑师兼教授Gilles Retsin巴特利特建筑学院长期以来,该公司一直在尝试计算设计和新颖的制造方法,最近的焦点是木材他的实践转向一个大胆的新方向例如,2019年初,建筑师在伦敦皇家学院安装了一个巨大的木结构,通过使用微软的Hololens,这是建筑师首次尝试将增强现实应用于模块化木结构。Retsin解释道:“我们使用AR将数字模型的指令直接发送给现场工作的团队。“因此,增强现实技术帮助我们了解一个完全自动化的施工过程是什么样子的,在这个过程中,数字模型可以直接与现场的人和机器人进行交流。”

在最近在德国纽伦堡举行的一次国际比赛中,雷辛将目光投向了一个更大的规模,这将是世界上第一个机器人预制木材音乐厅。与建筑师合作设计斯蒂芬·马库斯·阿尔布雷希特工程咨询公司Bollinger-Grohmann,气候工程师Transsolar和声学专家剧院项目,该方案利用了场地的位置,该地区木材丰富,同时设想了材料的应用,以独特的挑战建筑类型。建筑的形式展示了材料的轻盈性,主要大厅空间使用了30英尺的锯齿状CLT预制模块,通过无缝玻璃外壳从外部暴露出来。

“用木材进行设计不仅意味着一个更可持续的未来,而且也让建筑师从一开始就对建筑进行深刻的重新设计,”雷辛说。“这是一项具有挑战性的创造性任务,我们真的再次质疑了建筑的基本组成部分。”

凯西雷姆曾为此写过

用木材建造的层叠房间的效果图
NN_House 1的虫眼视图揭示了3D神经网络设计和木材结构的限制之间的来回。(官凯西Rehm)

SCI-Arc教授凯西雷姆曾为此写过,与木材一起工作意味着同时挑战建筑领域的许多问题。在洛杉矶,木材是一种很少被考虑的建筑材料,因为它的运输和制造需要大量的时间和材料成本。“现在,”雷姆说,“该行业正在手工将两个六个木块放入工业压力机,将它们压成面板,然后手工切割窗户开口。”但他认为,如果木材废料本身被用作建筑材料,这种材料可能在全球范围内更具成本效益。

而木材则被用于建造越来越大的结构在世界各地,如多层住宅开发和办公楼,Rehm相信,该材料可以合理地适应较小规模,以便快速部署。在这种情况下,雷姆一直在与他的学生一起研究策略,为洛杉矶的无家可归者住房和附属住宅单元建造廉价的CLT面板,洛杉矶是一个住房短缺特别明显的城市。

但除了作为一种成本和材料效率的潜在材料,建筑师已经将木材应用到他最具探索性的设计工作中。NN_House 1是Rehm于2018年在加州约书亚树的沙漠平原上提出的一处大型单层住宅,其部分设计使用了3 d神经网络在房间之间发展模糊的划分,以及模糊内部和外部之间的界限。人工智能接受了现代主义建筑师的训练——同时也产生了自己的特质——以开发一个具有多重空间解读的生活空间。

基威湖Sotamaa

一个有棱角的黑色木屋模型
陨石的设计既考虑了整体的外部,也考虑了亲密的内部,并为安装和储存提供了二次空间。(基维·索塔马)

作为一名在芬兰工作的建筑师,基威湖Sotamaa在他的社区中肯定不是独一无二的,因为他对木材建筑的深远可能性表示钦佩。然而,他正在对其在国内的应用进行新颖的研究,重新设想如何将木材用作住宅建筑的主要材料。

“陨石”(The Meteorite)是建筑师在赫尔辛基附近设计的一座三层住宅,完全由当地生长的CLT建造,其设计采用了一种组织策略,建筑师将其称为“错位者”。“正如Sotamaa所定义的,这个系统创建了两个不同的正式系统,产生了房间大小的间隙空间,同时作为建筑技术系统的绝缘、存储空间和住房。”“从美学上讲,”Sotamaa阐述道,“这种不适应的策略允许在外部创造一个大型的整体形式,这解决了森林的规模,以及室内复杂的人类尺度的空间安排。”据这位建筑师估计,这栋房屋的CLT板总共从大气中吸收了59488公斤(约合65吨)的二氧化碳。

陨石被开发和介绍给客户使用虚拟现实, Sotamaa希望将其他可视化技术应用到木结构建筑的设计和生产中,包括增强现实这可以让施工人员在现场实时查看组装指令。Sotamaa解释说:“当零件在现场按顺序排列并有明确的指示时,三维拼图的组装就能迅速有效地完成,与传统的施工过程相比,节省了能源和资源。”

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