3D 打印和机器人发展至今，已经有了相对成熟的技术，尤其在「建造房子」这件事上，更是有着不错的发展。
今天要讲的这栋房子名为「DFAB HOUSE」，就利用了各种新颖、数字化的建造方法。
DFAB HOUSE 位于一栋大楼的顶层，建筑的外立面看上去就像一个被切了几个角的盒子，晶莹剔透的表层充满科技的味道。
这个小房子大概占地 200㎡，虽然不大，但要用新型的技术去建造它，还是需要非常多的步骤和方法。
下面我会用 5 个部分的内容，来仔细向你说明它奇特、新颖的建造方法。
△初始模型
01. 起伏的混凝土墙 Mesh Mould
房子的正中央有一道起伏的混凝土墙，看着造型简单，但从建造的技术上而言，却并不容易。
首先，需要用到一个名为「In situ Fabricator」的机器人，通过它，你可以在项目的地址上直接动工，而且非常节省人力。
△In situ Fabricator
团队先将机器人搬运到施工的地点，并且用吊车将它搬运到顶层 ▼
接着， 就是利用混凝土 3D 打印技术，把混凝土墙的形状先设计出来，并将其连接到机器人的程序当中。
这个形状是通过「Mesh Mould」——一种重新设计混凝土内部结构的方法，而计算出来的曲面 ▼
它实际上是一个三维的钢筋网格，可以有效解决普通混凝土 3D 打印技术的缺陷。
例如单元曲率及整体曲率问题；例如在过程中，由于特有的化学反应，不同层很可能会粘合度不够，形成一些缝隙，这就导致强度不够。
先通过机器人和人工在地上建造起钢筋网格 ▼
机器人会通过摄像头自动识别事先在地上准备的标识，并根据这些标识进行下一步的工作 ▼
将钢筋加工并安装，无论是在效率还是在准确率上，都比普通的人工方法高上不少 ▼
混凝土墙的「骨骼」就这么一步步地形成 ▼
接着在这些网格中填充进水泥浆料，逐层挤出并形成三维的形状，并让其从网格中突出，保持在所需的形状 ▼
内部填充后，再在表面以人工的方式进行平滑处理 ▼
最终这个曲面便完成了，这是整个房子内第一个完成的部分 ▼
02. 智能楼板 Smart Slab
房子的楼板被称为「Smart Slab」，由各个离散结构组件和 3D 打印建筑复杂构建体组成，面积达到 78㎡，悬挂在起伏的混凝土墙上 ▼ 同样的，先在电脑上「找型」，确定它的形状 ▼
采用分割式的设计，方便施工 ▼
△上部凹位是预留的楼梯井
接着制造出 3D 打印的模具 ▼
共 118 件的 3D 打印单元组件，每一个组件都有各自不同的对位凹凸槽，方便之后组装 ▼
接着便是利用 3D 打印制作组件，值得一提的是，组件的骨料采用的是玻璃纤维 ▼
打印出来以后，在表面上进行细致的人工处理 ▼
当然，模板组装的部件也不能忘记 ▼
再来，就是将组件放在模板上进行组装 ▼
组装以后，楼板的组件就完成了。Smart Slab 的几何结构设计有长达 4.5 米的悬臂，并且材料都分布在弯曲的分层网络中，优化了载荷。
不仅如此，它与传统的混凝土板相比，重量仅为 15 吨，减少了将近 70% 的重量。
完成以后，用吊车将一块块楼板部件运输到楼顶 ▼
进行组装 ▼
最终楼板完成，从房子内部看，能够看到它特殊的纹理和造型 ▼
可惜的是，最终最后一塊楼板出现了 2mm 的误差。
不过这是在接受范围以内，毕竟从没有人有过 Smart Slab 施工的经验。
楼板的样子虽然有些古怪，但与弯曲的混凝土墙有着非常和谐的氛围 ▼
03. 智能动态铸造的柱子 Smart Dynamic Casting
作为整个房子中相当重要的一部分，落地窗边上的柱子也采用了相当特别的技术，名为「智能动态铸造 Smart Dynamic Casting」，简称 SDC。
SDC 是一种连续的机器人滑移成型工艺，可以用更小的模板来做出承重混凝土结构。
首先，做出骨干的形状 ▼
接着，在预制的模板中倒入原料 ▼
然后机器开始工作，在这个过程中，动态模板会以一定的速度连续移动，使得混凝土能在精细阶段成形（此时便从柔软材料变为硬质材料）▼
可以说这个柱子就是「滑」出来的，而且无论是形状还是表面，都非常平整规范 ▼
接着便是将制作好的柱子搬运到施工场地 ▼
然后嵌进原本预留的安装孔位 ▼
04. 机器人木材空间组装Spatial Timber Assemblies
虽然从外观看不出来，但实际上 DFAB HOUSE 的第二、三层采用的是木结构 ▼
团队运用了一个专门的多机器人系统来做组装工作，被称为「Spatial Timber Assemblies」。
首先，在电脑上做出设计模型 ▼
接着将模型输入机器人的程序当中，让机器人开始工作 ▼
机器人会自动的进行工作，日以继夜 ▼
这个系统其实就是在现有的木框架建造方法上，增加了机器人及时生产零件的能力，需要什么样的木材随时都可以进行加工 ▼
因此无论木结构有多复杂，机器人都可以使木材模块高度预制，实现快速简单的现场组装 ▼
木结构完成以后，只需要将成品运输到施工现场安装即可 ▼
同样利用吊车就可以把二层的木结构运到房子上端 ▼
然后进行非常简单的组装，就搭建完成了 ▼
05. 轻量级的创新外墙 Innovative Translucent Façade System
你可能注意到 DFAB HOUSE 的立面很特别，它没有用一般常见的木材板，而是采用一种极具创新性的专利技术——「半透明立面系统」。
这个系统利用「气凝胶」来作为材料，气凝胶是一种由气体取代液体在凝胶中的位置制造而成的材料，早期只用于航联领域。
团队在二层房屋的外立面，安装了半透明的绝缘材料作为「隔膜」，隔膜之中有空隙，在当中灌入颗粒状的气凝胶 ▼
气凝胶有着优异的隔热性和半透明性，而外面的隔膜则显得非常轻盈和灵活。使用这项技术，可以让外立面有着非常高性能而且新颖的外观。
至此，DFAB HOUSE 的建造过程基本上已经全部完成。
项目的团队利用各种新颖的技术，包括3D 打印、机器人建造工程、新型混凝土制造方法……建造了出一个可以说是「前所未有」的房子。
DFAB HOUSE 由 苏黎世 ETH 学院的 8 位教授进行研究、规划，他们都隶属于一个名为 NCCR Digital Fabrication 的组织。
组织中有来自各行各业的 70 多名研究人员，专门研究如何将数字技术和物理构建流程无缝结合，彻底改变建筑的架构。
在他们的研究和努力之下，DFAB HOUSE 才得以出现。
△NCCR Digital Fabrication
因为这栋房子的存在，代表着利用新颖、可靠的技术，会让设计的自由度得到上升，使得建造成本和时间更加合理，甚至可以让项目的质量可以有更大的可控性。
这样的研究，意义非凡。
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发表于 2019-3-11 08:09:39
