建筑空間的數(shù)字化建造

丁俊　宋曉真

摘 要：數(shù)字技術(shù)帶來(lái)了新型的生產(chǎn)條件，給設(shè)計(jì)和建造方式都帶來(lái)了新型的變化，在建造方式和加工技術(shù)上產(chǎn)生了新的變化，對(duì)其進(jìn)行分析能夠?yàn)橐驊?yīng)新型條件，探尋更多設(shè)計(jì)創(chuàng)作的可能性。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)方式；設(shè)計(jì)特點(diǎn)；建造方法；加工技術(shù)

1 相關(guān)背景

數(shù)字時(shí)代，技術(shù)的進(jìn)步和美學(xué)的發(fā)展都為數(shù)字建造帶來(lái)了巨大的推動(dòng)力。眾多藝術(shù)家通過(guò)數(shù)字編程的方式創(chuàng)造生成式藝術(shù)作品。各種各樣豐富的視覺(jué)藝術(shù)及各種因應(yīng)感官的藝術(shù)作品為人們帶來(lái)了全新的體驗(yàn)。面對(duì)時(shí)代的改變、技術(shù)的進(jìn)步和美學(xué)的發(fā)展，數(shù)字建造順勢(shì)盛行。建筑師弗蘭克·蓋里（Frank Gehry）和蓋瑞格·林（Greg Lynn）作為先行者為我們帶來(lái)了數(shù)字建造的新形式，由計(jì)算機(jī)控制制造建筑組件的方式為人們帶來(lái)了前所未有的新的建筑形態(tài)可能性。此后越來(lái)越多的建筑師開(kāi)始打破傳統(tǒng)建筑嚴(yán)格的幾何形式，開(kāi)始以前所未有的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)方式

數(shù)字建造運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制的工具將數(shù)字設(shè)計(jì)變成了物理實(shí)體。這種方式對(duì)設(shè)計(jì)也產(chǎn)生了新的影響。設(shè)計(jì)方式上產(chǎn)生了從數(shù)字化到物理化再到數(shù)字化的轉(zhuǎn)換過(guò)程。首先，是設(shè)計(jì)的前期階段，設(shè)計(jì)師們可以利用各種軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)推敲，尤其是目前編程類(lèi)原理的介入，設(shè)計(jì)師們開(kāi)始廣泛運(yùn)用Grasshopper之類(lèi)的軟件，通過(guò)參數(shù)控制生成多種不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，從而方便人們進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。在數(shù)字化軟件過(guò)程中由于存在虛擬推敲的制約性，設(shè)計(jì)師可以通過(guò)制作物理模型進(jìn)行設(shè)計(jì)推敲，從而對(duì)數(shù)字化階段的設(shè)計(jì)制圖進(jìn)行反饋并做出設(shè)計(jì)修改。在設(shè)計(jì)不斷修正和完善之后，設(shè)計(jì)師可以借助于數(shù)控技術(shù)進(jìn)行十分精確的數(shù)字化建造。整個(gè)過(guò)程都是以數(shù)字化為主導(dǎo)的，這些不同于以往任何時(shí)候的設(shè)計(jì)過(guò)程?？偠灾?，這種新型技術(shù)條件導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)字化和設(shè)計(jì)對(duì)象的數(shù)字化。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

首先，數(shù)字化建造是去中心化的。在這種生產(chǎn)條件下，大型工廠(chǎng)已經(jīng)不再是必需的。相反的，技術(shù)已經(jīng)本土化了。產(chǎn)品信息可以非常迅速快捷地傳遞。現(xiàn)在是世界化的設(shè)計(jì)、本土化的制造，這已經(jīng)完全有別于工業(yè)化大批量生產(chǎn)時(shí)代。其次，數(shù)字建造的包容性。數(shù)控設(shè)備往往可以同時(shí)完成多種不同規(guī)格和類(lèi)型產(chǎn)品的制造，從而占用更少的資源和空間，不必像工業(yè)化大批量生產(chǎn)那樣要求每一種產(chǎn)品都需要找到一個(gè)工廠(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)。另外，數(shù)字建造是十分低廉的。數(shù)字建造條件下，關(guān)于產(chǎn)品運(yùn)輸以及前期設(shè)計(jì)的費(fèi)用都被節(jié)省下來(lái)，成本將集中在原材料和運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)字建造設(shè)備的能源損耗。工業(yè)化時(shí)代的產(chǎn)品供應(yīng)鏈極大地左右了產(chǎn)品的價(jià)格。一個(gè)產(chǎn)品的成本就可能包括開(kāi)采礦藏、運(yùn)輸原材料、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器、市場(chǎng)運(yùn)作等各個(gè)環(huán)節(jié)，這樣由社會(huì)分工和產(chǎn)業(yè)鏈導(dǎo)致的零碎分割導(dǎo)致成本的上升。數(shù)字建造是可以滿(mǎn)足用戶(hù)定制的。網(wǎng)絡(luò)正在革新信息傳播的媒介，用戶(hù)可以自己創(chuàng)作信息內(nèi)容。傳統(tǒng)媒介，如電視、報(bào)紙和無(wú)線(xiàn)電等等通常是一種單向通道，這使其容易成為信息的消費(fèi)者而非創(chuàng)作者。但是通過(guò)博客、維基百科等等，任何人都可以發(fā)布信息。數(shù)字化制造代表了以用戶(hù)為中心的革命，人們不再需要購(gòu)買(mǎi)大批量化生產(chǎn)產(chǎn)品，而是可以將自己的創(chuàng)意融入定制化產(chǎn)品之中。

4 建造方法

關(guān)于數(shù)字建造的方式和手段目前呈現(xiàn)出不同的說(shuō)法，但是基于建造工具和技術(shù)的限制，大致都大同小異。例如，由英國(guó)曼徹斯特建筑學(xué)院的Nick Dunn在2012年出版的《建筑中的數(shù)字建造》（Digital Fabrication in Architecture）一書(shū)提出的五種方法是比較常見(jiàn)的說(shuō)法。

（1）等高線(xiàn)法（Contouring）。通過(guò)等距高度上的斷面薄片疊加而成。當(dāng)然，通過(guò)數(shù)控加工機(jī)床（CNC machine tools）的平行加工模式或者3D打印機(jī)加工完成的建筑構(gòu)件也在這一類(lèi)中。最典型的便是3D打印機(jī)所使用的材料以及用于數(shù)控加工機(jī)床加工的材料，它們不限于傳統(tǒng)材料，彈性伸縮、高性能復(fù)合、熔模鑄造等都可供選擇。Urban A&O 工作室的骨墻（bone wall）正是通過(guò)五軸CNC對(duì)中密度壓型板材的加工組裝而成。

（2）折疊法（Folding）。將二維平面構(gòu)件如木板或鋁板彎折加工成三維的幾何形體，或?qū)⑷S形體在特定框架中折疊組合得到需要的形體。PTW建筑事務(wù)所的天堂入口展亭（entry paradise pavilion），通過(guò)展開(kāi)的特質(zhì)尼龍膜結(jié)構(gòu)折疊組裝而成空間的曲面喇叭狀連接物。

（3）成型加工法（Forming）。通過(guò)大量細(xì)分構(gòu)件的組合裝配完成，構(gòu)件的成形方式可以為CNC刻模澆筑而成。這里所說(shuō)的筑模材料顯然不是混凝土之類(lèi)的傳統(tǒng)材料，佛羅倫西亞·皮塔（Florencia Pita）的展品愛(ài)麗絲（Alice）便是通過(guò)將PETG混合黃色乙烯基材料，往數(shù)控機(jī)床加工好的模具中倒模而成。

（4）切片法（Sectioning）。通過(guò)一系列縱斷面的組合形成整體框架，斷面的尺寸、形狀、空間節(jié)點(diǎn)均通過(guò)三維模擬得到。斷面構(gòu)件通常是作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)，由于形態(tài)的非線(xiàn)性特點(diǎn)，要求尋找易于加工成弧形的堅(jiān)硬承重材料或者便于鏤空加工的板材。

（5）鑲嵌法（Tiling）。將完整的幾何形體拆分成易于加工的細(xì)分面，在工廠(chǎng)批量加工生產(chǎn)完成后在現(xiàn)場(chǎng)裝配完成。東京空域（airspace tokyo）的雙層外殼采用了鋁和塑料合成材料，通常這些材料用于大型公告牌的制作。

5 加工技術(shù)

在目前數(shù)字化時(shí)代，數(shù)控技術(shù)開(kāi)始越來(lái)越占據(jù)主導(dǎo)地位。數(shù)控機(jī)床、激光切割機(jī)、機(jī)械臂等數(shù)字化的生產(chǎn)技術(shù)出現(xiàn)以后，精確制造復(fù)雜形體的零部件變得簡(jiǎn)單可行。

目前數(shù)字化的加工和建造技術(shù)主要包括在毛坯上采用去材法加工的數(shù)控機(jī)床切削加工，毛坯等材加工等鑄造、鍛造及模具成型（注塑、沖壓等）技術(shù)，用成型材料作增材法加工的快速成型制造技術(shù)三大類(lèi)。對(duì)于建筑建造領(lǐng)域，也有人開(kāi)始嘗試采用，以適應(yīng)建筑形體日趨復(fù)雜的變化趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)床是一種被機(jī)械行業(yè)廣泛使用的加工設(shè)備，建筑行業(yè)也開(kāi)始使用，它以計(jì)算機(jī)程序指令控制加工過(guò)程的各種動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可以對(duì)多種人工合成和天然材料進(jìn)行加工，可以高精度地加工外形復(fù)雜的工件。

另外，還有快速成型技術(shù)。在計(jì)算機(jī)的控制下快速成型機(jī)的成型頭選擇性地固化一層層的液體材料。快速成型技術(shù)是近年來(lái)工業(yè)界大力發(fā)展的一種新型制造技術(shù)，突破了“毛坯—切削加工—成品”傳統(tǒng)的零件加工模式，與傳統(tǒng)的切削加工方法相比，快速成型加工具有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，可迅速制造出自由曲面和更為復(fù)雜形態(tài)的零件，并且零件的復(fù)雜程度和生產(chǎn)批量與制造成本基本無(wú)關(guān)；非接觸加工、無(wú)振動(dòng)，噪聲和切削廢料；加工效率高，可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)生產(chǎn)等等。

6 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化建造代表了未來(lái)建筑設(shè)計(jì)與建造的發(fā)展趨勢(shì)，新型技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)的思維方式產(chǎn)生了挑戰(zhàn)，從圖紙到建造都成為數(shù)字化控制。這就對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思維和工作方式都提出了新的命題，新型技術(shù)希望能夠更好地創(chuàng)造合理完善的空間。

作者簡(jiǎn)介：丁?。?982—），男，蘇州工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

宋曉真（1981—），女，蘇州工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。