非線性木質展亭:機器人在木結構中的應用

導讀:
由斯圖加特大學計算機設計與建筑研究所ICD,建筑結構與結構設計研究所ITKE共同設計的BUGA仿生木質展亭,詮釋了建筑領域智能建造的新方法。

智能制造裝備,即具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備,它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。智能裝備主要包括機器人配套設備、自動化生產線、智能檢測、AGV的應用以及軟硬件結合等領域。智能裝備是制造裝備的前沿和制造業的基礎,更成為當今先進國家的競爭目標。

非線性木質展亭:機器人在木結構中的應用

1、仿生學設計

基于于海膽骨架的形態學原理,BUGA展亭被設計成分段式仿生輕質木結構。同時,這種結構可以完全重復使用。所有的建筑元素和構件都是可拆卸且可重復使用。為了最大限度地減少材料消耗量和建筑結構的自重,每個構件均由兩塊薄板組成,這些薄板在建筑結構的頂部和底部各鋪設了一個圈梁,形成了一個多邊形形狀的大型中空木盒結構。

非線性木質展亭:機器人在木結構中的應用

展亭的底部有一個大型的開口,構成了一個獨特的建筑特征,同時能夠讓人們看到在組裝過程中被隱藏起來的連接節點。輕質的建筑構件通過指形接頭連接起來,同時遵循海膽骨架邊緣結構的形態學原理。在組裝的過程中,這個殼體結構通過其富有表現力的雙曲面幾何形狀,成為了一個起著形態作用的結構體。

2、智能制造

項目的設計者特別為該項目開發了一種新型,可移動的智能制造平臺,用于BUGA展館376個定制中空木質構件的自動裝配和銑削。該平臺包括兩個安裝在20英尺標準集裝箱底座上的高負荷工業機器人。工業機器人的靈活性實現了將展亭的所有預制加工工序集成在一個緊湊的制造單元中。在生產過程中,每個定制的木質殼體構件都是機械組裝的。這就需要預先設置好木板和梁、這二者之間的櫸木釘臨時固定節點,以及梁板之間結構膠接處的受控應用。

非線性木質展亭:機器人在木結構中的應用

非線性木質展亭:機器人在木結構中的應用

非線性木質展亭:機器人在木結構中的應用

在第二步中,復雜的指形接頭和開口被加工成300微米精度的區段。從梁板的組裝,到多工具加工,以及基于感官和圖像的質量控制,一切都在完全自動化的工作流程中進行。這個工作流程由200萬個自定義的機械代碼進行控制,而這些代碼則是從計算設計框架中直接導出的。

3、現場裝配

預制好的構件由兩名工匠組裝,僅用了10個工作日便完成,且不需要大量的腳手架和模板。該展亭以最少的用材實現了30米木結構大跨度,以滿足BUGA的大型活動與演出要求。木質外殼創造出一個平滑彎曲的內部空間,具有非常好的聲學效果,同時營造出獨特的建筑氛圍,人們可以在此舉辦音樂會和各種公共活動。

非線性木質展亭:機器人在木結構中的應用

非線性木質展亭:機器人在木結構中的應用

從傳統的木工到高科技的智能制造方法,這個由大師級別的工藝、數字化創新設計和多學科科學研究領域共同打造而成的BUGA木質展亭向人們展示了木結構建筑在高效性、經濟性、生態型和表現性等方面的可能性。

當前,全球制造業正加快邁向數字化、智能化時代。智能制造是實現整個制造業價值鏈的智能化和創新,是信息化與工業化深度融合的進一步提升。智能制造融合了信息技術、先進制造技術、自動化技術和人工智能技術。木結構的生產與裝配中運用的人工智能技術大大提高了其生產制造效率,智能制造對制造業競爭力的影響越來越大。

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