非线性木质展亭:机器人在木结构中的应用

导读:
由斯图加特大学计算机设计与建筑研究所ICD,建筑结构与结构设计研究所ITKE共同设计的BUGA仿生木质展亭,诠释了建筑领域智能建造的新方法。

智能制造装备,即具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备,它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。智能装备主要包括机器人配套设备、自动化生产线、智能检测、AGV的应用以及软硬件结合等领域。智能装备是制造装备的前沿和制造业的基础,更成为当今先进国家的竞争目标。

非线性木质展亭:机器人在木结构中的应用

1、仿生学设计

基于于海胆骨架的形态学原理,BUGA展亭被设计成分段式仿生轻质木结构。同时,这种结构可以完全重复使用。所有的建筑元素和构件都是可拆卸且可重复使用。为了最大限度地减少材料消耗量和建筑结构的自重,每个构件均由两块薄板组成,这些薄板在建筑结构的顶部和底部各铺设了一个圈梁,形成了一个多边形形状的大型中空木盒结构。

非线性木质展亭:机器人在木结构中的应用

展亭的底部有一个大型的开口,构成了一个独特的建筑特征,同时能够让人们看到在组装过程中被隐藏起来的连接节点。轻质的建筑构件通过指形接头连接起来,同时遵循海胆骨架边缘结构的形态学原理。在组装的过程中,这个壳体结构通过其富有表现力的双曲面几何形状,成为了一个起着形态作用的结构体。

2、智能制造

项目的设计者特别为该项目开发了一种新型,可移动的智能制造平台,用于BUGA展馆376个定制中空木质构件的自动装配和铣削。该平台包括两个安装在20英尺标准集装箱底座上的高负荷工业机器人。工业机器人的灵活性实现了将展亭的所有预制加工工序集成在一个紧凑的制造单元中。在生产过程中,每个定制的木质壳体构件都是机械组装的。这就需要预先设置好木板和梁、这二者之间的榉木钉临时固定节点,以及梁板之间结构胶接处的受控应用。

非线性木质展亭:机器人在木结构中的应用

非线性木质展亭:机器人在木结构中的应用

非线性木质展亭:机器人在木结构中的应用

在第二步中,复杂的指形接头和开口被加工成300微米精度的区段。从梁板的组装,到多工具加工,以及基于感官和图像的质量控制,一切都在完全自动化的工作流程中进行。这个工作流程由200万个自定义的机械代码进行控制,而这些代码则是从计算设计框架中直接导出的。

3、现场装配

预制好的构件由两名工匠组装,仅用了10个工作日便完成,且不需要大量的脚手架和模板。该展亭以最少的用材实现了30米木结构大跨度,以满足BUGA的大型活动与演出要求。木质外壳创造出一个平滑弯曲的内部空间,具有非常好的声学效果,同时营造出独特的建筑氛围,人们可以在此举办音乐会和各种公共活动。

非线性木质展亭:机器人在木结构中的应用

非线性木质展亭:机器人在木结构中的应用

从传统的木工到高科技的智能制造方法,这个由大师级别的工艺、数字化创新设计和多学科科学研究领域共同打造而成的BUGA木质展亭向人们展示了木结构建筑在高效性、经济性、生态型和表现性等方面的可能性。

当前,全球制造业正加快迈向数字化、智能化时代。智能制造是实现整个制造业价值链的智能化和创新,是信息化与工业化深度融合的进一步提升。智能制造融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术和人工智能技术。木结构的生产与装配中运用的人工智能技术大大提高了其生产制造效率,智能制造对制造业竞争力的影响越来越大。