上海6米高3D打印艺术建筑“落云亭”，6轴机械臂21天完工

随着天气逐渐转寒，上海临港新城也有一些大动作。近日，临港的滴水湖畔不仅迎来了一大群来自世界各地的友人，还多了3座造型各异而又不同寻常的试验性小展亭。原来这都是为了11月4日“当建筑对话公共空间”国际论坛暨2017上海城市空间艺术季临港联合展开幕仪式做的充足准备。该联合展吸引了一批批来自世界各地建筑界、文化界、艺术界的大师及专家汇聚于此。“通过将公共艺术有机的引入到区域空间布局中，为临港地区注入艺术元素，建造一个更加广泛和开放的平台，激活临港新城空间，提升城市空间的品质和活力”。
港城广场展示中心旁的这三座展亭包括：创盟国际&一造科技带来的“云亭”，直造建筑事务所的“柔物”，以及来自润建筑工作室的“林泉高致集”。其中的“云亭”是同济大学协同“创盟国际&一造科技”首次运用MP材料实现的整体3D打印结构性能化展亭，尺寸为11米 x 11米 x 6米。

▼舞者在云亭

“云亭”项目旨在将建筑结构性能化设计技术与机器人建造结合，并用高度集成的方式完成并展示出来。它采用大尺度空间打印的方式进行建造，将形体抽象为空间网格，再进行网格打印建造。其在大尺度打印效率和结构性能集成方面具有独特的优势，体现了建筑三维打印技术方案极大的潜力。“云亭”的设计，运用基于结构性能分析的拓扑优化算法，通过结构性能化技术生成建筑形式，然后将应力分布转变为网格系统，从而得到变密度的网格形式。同时，在设计的过程中充分考虑了如何实现网络单元的机器人空间打印。
路人甲
这个看着挺酷的，什么做的呀？
揭秘一：“云亭”所使用的原材料为加入特殊纤维的热塑性高分子材料，具有强度高、韧性好、易于加工等突出优点。简而言之，大家可以把它当成是一种改良版的特殊塑料。
路人乙
这个东西是怎么做的呢？完全想象不出来
揭秘二：简单点的版本，直接就是“3D打印”四个大字，详细点说的话，“云亭”是由6轴机器臂通过空间打印加工而成。
整个网络原型单元系统包含疏密不同的五种单元路径，密集的单元主要用以承受自重荷载，稀疏的单元主要起到覆盖作用，使得看似复杂的网络系统在机器人空间打印技术的支持下拥有足够的可行性。基于数字设计与机器人建造技术的支持，“云亭”展现了结构性能化分析技术与建筑形式美学的充分融合。

▼“云亭”模型渲染俯瞰图

▼“云亭”模型渲染透视图

▼“云亭”初建图

由机器人空间打印工艺制作成的大型展品的建造重点主要在对抽象建筑造型实现结构合理的“物质化”建造，即通过特定的编程语言生成最有效的空间网格来实现连续建造，力求做到整体结构最轻、用材最省，大幅度提升了建造效率且节省了可观的材料开支。今年7月，同济大学完成14米跨度MP三维打印步行桥，使用层积式三维打印的技术方案。层积式三维打印方案在整体强度上有优势，但材料消耗量相对较大，自重较大的劣势也同时存在。因而此次同济大学对“云亭”的打印，是在进一步研究中实现了更加结构高效合节材的目标。

▼“云亭”之下

亭子的几何原型选定为长度11米、宽度11米、高度约6.0米的复杂曲面，由于该曲面部分区域的曲率过大且前端悬挑过长，传统的均质化空间打印法难以打印出这一形态，另外，如此大尺度的构件在设计阶段还会面临许多结构问题。本设计团队不满足于空间打印的这个现状，希望寻找一种新的机器人空间打印工艺，以实现建筑形态与结构性能完美融合的一体化设计。本设计对亭子的三维曲面进行结构拓扑优化，从而在设计初期使建筑结构性能得到了充分的考量。

▼“云亭”内景体验

由于空间打印对挤出头的出料速度有严格控制，这使得空间打印速度都远远低于层积打印。本案加工时长为500小时，两套机器人装备耗时共计21天。
在未来，这种机器人空间打印技术将在建筑复杂空间结构、异形模板、形体快速找形等方面拥有广阔应用前景。下一步研发团队将在材料和工艺的深化和完善以及配套工艺的研发方面进行进一步的探索，将建筑大尺度空间打印技术推向更为可靠和广泛的产业应用。

▼“云亭”建成实景，finished Cloud Pavilion

▼云亭夜景

数字设计与建造团队：同济大学,创盟国际+一造科技
地点：上海市浦东新区临港新城港城广场（环湖西路88号）
尺寸：11米 x 11米 x 6米
设计时间：2017年7月-2017年8月
建造时间：2017年9月-2017年10月
设计团队
主持设计师：袁烽
概念设计：袁烽、韩力、高伟哲
结构性能化设计：陈哲文、柴华、王锦、沈炜
数字建造：张立名、和四忠、代世龙、陈哲文
摄影：陈颢 林边 林钰琼

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