具体形式的演变:扶持建筑的建筑造型

具体的造型系统是塑造和支持湿混凝土直至其足够强度的模具。几十年来,标准造型系统将建筑师限制在直截了当的几何面板上,右角度和重复柱上。然而,造型技术的创新浪潮现在使建筑师能够执行最大胆的建筑远景。从宽阔的曲线到复杂的外观,现代造型系统提供了复杂设计所需的精度、灵活性和效率。 文章审查了关键的进展,包括模块化系统、数字设计集成、新材料和现实世界案例研究,同时也展望了有可能进一步扩大具体建筑前景的新趋势。

模块化形式技术的进步

模块化的造型系统由标准化的预制部件组成,可以迅速在现场组装和重新配置,这些系统已经远远超出了简单的胶合板和木材板。 如今,制造商提供用铝、钢或高强度塑料制成的模块化板。 每个材料都有显著的优势:铝重量轻,耐腐蚀,钢材为重复使用提供了特殊的耐久性,塑料为曲线表面提供了灵活性。

铝和钢系统

铝制造型已成为许多需要再利用的项目的首选,如高层住宅塔。 其重量低使得工人可以手动操作面板,而无需重型起重设备,加速周期时间。钢制造型更重,承受着恶劣的条件和数百次再利用,使得大型基础设施的成本效率更高。 两种系统都可以通过可调整的连接来制造非正反形状的角、剪接器和扭曲的表面 — — 以前标准木材制成无法进入。

塑料和复合模具

对于复杂的建筑特征,塑料模块化的造型提供了独特的优势. 聚丙烯或玻璃纤维强化塑料制成的面板可以模具成曲线形状,并容易结合形成连续的表面. 这些材料抵抗水分和化学攻击,减少维护. 一些系统包含灵活的关节,使形态面弯曲成双曲面的几何形状,使建筑师能够设计有机,流体的形状而无需花费定制的一次性造型工作.

数字设计和自动化: 规模精度

数字工具的整合 — — 构建信息模型(BIM ) 、 计算机辅助设计(CAD ) 、 计算机辅助制造(CAM ) — — 使造型规划和制造发生了革命性的变化。 工程师们现在不是依靠2D图纸和人工布局,而是创建了参数3D模型,自动生成造型板布局、剪除清单甚至制造机器人指令。

BIM-综合工作流程

BIM 平台,如 Autodesk Revit 和 Trimble Tekla 等,可以让项目团队同时设计混凝土结构及其形式工作. Clash 检测识别出在形式工作组件与加固或嵌入式服务之间可能发生的干扰. 该模型还会产生准确的材料起飞和可调整的时间表. 当设计发生变化时,形式工作布局会自动更新,减少重工. 这个综合工作流程在巴库的heidar Aliyev Center中起到了作用,其中无缝混凝土表面需要精确的面板几何与结构框架协调.

机器人制造和CNC 磨坊

对于定制的造型元件,自动化制造技术已经变得至关重要. CNC路由器从泡沫,木材或EPS(扩展的聚苯乙烯)中刻出精确的模具. 这些模具可以直接用作制型衬线或铸造柔软的橡胶模具,重复使用. Robotics将这种能力扩展到了大型组件:六轴机器人可以直接从数字模型中磨制造造造型表面,消除手工模板制作. 这种方法被用于在汉堡的Elbphilharmonie音乐厅中制造复杂的瓦夫尔天花板,每个面板都有独特的曲面.

创新材料和技术

除了硬件外,材料科学还产生了新的造型解决方案,可以使以前不可能的形状成为可能。 这些创新往往在扩大几何自由的同时减少浪费、重量或成本。

工艺造型

纤维制成工艺采用弹性纺织膜——典型的编织聚酯或用PVC涂装的尼龙——在液压下含有混凝土。织物伸缩成张力的形状,产生平滑的双曲线表面,材料很少。这种技术被用于雕塑柱、壳体结构,甚至建筑鳍。由此产生的混凝土表面非常平整,几乎不需要完成。爱丁堡大学等机构的研究表明,织物制工艺可以比硬化形式减少40%的物质使用,因为混凝土形状自然遵循高效的负载路径。

隔热混凝土形式(ICF)

ICF是膨胀聚苯乙烯的空洞块,可以互相连接形成墙壁或地板。在组装后,混凝土被倒入腔内,形成一个结构核心,内置绝缘。ICF虽然一般不用于高曲线的建筑,但是在复杂的图案几何中,具有多个角度和抵消,也提供了出色的热性能和声波绝缘性。 现代ICF系统包括更智能的连接器和加固装置,能够更高和更细的墙壁。

3D 冲洗成型

添加制造已经成为一种直接的创建定制造型方法. 沙基3D打印可以产生具有内部冷却通道或集成加固槽的复杂模具. 更近些时候,聚合3D打印被用于编织轻量级和可循环的自由制型造型板. 公司如Branch Technology开发了大规模机器人3D打印,将开放式的纹章结构作为填充混凝土的制型工作,使有机形状能够不带全模具重量.

案例研究:真实世界应用

以下里程碑式项目说明了先进的造型系统如何使复杂的建筑设计可以建造.

巴库海达尔·阿利耶夫中心(扎哈·哈迪德建筑师)

2012年的这个文化中心以其流畅的,无边形的混凝土表面看起来像布料一样折叠而得名,壳体需要双曲面几何,没有两块板完全一样. 造型溶液将CNC-磨制的泡沫模具与模块化铝网格系统结合,可以调整以配合数字模型. 精确的勘测和调整过程确保了每个灌注与下一个灌注一致,创造了一个无缝的完成. 工程使用了超过4万个单个形状的制型板,然而由于参数模型和场外制造,现场组装仍然有效率.

北京国家水体中心(水立方体).

水立方体外观设计于2008年奥运会,其基础是韦尔-菲兰泡沫结构:不规则五角细胞和六角细胞网络。混凝土子结构必须容纳铝ETFE衬垫系统。模块塑料制成法用于铸造每个细胞的曲线混凝土边缘。聚丙烯板的灵活性使得许多不同角度和光线能够从有限的部件包中铸造。 与传统的木材制成法相比,这种方法节省了几个月的施工时间。

纽约哈德逊船场(Heatherwick工作室)

船体是16层的蜂窝状结构,由焊接钢和混凝土组成,虽然主要是钢材,但混凝土底座和着陆平台需要采用可沿极细罐头和磁带形状的造型,承包商采用钢模组制式和CNC-磨合胶合板组合,进行曲线过渡,数字模型直接驱动定制的造型部分的制造,确保154个楼梯飞行和80个着陆都与毫米精度结合。

具体形式的未来趋势

展望未来,若干新兴技术有望进一步扩大具体形式工作的能力,使复杂的设计更加容易获得和可持续。

机器人和实时监测

机器人系统正在超越制造,进入现场组装。 无人机和小型机器人可以在危险或封闭的空间进行形式安装。 与此同时,嵌入在形式板上的传感器可以实时监测混凝土压力、温度和校正进度,从而调整排水顺序以避免过度压强形式。 这种数据驱动的方法提高了安全性和质量,特别是在压力难以预测的复杂形状方面。

3D 打印整个形式系统

研究者们正在探索能够生产完整形式组件的大型三维打印机,而不是只打印模具插入器。 比如,混凝土打印系统可以将一个形式组件直接挤到施工现场,然后装满常规混凝土。这就不需要运输和装配重型板。 斯图加特大学的[ BUGA纤维展厅[ 运用机器人伤口碳纤维制式工艺证明了这一方法,实现了高度物质效率的结构。

聪明和自愈的表征

未来的造型工作可能包含一些智能材料,它们会因温度或电流而改变形状或硬度。形状-模具聚合物可以允许单一的造型系统在不进行物理重组的情况下产生多个几何体。 此外,自愈涂层还可以修复使用过程中的轻微损坏,延长造型板的寿命,减少废物。

结论

具体形式工程的创新 — — 模块材料、数字集成和高级制造 — — 曾经被认为是不切实际的建筑设计。 从海达尔·阿利耶夫中心的流体曲线到水立方体复杂的细胞外观,这些系统证明混凝土可以像结构一样具有表现力。 随着机器人、三维印刷和智能材料的成熟,建筑师的想象力和建筑师能力之间的差距将继续缩小。 对于建筑专业人员来说,投资现代造型技术知识对于在一个日益要求复杂、速度和可持续性的行业保持竞争力至关重要。