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Odico Formwork Robotics的机器人热切割EPS模板技术

原标题:Odico Formwork Robotics的机器人热切割EPS模板技术

Odico Framework Robotics

AndersBundsgaard、Jelle Feringa和AsbjørnSøndergaard于2012年成立了奥迪卡模板机器人公司(Odico Framework Robotics),Odico Framework Company是一家致力于通过机器人制造大型建筑模板的技术公司,尝试通过使用创新的软件和机器人技术革新建筑行业,其技术已经在小型和大型建筑项目中进行了测试。

Odico Formwork Robotics利用机器人热丝切割(The Robotic Hotwire Cutting, RHWC)发泡聚苯乙烯(EPS)混凝土浇筑模板这一项技术,解决了使用机器人进行大规模建造时面临的挑战,并引起关注。

Jelle Feringa是Odico的首席技术官,他开发了离线机器人编程平台PyRAPID,PyRAPID是Odico运营的核心。Jelle也是EZCT Architecture and DesignResearch的联合创始人,EZCT的建筑研究涉及到科学和技术的实际复杂性及其重叠,同时他于2011年在鹿特丹港建立了一个机器人实验室。

Asbjørn Søndergaard是Odico的首席开发官,同时是奥胡斯建筑学院数字实验协调员,他研究建筑设计与工业机器人之间交叉合作的可能性。他是数字制造和计算机结构设计领域的建筑研究员,在建筑结构拓扑优化领域,他领导了几项跨学科的研究工作。

OdicoFormwork Robotics可为建筑提供模板的解决方案,扩展了制造复杂几何形体的能力,其客户包括GXN, Zaha Hadid Architecture, Foster&Partners等。

Odico Formwork Robotics的实践

Kirk Kapital总部

2013年,Odico Formwork Robotics收到丹麦Vejle的Kirk Kapital总部(KKHQ)4500多平方米的定制模板的项目委托。KKHQ是由柏林的工作室Olafur Eliasson设计的六层办公楼,是斯堪的纳维亚半岛上最雄心勃勃的办公楼,该项目是世界上首次在建筑中使用机器人热丝切割(RHWC)生产混凝土关键承重结构。

建筑设计了4个圆柱形墙壁,高度为32.3米,圆柱形上散布着19个交叉的双曲抛物体空隙,尺寸从7.4 x 2.8 x 5.2 m到4.2 x 3.2 x 5.2 m不等,每层待生产的模板数量超过70-110平方米。在制作测试模型的时候,传统的木制模具与Odico提供的EPS模具形成对照,尽管使用的是较低密度的EPS材料,EPS模具在铸造压力下保持形状的能力比木质模具好,这为Odico提供了信心。

Odico为该项目的开发了模板系统。首先,对于现场的预加工,将EPS模具插入矩形的木架中,矩形木架可以实现材料的最小化,并抵抗模板需承受,使模板设计的几何约束减小,以实现弯曲的壁段的现场加工的模板。

这个过程需要设计和制造3800个独特的机器人热丝切割的模板单元,在当时,机器人热丝切割方法的设计并没有被开发,Odico通过后合理化的努力,使用McNeel Grasshopper和GH Python实现了CAD的半自动的工作流程;尽管该项目原则上将维持一个共享的中央BIM模型,但由于当时缺乏基于IFC 4标准的软件,多个CAD平台的数据交流和模型的几何完整性也受到影响,需要在几何预处理和模板优化设计方面付出巨大的努力。此后,此后,Odico为它的离线机器人编程平台PyRAPID(Feringa,2015)提供了对IFC 4的支持。

KKHQ主体结构的机器人热丝切割模具证明,由于机器人控制提供的自由度和EPS的低成本效益,RHWC可以作为生产复杂混凝土模具的有效的方法,并适用于楼梯、面板、结构等重要部件。

Opus Tower

继KKHQ项目之后,Odico Formwork Robotics迅速扩张,成立四年以来完成了200多个项目,在阿拉伯联合酋长国,英国,挪威和丹麦等地设立高级委员会。

迪拜的高级酒店度假村Opus Tower是由已故的建筑师扎哈·哈迪德(Dame Zaha Hadid)设想的,对于她的遗产,承包商试图找到一种可以不折不扣地保护设计的解决方案。在Opus Dubai的双曲玻璃幕墙建造中,Odico设计和生产了EPS泡沫导轨,用于制造2000个独特的弯曲的铝型材。

在这个项目中,由于设计方案的几何一致性,一个完整的自动化工作流程被建立。整个轮廓几何形状能够在单个批次的操作中,生成模具设计和最终的机器人代码的独特配置的CAD文件,这种优化使得每天的产量从60个独特单位增长到200-300个单位,帮助客户实现关键的项目交付。

伦敦科学博物馆长椅

Odico为很多项目成功提供了RHWC技术支持,这证明了该技术可以有效地应用于的在概念设计阶段并没有考虑RHWC制造的设计。同时,Odico的合作伙伴越来越关心由RHWC技术产生的固有设计语汇,并开始进行尝试。RHWC作为设计基本前提,其所能提供的自由度被考虑在设计中,同时可实现在实际应用中的成本优势。

Zaha Hadid Computation and Design Group考虑了RHWC在商业背景下的应用潜力,与Odico合作,尝试针对特定开发流程的设计,探索RHWC在各种应用中的设计可能性。这项合作的初步成果是Zaha Hadid Architect在线切割模具的限制下开发的一种设计方案,其为伦敦科学博物馆的Winton数学画廊设计了14个独特的长椅。

长椅由35毫米厚的混凝土外壳和轻质泡沫芯组成。该项目开发了新的模具系统和安装方式,长凳使用机器人线切割的EPS的轻质泡沫芯进行混凝土浇筑和脱模,混凝土厚度考虑到画廊地板的承载能力。长椅可由三个混凝土组件在现场组装而成。

虽然RHWC技术可以为设计提供一个独特的建造解决方案,而探索新颖的设计词汇,涉及到机械概念本身,及其延伸的材料处理、运动类型等多个领域,而这一思路也是Odico内部发展的重要探索。

SONNESGADE 11

在奥胡斯市中心的Sonnesgade矗立着一座1800平方米的办公大楼,新办公楼设计的起点是在旧工业场地重新利用和反思空间和材料质量。该设计方案尝试将办公楼中的酒吧融入当地城市景观之中。

建筑立面的形式语言来源于建筑师从意大利采石场Carrera获得的一块大理石,通过数字化技术调整大理石的尺寸和形状,创造出独特的建筑立面。Odico在该项目的建造实现中,能够快速转换三维尺度,结合铣削和机器人EPS热线切割,创建EPS上的图案,从而实现每一块混凝土独特而迷人的图案。

欧登塞剧院的定制瓷砖

基于线切割技术,Odico探索了从模板设计到建筑部件本身的概念的转变,开发了机器人磨料锯线切割能够处理硬质的材料,如大理石、木材、不易燃泡沫和冰。

Odico与丹麦的陶瓷砖制造生产商StrøjerTegl合作,设计了一种用于制作定制瓷砖设计的机器人系统。考虑到所使用的粘土材料的密度,Odico探索了用于加工黏土材料的不同机械方法,通过开发一种摆动端部的执行器,实现了磨线向前移动和快速横向移动的组合,同时与StrøjerTegl的制造工艺集成,为快速生产铺平了道路,可以实现独特设计的瓷砖的生产。

该工艺实现了StrøjerTegl在Creo Arkitekter A / S的欧登塞剧院内的墙装饰瓷砖。单元格可以实现独特的瓷砖形状,不同于将设计集中于单片的瓷砖,首先在3D建模软件中实现了剧院窗帘的形象,再通过瓷砖表面仿效剧院窗帘的起伏。

Waalbrug桥梁扩建方案

在Odico Formwork Robotics参加的Waalbrug桥梁扩建项目的中,其设计需要数千平方米的双曲率曲面模板,由于双曲率曲面的限制,不能通过直纹面的合理化和热线切割实现,因此热线切割的方法被抛弃,而采用传统的木模板方式实现。

虽然Odico在Waalbrug桥梁扩建中没有中标,却激发启发设计师的一个想法:通过弯曲刀片,实现双曲率的近似。这种方法使得模具的生产水平达到了新的水平和效率,可实现大型的双曲混凝土结构。

跨学科研究项目BladeRunner成立,通过两年多的发展,独特的双曲模板不再会导致不合理的成本消耗,取得了相关的专利技术,证明了这种新工艺的潜力。目前大型双曲混凝土结构模板正在试点研究,(Søndergaard,2016,Brander,2016),预计在2017年间将进行施工规模的推广。

Odico Formwork Robotics的思考

新设计与新工艺

绝大多数当代建筑设计都被限制在平面或平面衍生的几何结构的形式语言,这来源于对实际建造的考虑,这样的形式有利于大量的半制成品的生产,特别是对于模块化、可重复的混凝土模板。

越来越多的高级项目设计挑战了主导的范式,其中有利用手工生产模板来实现复杂的曲率,如:Kagamigahara火葬场(Toyo Ito Architects, 2006)和Waalbridge扩建(Zwart&Jansma,正在建设中),也有采用大型CNC铣削实现高级结构,如:Trahan Architects的路易斯安那州立博物馆和体育名人堂(Louisiana, 2013),Gehry&Associates的路易威登基金会博物馆(Paris, 2014年),Zaha Hadid Architects的Nordpark公路缆车公司(Nordpark, 2007),Metz Pompidou以及Shigeru Ban的法国蓬皮杜梅斯分馆设计(Metz, 2010)。然而,手工模板和大规模CNC铣削都不能为一般施工提供具有成本效益的选择。

除了这些技术外,丹麦的Adapa和欧盟FP7项目TailorCrete(Jepsen等,2011;Hesse ,2012)探索了致动模具系统,使用柔性膜作为表面制动,该方法仅限于预制混凝土,且由于混凝土构件固化时间需要多次铸造才能实现大规模生产。此外,柱的动态滑移技术(Lloret等,2014)作为混凝土结构添加剂制造的一个变体被研究。将织物模板被提出,以作为铸造先进设计的替代技术(Veenendaal等人,2011),该方法面临的挑战包括织物实现期望形状的能力、织物行为的不可预测性、创建定制模具的复杂性。以上的技术都需要转变全新的建设模式,为全面实施创造了很大的障碍,与已有的实现方法相比,其自由度受到限制。

相比之下,机器人热丝热线切割(RHWC)的方法兼容了混凝土预制和现场制造的可能性,机器人热切割EPS混凝土模板相比于机器人CNC铣削,加工时间缩短10-100倍(McGee,2012),同时其可建造高光滑度的铸造表面,可显着降低模板制造的成本。这种建造技术提供了一个独特的解决方案,可以用来探索新颖的设计语汇。

数量和质量能否兼得?

人们通常在“效率”方面讨论自动化技术—既如何在低成本的劳动力基础上提高生产力, 也就是说,在“量”方面,而不是 “质”方面讨论机器人技术。 然而,机器人核心技术潜在的发展是为建筑行业带来“质”的提高。 建筑师们热情拥抱机器人技术,探索机器人在加工过程挖掘的建构潜力。数字加工提供的自由度和材料控制,带来由新的制造方式产生的新美学,一直是过去十几年探讨的主题。然而,从“量”的角度看,“质”的问题却很难以得到解决。

如何评价各种技术的优缺点?在Odico技术研究与开发中,“量”和“质”作为坐标轴,各种方法的优点在其中绘出,并以以下标准作为衡量技术的相关指导方针:

•可转移性------该方法是否能够在多个程序,学科或物质系统进行转换?

•性能------与现有方法相比,该方法是否更快更有效?

•自由度------该方法是否能解放生产方面的制约,或提供探索新空间?

在这些框架内,“量”和“质”作为基础原则,它们是相互补充的而非相互矛盾的,这对于大规模施工,具有巨大的影响。

技术想要什么?

过去的十年间,我们可以看到一系列的机器人建造技术和方法概念,其中一些有希望用于实践,同时,由于理论研发的支撑,这一势头正盛。关键之处在于:建筑机器人能否实现从实验室到施工现场的规模变化,实现商业的可持续性,打破当前的技术窘境。

凯文·凯利(Kevin Kelly)在《What Technology Wants》中,认为科技是一种有自主意识的生命,内在的惰性在生物的进化过程中非常重要,它们在技术演进过程也非常重要。积极的约束因素(引导着创新向某些方向的进步和创新的因素),作为主要事件,则是推动技术进步的第二大力量。

在先进的建筑制造背景下,我们可以把这些积极的约束归为一种方法和技术,它们符合先进建筑的要求,可扩展建筑的新颖的艺术特征,同时降低了成本,且可以实现交付。由于建筑行业的惯性,需要从很多其他行业学习,尤其是在行业观念发生变化的时候。汽车行业是具有高度自动化生产线的行业,汽车企业家Elon Musk指出,希望能通过将创新,而不是通过产品本身来实现机器工厂。

对于建筑施工呢?设计的源头从“物体本身”转向“机器”,会引发前所未有的建筑创新吗?可以看到,圣家堂大教堂(Sagrada Familia)的预计完成日期通过拥抱机器人制造而变得更近。

大型的施工自动化面临的挑战,可能是打破目前的秩序。“不仅存在着限制新技术经济的发展老旧的技术形式,同时新的发明和设备已经被用来保持、更新和稳定旧的结构……从老技术指向新技术,是目前的秩序的明显特征”。(Mumford,2010)

本文编译自http://www.odico.dk/, http://www.fabricate2017.org/返回搜狐,查看更多

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