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工业4.0进行时:建筑设计与制造的协同进化

本文摘要:工业4.0不只是传统制造业,还包括各类型工厂的变革。在建筑业更加不具备工业化生产特征的2020-03-30 ,其演化也早已沦为工业4.0不可或缺的一部分。在过去数十年中,数字化、机器人和自动化技术明显提高了制造业的产品质量和生产效率。然而,在建筑领域,尽管数字化早已顺利地构建了自动化设计,但建筑设计与生产之间依然僵化。

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工业4.0不只是传统制造业,还包括各类型工厂的变革。在建筑业更加不具备工业化生产特征的2020-03-30 ,其演化也早已沦为工业4.0不可或缺的一部分。在过去数十年中,数字化、机器人和自动化技术明显提高了制造业的产品质量和生产效率。然而,在建筑领域,尽管数字化早已顺利地构建了自动化设计,但建筑设计与生产之间依然僵化。

现在一些制造商早已用于创意技术从大规模生产改向大规模自定义,而建筑行业依然只是使用DFMA(DesignforManufacturingandAssembly,设计生产和组装)来反复大规模生产标准化的建筑部件。英国建筑工程公司Newtecnic将数字化和自动化技术带入近期的建筑项目,为我们思维如何推展建筑设计与生产的协同演化,获取了一种范例。在沙特阿拉伯利雅得的KingAbdullah金融区地铁枢纽项目中,该公司通过无人机、机器人、3D打印机、数字孪生等创意技术,构建从概念设计到生产、模块化构件、外墙和内部设施的工程设计与创意,从而使设计与生产环节无缝交会,充分保证建筑项目的绿色、经济和可持续性发展。

本地化建材和人员Newtecnic公司没使用设计——远程工厂生产——交付给——现场装配的方式,而是通过建筑实验室,在施工当地创建临时工厂并部署生产设备,使用当地人员和材料,从而构建建筑材料本地化生产。这些小型、高效的生产单元专门用作生产大规模自定义组件,机器人与建筑实验室展开对话、分解、交付给和加装新的或须要替换的建筑部件。

在公司为沙特利雅得KingAbdullah金融区(KAFD)设计的地铁枢纽项目中,用于机器人和自动化设备展开现场部件生产和确保。上图表明了到2038年,建筑工人和无人机联合确保沙特利雅得KAFD地铁枢纽的外观。公司目前正在监督建筑围护结构的施工,在此过程中,公司审查并批准后了几个承包商的工程,以保证工程项目高效精确地已完成。

公司职责范围还保证所有建筑构件和生产物在抵达现场之前都能获得质量保证,公司通过设计工程为机器人、无人机、3D打印机和增材生产等有所不同类型设计展开确保。现场工作站KAFD地铁枢纽坐落于人口密集的城区,是还包括六条新的地铁线路、85个车站和100多英里轨道在内的全市交通系统的核心,因此,中断地铁服务以展开结构确保和提高是十分不是非的。由于建筑物的围护结构长而较低,完工后,起重机转入十分不方便,且不易导致毁坏,成本很高。

此外,由于该建筑是城市的中心部分,其设计寿命最少为60年,因此,项目启动后,自动洗手、确保和改版建筑等问题则是必需要考虑到的因素。地铁枢纽的封面还包括一个模块化的盒式系统,用于可调节的钢“蜘蛛”固定装置,以承托防水膜上的高性能混凝土面板。

该系统经过精心设计,限于于未来的机器人终端、移动和操作者。这意味著机器人提到建筑物的3D数字孪生模型,融合GPS,可以计算出来建筑而立面上的路线和方位。通过用于机器人负责管理起重、替换和搬出损毁的部件,用于无人机展开检查和洗手工作。

这种自动化技术获取了更佳和更加安全性的近距离采访,容许施工人员远程遥控,从而避免施工现场的危险性环境。KAFD地铁枢纽的设计目的利用配有激光雷达和摄像机的小型无人机和机器人来继续执行检查工作,从而对建筑物内部隐蔽区域展开检测、监控和精准测量。通过这种方式搜集高分辨率的建筑数据,并配有3D打印机的现场施工实验室分享数据,从而打印机出有完全符合结构的建筑部件。

在全球其他正在建设的项目中,这家公司计划从建筑初期就部署建筑实验室。通过这种方式,20世纪中期工业时代的大规模生产方法和设备正在被新兴的自动化、高度灵活性、高效率和强劲适应性的工具设备所代替,并在一线施工现场展开有效地操作者。经济快速增长这种工作方式可以推展建筑项目所在国家或地区的经济发展,有助增加进口成本,建构当地低收入岗位,培训当地人员技术,并减少繁琐的运输环节和财务成本。

此外,小规模的灵活性生产资产很更容易在建筑生命周期内拓展,而不是修建一个单用途的DFMA工厂,这必须多年的运营才能盈利。这意味著一直可以用于适合的设备来符合当前的市场需求。随着修建和确保建筑物产生的废物正在沦为过去,建筑方式的变化对工业和社会都具备最重要意义。

据欧盟委员会估算,欧洲所有废物中有25-30%来自建筑。全球其它地方也类似于。

建筑废弃物重复使用艰难,且处置成本高。数字技术的引进使得施工与其它先进设备的生产工艺一样高效,其中准确的零部件数量是按订单生产的,并确保精准的建构结构和质量规范,保证与建筑结构相匹配,并在生命周期内具备可预测的性能。新技术的附加值还在于通过自定义化,构建无浪费生产,如同现代大规模自定义汽车工厂,每个零部件都被考虑到在内,没浪费。

部署模块化和盒式外观设计方法意味著可以精彩改动建筑物,以便当经常出现新技术时,可以较慢应用于。未来几年,高性能混凝土和钢构件将渐渐发展沦为更加牢固、更加重、更加轻巧的材料。新型建筑材料也将被研发出来,并在现场或非现场较慢部署3D打印机,利用新型机器人组装优化零部件。通过这些方式,建筑商和运营商可以在建筑物的生命周期内,较慢适应环境、改版、装修以符合当代市场需求。

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轻量级建筑的未来20世纪20年代,美国建筑师巴克明斯行·富勒在推展轻型多功能的Dymaxion房屋时,曾向买家告知:“你房子的重量是多少?”现代建筑设计时,也必须告知某种程度的问题,因为每减少一公斤重量,就必须更好的能源和资源来生产,同时,运输和装配、施工后的供热加热器、洗手确保等环节都必须消耗更好的成本。目前,Newtecnic公司对所有建筑项目展开准确的重量计算出来,以便精确核算出有现实和适当的拓展成本。

在新的利用或重复使用组件时,计算出来重量十分最重要,这意味著当设计人员清楚告诉这些组件必须提高多少时,可以更加准确地优化具备处置组件能力的机器。就像不断更新的电子版用户手册一样,建筑物与其连接起来的机器和系统所需的所有信息都可以存于建筑物的3D数字孪生模型中。从最先的设计阶段开始,就可以在云端展开调查、检查和测试。

机器人和无人机的概念将牵涉到生产、结构和拆除解释、方法。这些先进设备技术的融合指出,建筑业于是以面对新一轮的革命,新技术应用于将解决问题传统建筑业面对的诸如成本、环境、能源、物流和废弃物等众多问题。必要的技术和建筑思维某种程度是一个整体,而是可以随着时间的流逝,需要展开转变、发展和适应环境的系统,可以缩短建筑使用寿命,同时维持与先前设施、服务的紧密联系。

当创意的点子、高级技术人员与令人兴奋的新技术相结合时,不会使建筑行业更为灵活性、环保和可持续,同时,修建出有需要令人印象深刻印象的建筑物,强化并提高城市和社会的功能。


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