智能制造，打造现代木结构创新建筑

打印 0条评论来源：加拿大木业

根据波士顿咨询集团（Boston Consulting Group）关于工程和建筑领域数字工具的一份报告显示，到2025年，BIM的广泛应用可以为全球基础设施市场节约15%至25%的成本。

面对规模庞大且日趋复杂的木结构建筑，传统木结构的加工方式已无法满足市场。利用BIM技术，结合现代化的加工水平，现代木结构技术已迈入智能制造的行列。

△ 苏黎世联邦理工学院的机器人正在制造木结构

©NCCR Digital Fabrication/Roman Keller

对于木结构建筑来说，需要工程木材制造商、建筑顾问、建筑师和结构工程师甚至建筑的所有者的全员参与。

木材作为一种低碳的建筑材料，易于加工，受场地的环境影响小，可以在现场进行组装，具有精确的尺寸、配置和配件，与数字模型精确匹配，且便于运输。木材质量轻但强度高，加工成工程木制品，易于运输，高优势显著。

科研人员正在不断努力，利用机器智能与木结构建筑碰撞出新的可能。

空间木材组装 (STA)

瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）的建筑和数字制造研究人员发明了一种新的组装方法，称为空间木材组装 (STA，Spatial Timber Assemblies)。

据他们介绍，STA提供的建筑比传统的木制建筑更耐用、更坚固、更复杂。

从理论上讲，这将允许建筑师使用木材来建造他们想要的任何形状的建筑物，有些复杂的结构在之前都是无法想象的。

利用空间木材组装 (STA)这一组装方法，人工智能和四个协作机器人设计并制作了一座22.5米高的木结构雕塑。取名为塞米拉米斯（Semiramis），这是下令建造了古代巴比伦空中花园女王的名字。

由于屋面3000根曲线木条的走向都不一样，如果采用人工的方式进行加工、拼装，会产生较大的误差。为此，在建造上，利用BIM技术对木构件进行电脑预拼装，参数化编程生成加工程序，确保每个构件的精确度。

“Semiramis 一直是建筑研究的“灯塔项目”， ETH将和众人一起推进当前的关键研究课题，例如交互式建筑设计和数字制造。”苏黎世联邦理工学院的Matthias Kohler教授说。

在智能制造工厂，智能机器人根据指令对木料进行切割、打孔等操作，生产出精准的预制木构件。

四个机械臂协同工作进行加工，同时人工配合浇注树脂将它们粘合在一起。这将木结构加工过程的耗时缩短了近60%。

这是一项复杂的工作，每个吊舱由51到88个面板组成。精确的计算确保机械手臂在将吊舱放在一起时不会相互碰撞。

在设计过程中还使用了定制的自动化软件，可以调整运用计算机进行调整吊舱的形状。项目之所以得以实现，是因为使用了两处科技创新：

首先，研究人员构建了一个计算机辅助设计程序，该程序计算零件的精确形状、位置和角度，以创建具有非凡刚度和承载能力的几何结构。使用这个程序，设计师只需要聚焦于创建他想要的形状，STA将调整以实现结构。

其次，利用算法使机械臂在3D空间中精确定位零件。STA程序跟踪手臂的确切位置、它们携带的部件以及已经组装的部件。随着施工的推进，算法不断实时计算手臂的运动，直到每个部分都被精确地放置在空间中。

模块化建筑公司——Autovol

在实际操作层面，已有许多家模块化建筑公司开始将机器人智造运用到日常生产中，以提高产能效益。

以Autovol为例，这是一家位于爱达荷州南帕的模块化建筑公司，它采用综合系统方法来建造经济适用的多户住宅。

不同于传统的模块化生产，其墙板、地板和天花板是在工厂中生产并在现场组装的。Autovol的主要工艺被称为“自动体积模块化结构”，它配备了53台ABB六轴工业机器人，可完全自动化生产构成体积模块的墙壁、天花板和地板。同时，为它们配备所有设备、固定装置和MEP系统，以便运送到工作现场，并在那里将它们吊起并固定到位完成组装。