世界上第一座“智能建造”的花園 丨清華大學建筑學院

由徐衛(wèi)國教授領銜的清華大學（建筑學院）-中南置地數(shù)字建筑研究中心，發(fā)明了“機器臂自動砌筑系統(tǒng)”，與國際國內(nèi)現(xiàn)有砌磚系統(tǒng)不同，首次把機器臂自動砌磚與3D打印砂漿結合在一起，形成全自動一體化智能建造系統(tǒng)；并在世界上首次把該系統(tǒng)運用于實際施工現(xiàn)場，建成一座“磚藝迷宮花園”。

_{▼花園鳥瞰圖}

_{▼磚藝迷宮}

自動砌筑系統(tǒng)改變了一般砌磚系統(tǒng)的抓磚方式、而是采取了由氣泵控制的吸磚器吸磚的方法，可以用于砌筑富于變化排列的磚塊磚墻而不至于碰撞；同時，砂漿打印可以更準確地將砂漿定位。

花園位置

磚藝迷宮花園位于冬奧磚藝小鎮(zhèn)武家莊村（張家口市下花園定方水鄉(xiāng)）；由于村內(nèi)擁有鄉(xiāng)域唯一的磚廠，近年來武家莊的改造建設大面積使用了紅磚作為建筑及裝飾材料，因而成為全張家口市聞名的磚藝小鎮(zhèn)；迷宮花園位于武家莊村的村頭三角地，該花園建成后，成為村民休閑聚集的場所。

_{▼迷宮花園位于武家莊村的村頭三角地，該花園建成后，成為村民休閑聚集的場所}

_{▼花園中種植的竹子與紅磚墻相得益彰}

設計概念

迷宮花園為一直徑13米的圓形用地，圓內(nèi)三條蜿蜒曲折的磚墻不僅在平面上形成復雜連續(xù)的褶皺空間，并且磚墻在豎直方向上也采用曲面形態(tài)，加之磚墻的磚塊細部砌筑也凹凸變化，因而它成為空間及視覺的雙重迷宮；三條磚墻沿圓邊的外側(cè)空間用于種植竹子及草皮，其內(nèi)側(cè)空間則是居民活動的場地，中國傳統(tǒng)陰和陽的相生相對性在這里以復雜性呈現(xiàn)。

_{▼設計概念}

_{▼俯瞰花園}

形態(tài)生成

迷宮花園的設計借助于數(shù)字生成技術，首先在犀牛軟件里生成曲面形體，其形似飄逸的綢帶，同時對曲面進行形態(tài)的優(yōu)化，確認其符合空間流線和人體尺度的基本要求。接著將這一基礎曲面導入?yún)?shù)化軟件grasshopper中進行分析并布置磚塊，首先提取基礎曲面在各個高度上的曲線，作為每一行磚的基準線；再在基準線上分出各個磚塊的間隔；上下層的磚塊之間錯位排列；最后通過參考線控制磚塊產(chǎn)生垂直于曲線的前后錯位，以生成磚墻凹凸?jié)u變的肌理。

砌筑路徑

生成磚墻模型后，設計團隊結合搭建方式設計出機械臂運動軌跡，并使用KUKA|PRC將其導出為機械臂可識別的程序語句。機械臂的運動動作包括用真空吸盤取磚、在指定位置放磚、翻轉(zhuǎn)機械臂前端、根據(jù)磚塊排布在磚面上打印砂漿等幾個操作，運動軌跡命令中整合了機械臂對氣泵等外部設備發(fā)出的控制指令，并經(jīng)過避障設計。在程序中模擬后，由PRC導出程序用于機械臂執(zhí)行，實現(xiàn)從數(shù)字模型到實際建造物的精確轉(zhuǎn)化。

_{▼花園立面}

_{▼自動砌筑系統(tǒng)生成的磚墻}

砌筑模擬

該花園有兩臺機器臂同時工作進行砌筑，一臺機器臂為KUKA KR210，臂長2.7米；另一臺為KUKA KR120，臂長3.9米；為了更高效地發(fā)揮機器臂的工作效率，同時也為了避免機器臂工作時產(chǎn)生碰撞，首先對機器臂的工作位置進行了施工組織設計。整個花園使用這兩臺機器臂砌筑需要移動7次，對每個工作位的機器臂工作可以通過KUKA|PRC軟件進行模擬。

破壞試驗

在試驗階段，還進行了磚墻破壞試驗，驗證其滿足磚墻設計及施工規(guī)范。本墻體工程根據(jù)環(huán)境溫度使用了不同類型的砂漿，其流動性和早強時間可滿足3D打印成型方式的需求，并可滿足冬季和夏季施工時的不同需求。砂漿使用了425#水泥，水灰比約為0.7，強度可達16MPa。在足期養(yǎng)護后，用沙袋進行了破壞沖擊實驗，強度滿足花園使用要求。

實際建造

實際建造過程包括施工放線、基礎施工、墻體砌筑、綠化種植、以及地面鋪裝等階段。施工放線使用了全站儀；基礎施工時，用機器臂熱線切割泡沫填充曲墻外側(cè)綠化用地，該泡沫同時作為外模，花園的磚墻底部及活動場所采用了鋼筋混凝土基礎底板（板厚30公分）。“機器臂自動砌筑系統(tǒng)”用于墻體的砌筑時至少需要兩位工作人員，其中一位進行該系統(tǒng)的操作，另一位負責傳遞砂漿及磚塊；機器臂的移動采用了叉車定位搬動，每次搬動后需要進行機器臂定位校準，以保證施工精度。墻體完工后，去除磚墻外側(cè)地面的泡沫并填充種植土，進行竹子及草皮種植；同時進行花園磚墻內(nèi)測活動場地的地面鋪砌。

_{▼施工現(xiàn)場}

_{▼世界上第一座“智能建造”的花園}

清華大學（建筑學院）-中南置地數(shù)字建筑聯(lián)合研究中心

研發(fā)小組成員：徐衛(wèi)國，高遠，張志齡，孫晨煒，韓冬，林志鵬，羅丹，孫仕軒，程瑜飛

_{版權聲明：本文轉(zhuǎn)載自谷德設計網(wǎng)，版權歸原作者所有，如有侵犯您的權益請及時聯(lián)系，我們將第一時間刪除。}

_{投稿郵箱：contact@landscape.cn}

_{項目咨詢：18510568018（微信同號）}