你可能已經聽說過3D列印，也可能看過不少通過3D列印技術完成的作品。但對於數字設計給各行各業帶來的衝擊，我們知道的或許還只是冰山一角——她的發展速度之快，讓人瞠目。
近日，在同濟大學建築與城市規劃學院舉辦開幕的「上海數字未來」系列活動中，一場場關於數字設計與建造的前沿實驗成果展示，吸引了很多師生的眼球。
先看這裡——於同濟建築城規學院門口最新架設的一座橋梁，是全球第一組用3D列印完成的步行橋，跨度分別為4米和11米。
據悉，此次活動以「可視化與物質化」為主題，同時也是同濟建築城規學院的暑期夏令營活動，具體包含開放日參觀、建造工作營、圖解思維與數字建造論壇以及建造工作營成果展四個部分。
同濟大學建築與城市規劃學院袁烽教授介紹，今年的活動不僅邀請到了來自全球高校的8位優秀的導師，還有8臺機器人、2臺CNC計算機數字控制工具機、5臺無人機、UWB室內定位設備、熱成像儀和多臺3D印表機的設備支持。而受邀參加今年暑期夏令營的146名學生，則是從前期300多位報名的學生中遴選出來的，他們來自國內外55所高校以及12所建築設計機構。其中，國際學員包括來自南加州建築學院(SCI-ARC)、建築聯盟學院(AA)、加州大學伯克利分校、倫敦大學學院、美國羅德島設計學院、愛丁堡大學、康奈爾大學等，而國內學院則來自同濟大學、清華大學、東南大學、華南理工大學等院校。
袁烽說，今年暑期夏令營的一個重要目標，是共同討論數位化未來的可能方向。「對於建築學、結構工程學、材料學等傳統學科來說，在這個激變的時代，我們是時候來共同思考、探討一下學科的邊界與發展」。
數位化的未來，究竟是怎樣的未來？在此次的暑期夏令營，海內外建築學界的師生們帶來了他們的成果——
1、Rhino VAULT
本組工作營由蘇黎世聯邦理工學院（ETH）Philippe Block研究組與扎哈•哈迪德數字設計研究小組聯合教學。以機器人3D黏土列印為基礎，從結構信息建模，轉換為列印路徑，最終實現實體建造，列印完成的拱石組件將用於搭建成更大的拱形結構。學生使用RhinoVAULT插件來找形與結構優化分析，同時操作3D陶土列印與燒制，最終組裝成結構優化的拱形裝置。
2、機器人木縫紉
本組工作營探討了基於機器人木材縫合的數位化工藝，通過縫紉將平面膠合板直接連接形成複雜的三維自由形狀。三種基於機器人木縫紉技術開展的木材彈性彎曲縫合的研究被平行地進行：學生個體通過探索紡織圖案和與紡織技術，創建了薄片材料的材料系統，並期望可以將其擴展到如木材之類的更厚的材料之上。在個體研究的基礎上，學生分團隊選擇了一些材料系統原型來進行更大尺度的材料實驗，以創建能夠創建封閉單元體的構造策略，以期在建築尺度進行建造。最終，木材建成的大尺度的建構範本，全面展示了木縫紉系統的性能，並為機器人自動化縫製系統做了很好的實證研究。
3、3D列印的身體建築學
關於身體和建築的關係研究已有悠久的歷史，從維特魯威之前人們就嘗試著把建築比例與人體尺度進行關聯，到了現代身體與建築的關係已經發展到有趣的地步：建築師們涉足時尚界，設計一些精美的3D列印服飾。
工作營強調兩個初始問題。第一個是通過研究自然模式—例如生長、生枝，以及填充等—我們將會在自然中學習動態的表現方式。學生能夠生成來自於生物啟發下的模式，學習這些幾何的背後的用意是為了能夠理解動態的材料表現方式，如直線或者曲線運動；第二，將人體例如皮膚張力、肌肉運動、力的分配等作為這類形式的研究內容，嘗試把生物啟發下的幾何模式與人體性能表現進行結合。最終，關注的目標是3D列印過程，去設計以及列印「身體建築」——3D列印大衣將會與人體的肌肉與運動進行關聯，使用尼龍SLS材料列印技術生產硬性的物件。
4、無人機群感應的城市環境
藉助無人機群搭載的傳感器，在城市上空對城市進行數字環境的檢測和建設；通過大數據學習可以將無人機群變成一個有「智能」的團隊，為我們傳達全新的時空信息；由此我們可以了解到諸多以日常視角無法感知到的影響城市空間的參數，例如建築形態，植被，地形變化以及微氣候等。最後利用可視化技術和工具，把原始數據進行藝術的轉譯，將城市環境映射到建築設計，藝術創作以及視覺表達中。
5、超薄紙板大跨建構
利用超薄板材建造一個小型的殼體，用來探討和研究一種新的針對材料結構性能的殼體結構概念設計方法。通過學習設計過程，教授學員殼體找形的理論及軟體模擬過程。同時，通過建造的過程，完成對於結構細部構造的理解和設計優化。
6、數位化摺紙編程
參數化摺紙將複雜的幾何形與空間變量進行綜合、轉化、變形，從而對空間表達進行新的嘗試，最終成果為大尺度空間薄板摺疊裝置。該研究把複雜幾何形式的各種變化屬性與實物模型相結合，激發學生的空間想像力，藉助紙這一媒介，創造新的形式語言。
7、虛擬實境：從詩歌到場所的轉換
隨著VR技術不斷深入我們的生活，建築師也會有關於VR的不同想法，在這裡，通過一個對文字抽象體—詩歌的可視化場所轉譯，為創作者提供多種探索VR意義的可能。這裡的場所包含空間與其中活動的人，它可以用來詳細描述詩歌的意境，或者只是配合這種意境的表達，甚或表達對於意境的不同看法……工作營以2-3個小組為單位，每個小組完成一組詩歌與場所的轉譯設計，包括模型製作、空間搭建、人物表演攝製。通過在虛擬空間的這一創作過程，在暫時放下建築材料、構造、結構等因素的束縛厚，嘗試完全通過場所感去表達設計用意，使得成果可以像任何一件藝術品那樣被欣賞，並藉由詩歌的力量來觸動體驗者的心弦。
8、風洞可視化
工作營旨在探討在建築設計初期階段運用物理風洞及AR(增強現實)工具探索建築形體的可能性，使環境性能成為城市與建築生形的驅動參數。
在物質化方面，利用風洞作為風環境的主要模擬工具，完成建築形態的研究及概念設計，使風環境數據和建築主體形體之間產生互動與反饋，在考慮舒適風速及溫度的條件下，獲取最終的建築幾何形態。在可視化方面，利用不同的工具對風這一不可見的要素進行研究，並將結果反映在建築形體的調整與設計上：在物理方面，運用煙霧可視化工具，觀察建築周圍的流跡線；在數字方面，基於CFD 的計算結果，建立具有 AR 技術的 APP，通過攝像頭觀察空氣流動帶來的不同影響。
9、行為可視化
行為可視化是通過數位技術採集建築空間中人的行為數據，並將其與空間結構進行匹配與分析，最終檢測並驗證空間與行為共生關係的建築學研究方法。在數位技術的輔助下，行為數據信息得以準確而全面的收集，基於大數據而建立系統的統計分析與可視化呈現，為微觀層面的建築單體設計與整改提供方法借鑑。
10、機器人3D列印
機器人平臺為三維列印技術的發展與實現提供了新的可能性，無論是尺度上還是複雜系統列印上，機器人使得將三維列印技術應用於建築領域的可行性被大大拓展。工作營基於傳統三維列印的原理，結合結構性能化設計來探索建築尺度三維列印的可能性與可行性。利用機器人三維列印實現定製單元的批量化生產，通過定製三維列印模塊砌築的方式完成兩件三維列印橋梁，跨度分別為 4 米和 11 米，驗證三維列印建築產品的結構穩定性與可靠性。
11、機器人木構
這裡探索的是「結構幾何」的設計方法在木構建築設計中的應用，並以建築機器人為工具，探索木構建築的機器人數字建造工藝。工作營以木網殼結構為原型，探索「後期成形」的木網殼結構在自由曲面形式中的應用潛力。研究首先在設計平臺上對自由曲面網殼結構的找形進行模擬與優化，然後通過結構性能模擬對網殼結構的構件尺寸進行優化，並利用機器人建造工具實現結構構件的批量定製生產。
此次的「上海數字未來」展覽將持續到今年9月30日，社會各界人士都可前往同濟建築城規學院參觀。歡迎大家來參觀~
（記者：樊麗萍）