德國自適應摺疊涼亭,來自瓢蟲的設計靈感

2021-01-20 麟軒創意設計

斯圖加特大學的ITECH研究組在2018-19階段開發了一種自適應性的結構，其靈感來源於瓢蟲翅膀的摺疊機制。該結構由兩個可調節的摺疊單元組成，材料選用了碳纖維和玻璃纖維增強塑料，是第一個以工業鋪帶技術自動裝配的大尺寸適應性機械裝置。

▼項目概覽

▼結構外觀

▼鳥瞰

自適應結構

Adaptive Architecture

自適應結構歷來是建築師和工程師們不懈探索的領域，並且已經產生了許多概念和技術上的方案，其目的是使建造系統滿s足不斷變化的空間和結構需求，並且及時對環境變化做出回應。最新的自適應結構案例大都是在缸體力學的基礎上提出的，該項目的不同之處在於，它探索了纖維增強塑料材料在大型動力摺疊系統中的應用潛力，並嘗試通過樞紐帶的彈性形變來實現空間的重構。此外，它並非只是將計算機技術和機器人系統運用到設計和製造的過程中，而是使其成為結構本身。一體化的動力系統能夠自動調整結構的圍合程度，同時作為一個自動化的建築系統來與使用者進行交互和溝通。

▼結構模仿了瓢蟲翅膀的摺疊機制

▼結構細部

綜合數字設計模型

Integrative Digital Design Model

項目團隊專門開發了一個綜合性的數位化工作流程，能夠對構件設計、動力學行為、結構分析和模擬以及裝配數據生成等多方面因素進行整合。

▼工作流程示意

基於平面的摺疊圖案和構件輪廓會在該流程中被轉化為三維的形態，並且可以實現方向和傾斜度的調節。隨後生成的動力學骨架將被用於測試摺疊行為。在各種限制條件和結構考量因素的基礎上對構件進行離散後，將確定出具體位置所要採用的材料，並將模型發送至有限元分析（FEA）軟體以模擬運動和負荷行為。在最後一個階段，描述剛度變化和離散模式的分析圖將被用於計算層壓面板的定向性。定製的計算機工具可以直接輸出關於機器人和機械控制的數據文件，從而實現全自動的工業鋪帶程序。

▼綜合數字設計模型示意

以聚醯胺基質為框架的碳和玻璃纖維鋪帶技術能夠自動製造出材料梯度高度分化的層壓板組件，從而可以根據結構和功能的要求來調整纖維的分布方向和層壓板的組織形態，最終實現對材料性能的精確控制。碳纖維僅用於必要的結構單元，玻璃纖維則用於連續的大尺寸面板。與此同時，半透明的材料也強調出了不同構件在功能角色上的差異。

▼碳纖維僅用於必要的結構單元，玻璃纖維則用於連續的大尺寸面板

▼層壓板細部

▼工業鋪帶程序

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