從數字設計到數字工廠
——2015年DADA“數字未來”暑期工作營系列活動

袁烽/Philip F. Yuan

從數字設計到數字工廠
——2015年DADA“數字未來”暑期工作營系列活動

From Digital Design to Digital Factory: 2015 DADA “Digital FUTURE” Summer School Series Events

袁烽/Philip F. Yuan

“如果說將機器人技術引入建筑設計與建造的目的，僅僅是為了實現工業文明自動化的一種理性或完全合理化轉化，那也許未免過于短視。實際上，這種趨勢潛在的復雜性在于：采用數字手段，將設計與生產進行高度整合，將為建筑學的物質性帶來新機遇，開辟新領域。機器人將重新定義建造的社會意義，并將由此質疑：設計與建造、信息與構成、技術與建筑文化由來已久的那種分離、隔閡是否還會清晰地存在？”

——蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）近10年來對機器人技術之于建筑學研究的一個階段性感悟。

1-4 “數字未來”暑期工作營現場

5“高級計算性建筑生形研究”國際院校數字建筑設計作品展現場

手工時代沒有標記系統，建筑師是工匠，是匿名的團體。

文藝復興時期，平行投影繪圖成為了標記系統，建造與設計開始分離，建造是設計的精確復制，建筑師享有了著作權。

數字時代，算法成為了標記系統。設計的物體不再追求相同，而是追求非標準的序列（nonstandard seriality），追求大規模定制（mass customization）。同時，CAD/CAM工具的出現使得設計與建造的距離拉近，建筑師甚至可以像手工時代的工匠一樣自己設計和制造。新的設計平臺開始出現，使得大眾可以參與設計。這種集群智慧是匿名的，也就與建筑師的著作權相違背。

當然，建筑思潮的發展與技術是密不可分的。在數字設計已經發展了半個世紀的今天，機器人作為設計領域的新興技術，作為數字設計的一個強有力的實現工具，毫無疑問也同時影響了數字設計方法。

現在機器人才開始進入數字設計的初級階段，受制于技術，設計師所能夠介入的內容遠不及人們幻想的多，設計師掌控的“操作性”（Operationality）很大程度上體現在算法和機器末端工具頭的設計與其應用之中。而正是這小小的改變就賦予了機器人“個性”。“設計→建造”的傳統建造模型，因為機器人的出現亟待改變。而機器人作為在工業上被廣泛使用的工具，也將隨著其在建筑領域的嶄新應用而賦予新的活力。

數字工廠的想法因此得以提出，“設計師-算法-建造邏輯-工具-建造”，整合了多學科的設計建造過程將極大地改變現有的建造邏輯。現在，作為建筑設計師，我們通過“數字工廠”這種形式向工程師、藝術家和包括用戶的大眾發出了數字時代新建筑的邀請。

2015年7月5日，由中國建筑協會建筑師分會數字建筑設計專業委員會、同濟大學建筑與城市規劃學院、同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司聯合主辦，清華大學建筑學院、南京大學建筑與城市規劃學院共同協辦的第二屆DADA系列活動暨第五屆同濟大學“數字未來”暑期工作營在同濟大學建筑與城市規劃學院成功舉辦。“數字未來”暑期工作營從2011年開始，已經成功舉辦了5屆，由同濟大學建筑與城市規劃學院的袁烽副教授組織策劃。本次活動以“數字工廠”為主題，通過開放日參觀、建造工作營、國際研討會、系列講座、“高級計算性建筑生形研究”——DADA2015學生建筑設計作品展及建造工作營成果展以及系列叢書發布7個部分開展對數字設計與建造這一前沿研究領域的深入研究。

在7月4-5日進行的國際研討會中，圍繞“數字工廠”的主題，德國斯圖加特大學教授阿基姆·曼格斯（Achim Menges）、建筑機器人協會聯合創辦人約翰尼斯·布朗曼（Johannes Braumann）、墨爾本皇家理工大學羅蘭德·斯怒克斯（Roland Snooks），以及美國密歇根大學副教授馬德樸（Matias del Campo）和同濟大學客座教授尼爾·林奇（Neil Leach）等50余位國內外學者就數控加工與建造、互動建筑與互動設計、數字建筑設計一、建筑性能模擬與優化、數字化集成的設計與建造、數字建筑設計二、建筑信息模型和數字建筑設計實踐八大主題分享了各自的成果與體會。并進行了以“數字建筑在中國”“數字設計與建造”以及“BIM與數字化實踐”為主題的3場專題討論（圖1-4）。

與此同時，以“高級計算性建筑生形研究”為主題的國際院校數字建筑設計作品展（圖5）；《建筑機器人建造》（袁烽、阿基姆·曼格斯、尼爾·林奇等著），《數字工廠——DADA2015系列活動數字建筑國際學術會議論文集》（徐衛國、黃蔚欣編著）以及《高級計算性建筑生形研究——DADA2015學生建筑設計作品》（尼爾·林奇、徐衛國編著）系列叢書的發布，也于工作營期間同期舉行。

建造工作營成果展以“數字工廠”為主題，通過開發和運用計算機技術和數字化制造、建造技術，探討全新的建筑設計方法與建造的可能性，以“機器人木構建筑”“機器人協同建造”“自主建構”“蠶絲混凝土”“機器人建筑模型設計研究”“物理風洞與環境性能生形”“機器人陶土打印”“機器人金屬彎折”“3D打印時裝”“自下而上（以用戶為中心）住宅設計平臺”“數字化傳統技藝”“數控懸浮張拉整體結構”12組系列裝置作品為表現形式，探討了全新的建筑理念與數字化建造方式。

A組：機器人木構建筑，由德國斯圖加特大學計算機設計學院教授阿基姆·曼格斯等4位導師指導，以木材作為設計基礎材料。木材作為歷史最悠久的建筑材料之一，展現出了極大的建筑需求的可能性。近期，通過計算設計的創新，數字化建造已經在材料科技上迅速提升了木頭作為應用材料的范圍。工作營將通過數字化的預制技術以及機械臂的精準組裝來探索復雜的幾何木結構形式（圖6）。

B組：集群建造，由墨爾本皇家理工大學教授、Kokkugia創始人羅蘭德·斯怒克斯等3位導師指導。使用機器人協同技術彎折金屬管并組裝成為一個3m高的室外展亭。320根鋁管通過集群算法生成不同的空間結構，并通過參數標識系統準確地在設計整體中確定自己的位置，機器人的智能化協同建造保證了整個復雜結構能在短時間內實現（圖7）。

6-16 暑期工作營作品

C組：自主建構，由美國密歇根大學副教授馬德樸等3位導師指導。采用機器人3D打印技術，探討聚丙烯材料在無模具的情況下生成具有結構性的空間曲面以及該材料在不同環境條件下自主生形的可能性（圖8）。

D組：蠶絲混凝土，由清華大學建筑學院教授、建筑系主任徐衛國講師于雷指導。采用機器人技術和3D打印技術，建造一個以人體為尺度的拱形結構。人們能穿流于該輕型結構之下，感受類似蠶繭包裹的經歷（圖9）。

E組：機器人建筑模型設計研究，由建筑機器人協會創始人約翰尼斯·布朗曼等3位導師指導，采用漸進成型的技術，使用機械臂以及定制工具對SPIF材料在無模具的情況下擠壓成型，生成各種式樣的建筑紋理和模型（圖10）。

F組：物理風洞與環境性能生形，由同濟大學建筑與城市規劃學院副教授袁烽指導，通過建造物理風洞，并以傳感器接受風壓數據與性能化數字分析軟件建立實時反饋，探索環境性能生形的新機遇（圖11）。

G組：機器人陶土打印，由同濟大學建筑與城市規劃學院副教授袁烽及墨爾本皇家理工大學碩士孟浩等3位導師指導，通過對聲學性能的模擬進行幾何生形，再通過機器人陶土打印的技術實現了近4m高的具有連續變化空腔的聲學立柱（圖12）。

H組：數字金屬彎折，由北京華匯主持建筑師王振飛、王鹿鳴指導。采用Bi-Arc的方法彎折鋼管生成空間曲線，一方面它是對相對簡潔的對空間自由曲線的模擬，各節點的銜接過度自然平滑，本身具有一定的幾何美感。另一方面，相比隨意的自由曲線，圓弧曲線的生產制造更加方便，可以適應工業化社會的批量生產（圖13）。

I組：3D打印時裝，由Xuberance設計工作室創始人馬子聰和United Nude創意總監雷姆·庫哈斯（Rem D. Koolhaas）指導。采用3D打印技術，將建筑設計與時裝設計巧妙結合，使用數字化工具探討鞋的材料性，時尚度和舒適度，尋求設計跨界的新可能（圖14）。

J組：簡雜木架（SIMPLEX Carpentry），由香港大學建筑學院助理教授高巖指導。根據傳統榫卯木結構的互惠結構原則，探索和展現一個基于標準化構件的可適變化的木構體系，并嘗試將這個體系整合到大規模定制開源設計平臺的流程中（圖15）。

K組：數字化的傳統技藝，由華南理工大學講師宋剛、熊璐指導。選擇竹片作為建構材料，研究傳統技藝中的編織手法，獲得一個個變化的單體，通過組合形成一個完整的竹制構筑物（圖16）。

L組：數控加工的懸浮張拉整體結構，由南京大學建筑與城市規劃學院講師鐘華穎指導。以整體張拉結構為主題，詮釋了拉力與壓力的二元平衡，以材料的精簡反映力的清晰。通過將剛性桿布置于邊緣，提升了圍合空間使用的可能性，探討未來建筑技術結合自然的可能性。

在9天的時間內，來自海內外的12組31位導師與120余位來自美國南加州大學、美國密歇根大學、美國羅德島設計學院、意大利米蘭理工大學、韓國延世大學、香港大學、臺灣淡江大學、同濟大學、清華大學、南京大學、浙江大學、華南理工大學、青島理工大學等多所國內外院校的同學順利完成了工作營。□（本活動受到國家自然科學基金資助[項目批準號51578378]及同濟大學建筑設計研究院[集團]有限公司重點項目研發基金，高密度人居環境生態與節能教育部重點實驗室資助與開放課題[課題編號：2015KY08]的支持。）

[1] ETH Zurish. The Robotic Touch[M]. Park books press, 2013.

[2] Mario Carpo, The Alphabet and the Algorithm[M]. MIT Press, 2011.

17 同濟大學建筑與城市規劃學院李振宇院長致辭

同濟大學建筑與城市規劃學院

2015-08-20