袁烽/Philip F. Yuan

從數(shù)字設(shè)計到數(shù)字工廠
——2015年DADA“數(shù)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(shù)引入建筑設(shè)計與建造的目的，僅僅是為了實現(xiàn)工業(yè)文明自動化的一種理性或完全合理化轉(zhuǎn)化，那也許未免過于短視。實際上，這種趨勢潛在的復(fù)雜性在于：采用數(shù)字手段，將設(shè)計與生產(chǎn)進行高度整合，將為建筑學(xué)的物質(zhì)性帶來新機遇，開辟新領(lǐng)域。機器人將重新定義建造的社會意義，并將由此質(zhì)疑：設(shè)計與建造、信息與構(gòu)成、技術(shù)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(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）近10年來對機器人技術(shù)之于建筑學(xué)研究的一個階段性感悟。

1-4 “數(shù)字未來”暑期工作營現(xiàn)場

5“高級計算性建筑生形研究”國際院校數(shù)字建筑設(shè)計作品展現(xiàn)場

手工時代沒有標(biāo)記系統(tǒng)，建筑師是工匠，是匿名的團體。

文藝復(fù)興時期，平行投影繪圖成為了標(biāo)記系統(tǒng)，建造與設(shè)計開始分離，建造是設(shè)計的精確復(fù)制，建筑師享有了著作權(quán)。

數(shù)字時代，算法成為了標(biāo)記系統(tǒng)。設(shè)計的物體不再追求相同，而是追求非標(biāo)準(zhǔn)的序列（nonstandard seriality），追求大規(guī)模定制（mass customization）。同時，CAD/CAM工具的出現(xiàn)使得設(shè)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(shè)計和制造。新的設(shè)計平臺開始出現(xiàn)，使得大眾可以參與設(shè)計。這種集群智慧是匿名的，也就與建筑師的著作權(quán)相違背。

當(dāng)然，建筑思潮的發(fā)展與技術(shù)是密不可分的。在數(shù)字設(shè)計已經(jīng)發(fā)展了半個世紀的今天，機器人作為設(shè)計領(lǐng)域的新興技術(shù)，作為數(shù)字設(shè)計的一個強有力的實現(xiàn)工具，毫無疑問也同時影響了數(shù)字設(shè)計方法。

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

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

2015年7月5日，由中國建筑協(xié)會建筑師分會數(shù)字建筑設(shè)計專業(yè)委員會、同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院、同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司聯(lián)合主辦，清華大學(xué)建筑學(xué)院、南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院共同協(xié)辦的第二屆DADA系列活動暨第五屆同濟大學(xué)“數(shù)字未來”暑期工作營在同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院成功舉辦。“數(shù)字未來”暑期工作營從2011年開始，已經(jīng)成功舉辦了5屆，由同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院的袁烽副教授組織策劃。本次活動以“數(shù)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(xué)生建筑設(shè)計作品展及建造工作營成果展以及系列叢書發(fā)布7個部分開展對數(shù)字設(shè)計與建造這一前沿研究領(lǐng)域的深入研究。

在7月4-5日進行的國際研討會中，圍繞“數(shù)字工廠”的主題，德國斯圖加特大學(xué)教授阿基姆·曼格斯（Achim Menges）、建筑機器人協(xié)會聯(lián)合創(chuàng)辦人約翰尼斯·布朗曼（Johannes Braumann）、墨爾本皇家理工大學(xué)羅蘭德·斯怒克斯（Roland Snooks），以及美國密歇根大學(xué)副教授馬德樸（Matias del Campo）和同濟大學(xué)客座教授尼爾·林奇（Neil Leach）等50余位國內(nèi)外學(xué)者就數(shù)控加工與建造、互動建筑與互動設(shè)計、數(shù)字建筑設(shè)計一、建筑性能模擬與優(yōu)化、數(shù)字化集成的設(shè)計與建造、數(shù)字建筑設(shè)計二、建筑信息模型和數(shù)字建筑設(shè)計實踐八大主題分享了各自的成果與體會。并進行了以“數(shù)字建筑在中國”“數(shù)字設(shè)計與建造”以及“BIM與數(shù)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(shù)字建筑設(shè)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(shù)字工廠——DADA2015系列活動數(shù)字建筑國際學(xué)術(shù)會議論文集》（徐衛(wèi)國、黃蔚欣編著）以及《高級計算性建筑生形研究——DADA2015學(xué)生建筑設(shè)計作品》（尼爾·林奇、徐衛(wèi)國編著）系列叢書的發(fā)布，也于工作營期間同期舉行。

建造工作營成果展以“數(shù)字工廠”為主題，通過開發(fā)和運用計算機技術(shù)和數(shù)字化制造、建造技術(shù)，探討全新的建筑設(shè)計方法與建造的可能性，以“機器人木構(gòu)建筑”“機器人協(xié)同建造”“自主建構(gòu)”“蠶絲混凝土”“機器人建筑模型設(shè)計研究”“物理風(fēng)洞與環(huán)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(shè)計平臺”“數(shù)字化傳統(tǒng)技藝”“數(shù)控懸浮張拉整體結(jié)構(gòu)”12組系列裝置作品為表現(xiàn)形式，探討了全新的建筑理念與數(shù)字化建造方式。

A組：機器人木構(gòu)建筑，由德國斯圖加特大學(xué)計算機設(shè)計學(xué)院教授阿基姆·曼格斯等4位導(dǎo)師指導(dǎo)，以木材作為設(shè)計基礎(chǔ)材料。木材作為歷史最悠久的建筑材料之一，展現(xiàn)出了極大的建筑需求的可能性。近期，通過計算設(shè)計的創(chuàng)新，數(shù)字化建造已經(jīng)在材料科技上迅速提升了木頭作為應(yīng)用材料的范圍。工作營將通過數(shù)字化的預(yù)制技術(shù)以及機械臂的精準(zhǔn)組裝來探索復(fù)雜的幾何木結(jié)構(gòu)形式（圖6）。

B組：集群建造，由墨爾本皇家理工大學(xué)教授、Kokkugia創(chuàng)始人羅蘭德·斯怒克斯等3位導(dǎo)師指導(dǎo)。使用機器人協(xié)同技術(shù)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(jié)構(gòu)，并通過參數(shù)標(biāo)識系統(tǒng)準(zhǔn)確地在設(shè)計整體中確定自己的位置，機器人的智能化協(xié)同建造保證了整個復(fù)雜結(jié)構(gòu)能在短時間內(nèi)實現(xiàn)（圖7）。

6-16 暑期工作營作品

C組：自主建構(gòu)，由美國密歇根大學(xué)副教授馬德樸等3位導(dǎo)師指導(dǎo)。采用機器人3D打印技術(shù)，探討聚丙烯材料在無模具的情況下生成具有結(jié)構(gòu)性的空間曲面以及該材料在不同環(huán)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(xué)建筑學(xué)院教授、建筑系主任徐衛(wèi)國講師于雷指導(dǎo)。采用機器人技術(shù)和3D打印技術(shù)，建造一個以人體為尺度的拱形結(jié)構(gòu)。人們能穿流于該輕型結(jié)構(gòu)之下，感受類似蠶繭包裹的經(jīng)歷（圖9）。

E組：機器人建筑模型設(shè)計研究，由建筑機器人協(xié)會創(chuàng)始人約翰尼斯·布朗曼等3位導(dǎo)師指導(dǎo)，采用漸進成型的技術(shù)，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(fēng)洞與環(huán)境性能生形，由同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院副教授袁烽指導(dǎo)，通過建造物理風(fēng)洞，并以傳感器接受風(fēng)壓數(shù)據(jù)與性能化數(shù)字分析軟件建立實時反饋，探索環(huán)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(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院副教授袁烽及墨爾本皇家理工大學(xué)碩士孟浩等3位導(dǎo)師指導(dǎo)，通過對聲學(xué)性能的模擬進行幾何生形，再通過機器人陶土打印的技術(shù)實現(xiàn)了近4m高的具有連續(xù)變化空腔的聲學(xué)立柱（圖12）。

H組：數(shù)字金屬彎折，由北京華匯主持建筑師王振飛、王鹿鳴指導(dǎo)。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(jié)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(chǎn)制造更加方便，可以適應(yīng)工業(yè)化社會的批量生產(chǎn)（圖13）。

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

J組：簡雜木架（SIMPLEX Carpentry），由香港大學(xué)建筑學(xué)院助理教授高巖指導(dǎo)。根據(jù)傳統(tǒng)榫卯木結(jié)構(gòu)的互惠結(jié)構(gòu)原則，探索和展現(xiàn)一個基于標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的可適變化的木構(gòu)體系，并嘗試將這個體系整合到大規(guī)模定制開源設(shè)計平臺的流程中（圖15）。

K組：數(shù)字化的傳統(tǒng)技藝，由華南理工大學(xué)講師宋剛、熊璐指導(dǎo)。選擇竹片作為建構(gòu)材料，研究傳統(tǒng)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(gòu)筑物（圖16）。

L組：數(shù)控加工的懸浮張拉整體結(jié)構(gòu)，由南京大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院講師鐘華穎指導(dǎo)。以整體張拉結(jié)構(gòu)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(shù)結(jié)合自然的可能性。

在9天的時間內(nèi)，來自海內(nèi)外的12組31位導(dǎo)師與120余位來自美國南加州大學(xué)、美國密歇根大學(xué)、美國羅德島設(shè)計學(xué)院、意大利米蘭理工大學(xué)、韓國延世大學(xué)、香港大學(xué)、臺灣淡江大學(xué)、同濟大學(xué)、清華大學(xué)、南京大學(xué)、浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)、青島理工大學(xué)等多所國內(nèi)外院校的同學(xué)順利完成了工作營?！酰ū净顒邮艿絿易匀豢茖W(xué)基金資助[項目批準(zhǔn)號51578378]及同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院[集團]有限公司重點項目研發(fā)基金，高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)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(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院李振宇院長致辭

同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

2015-08-20