计划使用机器人建造谷歌加州总部高性能建筑?如今，建筑学正朝着“形式追随性能”方向转变。以性能为核心的参数化思路高性能建筑虽然基于数字技术，但并非仅仅是一种冰冷的形式追求，相反，高性能建筑所追求的是一种通过精准的操作达到与人、与自然完美契合的状态。归根结底来说，设计方法与设计工具已经能够基于性能数据进行操作，而建造工具并没有对接上这种基于数据的操作方式，而机器人平台弥补了这一方面的缺失，使这种高性能建筑的设计与建造真正成为一套连续完整的模式。

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计划使用机器人建造谷歌加州总部

高性能建筑

?如今，建筑学正朝着“形式追随性能”方向转变。教条式的形式语言，无论是纯粹的建筑几何，还是简单的形式逻辑算法，其所能表现出的形式意义越来越遭受到质疑。纯粹的形式规则并不能应对真正的城市建筑问题，除了相同规则导致的形式同化，新教条主义带来的建筑无法真正回应环境以及历史文脉带来的丰富性与层次性。随着性能化模拟和数字化技术的出现，可以实现形式意义的丰富性、在地性，其表现的意义也更加直接地对应环境气候关系以及人的行为关系。参数化技术让“形式追随性能”变得更加具有可操作性，这使形式所能表现出的内在意义逐渐转移到对建筑本身的性能以及存在的伦理意义层面。无论是结构性能、环境性能还是行为性能，都将成为寻找形式意义的有力的出发点。

以性能为核心的参数化思路

高性能建筑虽然基于数字技术，但并非仅仅是一种冰冷的形式追求，相反，高性能建筑所追求的是一种通过精准的操作达到与人、与自然完美契合的状态。对于自然，高性能建筑希望通过以一种迎合自然规律的形式存在，用最合理的方式、最小的自然资源消耗来实现高效的建筑；对于人，高性能建筑追求的是以更加贴切人的行为，创造更加舒适、便捷与人性化的空间。因此，高性能建筑最终要实现的是建筑与自然、建筑与人和谐共处和可持续发展的伦理学目标。

机器人与高性能建筑

? 在一个较长的时间段里，高性能建筑都处在一个虚拟与现实存在断层的状态中。设计方法与设计工具在建筑师对设计的精确性的追求下，变得越来越复杂多变和依赖数据，而在将这种精确性往往会在转译和建造的过程中无法得到完整的落实。归根结底来说，设计方法与设计工具已经能够基于性能数据进行操作，而建造工具并没有对接上这种基于数据的操作方式，而机器人平台弥补了这一方面的缺失，使这种高性能建筑的设计与建造真正成为一套连续完整的模式。

机器人作为一种高精度与高效率的加工与建造工具已经广为人知，而随着机器人越来越深入核心地介入各个行业，其意义已经不能仅仅用“高精度”与“高效率”来概括，机器人以及与之紧密联系的智能技术网络带来的强大开放性正在改变虚拟世界与现实世界之间的联系，人与机器、人与人之间的关系正在被重新定义，机器人开始在社会层面上产生影响。 从建筑师的角度来说，机器人的介入提供了一种界面，一种数据与动作、虚拟与现实之间的交互界面，这使得建筑师在对从设计到建造的过程的把握更加游刃有余，设计更加自由化，同时也不会缺失建造的合理性，这让建筑师在整个建筑设计与建造过程中达到一个更加自主的状态。另一方面，借助机器人，设计与建造双方面可以形成一个很积极的交互，这将从本质上影响到未来建筑的设计与建造方法以及价值观——高性能植入成为一体化建筑设计与建造方法的核心，同时建筑性能成为评价建筑的重要因素，最终，这将给未来建筑存在的方式带来革新。

建筑原型的性能植入与机器人建造

? 建筑原型是进行建筑设计操作的基础，基本的性能逻辑（如结构逻辑）可以促成原型的生成，将原型进行几何逻辑参数化后，通过当前的性能模拟软件对不同参数下的原型进行性能分析，可以建立起参数化原型中的控制参数与性能数据之间的逻辑联系，为进一步性能植入原型与多目标性能优化做好准备。

·2013年上海创盟国际”自主建构“展览作品”轻拱“中，拱由130多块砌块单元组成，所有的砌块单元都是基于同一种参数化的几何原型，以适用不同的砌块形态要求。

“轻拱”与“轻拱“中砌块单元的参数化原型

性能植入是对建筑原型进行深化设计的方式。植入方式为基于原型控制参数与性能数据之间的逻辑联系，使用多目标遗传算法对设计原型进行性能优化。将定量化的评价结果反馈到材料研究过程中，对材料组合性能进行优化，并再次作为参数输入原型设计工具包进行设计更新，重复迭代，逐步优化设计。

对建筑原型进行性能植入首先需要对多目标的性能优化进行目标设定，环境性能则考虑最优的日照、通风、导热以及声学等环境效应；而结构性能主要关注原型设计对力的承载与传递，使原型在结构方面实现自支撑等特性，并最大化材料的利用效率。

环境性能植入：

·2012年同济大学参加“太阳能十项全能竞赛”的作品复合生态屋中，表皮单元依据受太阳辐射和通风模拟进行优化，实现针对多项环境性能的多目标优化设计表皮菱形构件的加工过程中需要重复地进行大量复杂的竹木板材切割操作以及相对应不锈钢节点定制。考虑到加工的精度和效率要节点定制。考虑到加工的精度和效率要求，大型三轴CNC数控机床被引入加工环节中用于复杂形体的制造。

ParaEco House中对表皮单元进行受太阳辐射情况模拟优化与数控建造

结构性能植入：

·2014 同济大学“上海数字未来”上海数字未来暑期夏令营的 “空间6D打印 ”项目中，设计团队模仿蜘蛛丝截面形态，设计了一款组合打印头，进行多股线组合打印，同时对打印线型进行结构模拟和优化，使其能够实现空间自支撑，从而达到空间打印的目。

空间6D打印项目中对截面形态原型进行结构性能优化

材料性能植入：

·2014同济大学“上海数字未来”上海数字未来暑期夏令营的 “基于材料性能的自主建构”项目中，设计团队选择PLA作为材料，针对PLA材料作为一种非晶体材料熔点不固定的特性，将PLA材料融化后挤出，利用重力在其缓慢凝固过程中形成悬链结构形体，完成具有结构性能的塑形。

基于材料性能的自主建构

机器人建造具有两方面特性： 精确性与开放性，这两方面成为机器人在高性能建筑建造中发挥关键作用的重要基础。数据控制的机器人可以在任何复杂动作下都能保持零点几毫米以内的精度，这种精确性保证了在复杂设计结果中依然能完美的体现设计意图。另一方面，使用者可以根据自己的要求更换机器人的工具端，来完成不同的加工任务。工具端的开放让建筑师能够更本质更直接的介入到建造过程中来：在机器人加工平台上，建筑师参与建造过程可能不再是从对材料的处理开始，而是从更源头的设计一款加工工具开始。这种开放性则使得机器人可以胜任的加工方式几乎是没有止境的。

·2014 同济大学“上海数字未来”上海数字未来暑期夏令营的 “反转檐椽 ”项目中，设计团队从传统木建筑中提取檐椽出挑比例与互承结构形成原型，设计了层层出挑式的结构装置，由于每层的单元都不一样，杆件与杆件之间的插接角度都各有不同。五轴CNC加工的精确性使得所有的插口得到了精确的呈现，结构意图得到了完美的表达。

“反转檐椽”中的基于出挑比例的互承结构原型

·2014同济大学“上海数字未来”暑期夏令营的Struc[Punch]ure项目中，设计团队为了依据结构受力线在金属板上加工出线型纹理，设计了一款用于机器人上的金属锤击加工工具，通过快速锤击动作在金属板上连续打点，形成线型纹理。机器人工具端的开放性使得这种特别的加工方式得以实现。

Struc[Punch]ure

基于机器人建造的建筑产业化

随着机器人建造引领的数字化设计与建造技术发展，先进的设计管理理念，先进的设计支持工具，先进的加工设备，不断出现的新材料，大大促进了建筑向模块化、预制化、可定制化、产业化方向转变。在基于设计与建造一体化的建筑产业化背景下，建筑业由劳动力密集型行业向设备密集型行业转变，由粗放式生产向更精确化控制加工方式转变，由大量现场作业向大量工厂定制化转变。

·上海城建集团完成的上海市浦江基地05-02 地块保障房工程项目，在深化设计阶段，BIM平台完成了PC 零件库、碰撞检查、动态施工仿真、深化设计自动化。在构件生产中，BIM 完成了模具设计自动化、生产计划管理、构件质量控制，对改进传统构件生产模式有很好的补充作用。通过RFID 芯片将虚拟的BIM 模型与现实中的构件联系起来，实现了构件生产的集约型管理，同时也使构件有了属于自己的身份证，为把控构件的全寿命周期提供了重要条件。

构件生产管理系统和使用手持机及RFID芯片进行构件生产管理

设计方法与工具的革新下的机器人建筑未来

这种革新对建筑师来说，首先意味着 建筑师对原型设计与建造的介入进入到了一个更深的层面，即原型生产层面。这里指的原型生产并非单纯的在原型设计完成后进行成产，而是将材料性能在设计之初就纳入考虑的范围内，并贯穿始终。在设计完成之后，借助机器人建造平台，建筑师可以直接参与到原型生产的过程中。这将使建筑师对整个从设计到建造的过程的掌控度达到一个前所未有的高度。

其次， 设计公司的核心竞争力将不再只是建筑设计与建筑工程方面，基于新的机器人建造平台的高性能建筑材料研究与机器人加工工具研发将成为新的核心竞争力。尤其是对于研究型的中小型建筑事务所来说，强大的新材料和新工具的研发能力将在高性能建筑市场中成为独特而有力的竞争手段。

最后，在工业4.0时代背景下， 网络化信息传递以及性能化定制成为了数字化工业生产的第一要义，因此基于机器人平台和网络平台的建筑数字化设计与建造将成为无可避免的趋势。云端设计与建造资源聚合、高度定制化的设计与预制的需求与服务以及高度信息化的设计与建造手段将会是机器人高性能建筑的未来。

来源：建筑学院