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新型建筑技術(shù)揭秘:自動造房機工作似噴墨打印

來源:本站 | 作者:admin | 時間:2013-01-16 15:48:50 ]

  導(dǎo)語:沒有許多的磚瓦、木材、水泥和鋼筋搭建的架子:這是一場由機器人、電腦領(lǐng)導(dǎo)的新的房屋建造革命。

  如果用傳統(tǒng)的方法來完整地建造一棟房子,平均需要多少步驟?答案是: 4萬個。 

  在外界一切順利的情況下,一個有經(jīng)驗的施工隊一般需要六個月的時間,并且消耗大約 4噸的材料方可完成一棟房子的建筑,其中包含了人員的配備、協(xié)調(diào),各種物資的調(diào)配和諸多繁雜的工序。

  那么,如果我們能夠選擇一種更加簡便的自動建造系統(tǒng),或許各種工作程序會變得更加協(xié)調(diào),配置更加合理,而整個建造過程會更加迅速、經(jīng)濟、安全。 

  這個構(gòu)想已經(jīng)成為了現(xiàn)實:經(jīng)過全世界眾多工程建筑師的研究,人們提出了很多種自動建造房屋的設(shè)想,許多不同種類的建造實驗也已經(jīng)獲得了成功。如今我們展示的這些自動房屋建造系統(tǒng)就像一間 “完美工廠” ,在采用了特殊的泵系統(tǒng)后,自動建造機可以從低到高,一層一層地建造整幢房屋。無論是地板還是墻壁,都可以一步一步地澆筑而成。

  這種技術(shù)可以運用在各種建筑之中,只需要在電腦上進行不同的設(shè)定,從豪華的宮殿到普通居民住宅,都可以簡單地自動完成。 

  第一種構(gòu)想:把房子澆出來 

  美國南加利福尼亞大學(xué)( University of SouthernCalifornia)一位伊朗裔工程師比洛克•霍什內(nèi)維斯( Behrokh Khoshnevis),從事了多年的 “輪廓工藝( Contour crafting)”建造技術(shù)的研究工作。這項設(shè)想的關(guān)鍵,就在于將建造房屋回復(fù)到最初的模型制造方式。 

  當(dāng)然這一切的前提是,建造過程是建立在先進的、由計算機控制的起重機和框架建造系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。經(jīng)特殊設(shè)計的專門機器人會用石灰和水泥澆筑出房屋的整體結(jié)構(gòu)。這個機器人由于是專門設(shè)計,所以身價昂貴——價值150 萬美元。

  在正式工作的時候,機器人會被安裝在金屬活動起重臺架上,它的一端和電腦設(shè)計圖相連;另一端則是一個噴嘴。噴嘴會根據(jù)設(shè)計圖的指示,在指定地點噴出一圈半流體的混凝土材料,就像在桌子上擠出一圈牙膏一樣。

  然后,噴嘴附帶的兩個泥鏟會自動伸出,規(guī)整混凝土的形狀。就這樣,一層層的建筑材料砌上去,形成外墻,再扣個穹頂,一座房子就建好了。由于混凝土材料是特別加工的,在太陽下面會迅速變干并凝固,因此建好后馬上就能住人。 

  在搭建完一間獨立完整的房屋后,剩下的工作只需要安裝門窗和進行簡單的室內(nèi) 

裝修了。節(jié)省了煩瑣的工序,以及人力成本,其結(jié)果就是——根據(jù)專家預(yù)測,只要一天時間,它就可以建成一座 185平方米的房子,速度是人力的 200倍。 

  從建房原理上來看,這個工作模式跟噴墨打印機在紙上打印一樣,但是不同之處在于這種設(shè)備中適使用的噴嘴是可以任意方向轉(zhuǎn)動。由于建房的簡便性,它適用于需要緊急建房的情況,譬如避難棚的建設(shè)。按照比洛克·霍什內(nèi)維斯的說法就是:現(xiàn)在衣服、鞋子和汽車都已經(jīng)可以自動生產(chǎn)了,房屋如果仍舊需要人們按照之前的方法去建造,未免太不合理。 

像印刷一樣,利用建造模具的方式用水泥填充



  
  下方方格中展示的是" 輪廓工藝(Contour crafting )" 建造技術(shù)的工作過程:只需要一個機器人(一套機械建造設(shè)備)就可以一步步逐層建造一幢房子。首先,利用機械在建筑場地勾畫出一個整體輪廓、線條;接著,開始砌墻,機器人會按規(guī)劃圖自動留出門和窗戶的位置;然后,蓋上第一層的天花板,并接著在頂上澆灌出第二層的地面;最后完成屋頂、墻壁外部結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)部分。時間:如此這般, 24小時之內(nèi)就能建造出幾幢簡單的毛坯房。 



比尼貝殼建筑:體育館

  第二種設(shè)想:空氣泵建出比尼貝殼

  這項領(lǐng)域的研究從很早就開始了。早在 1970年,在米蘭附近的塞斯托 ·圣吉奧瓦尼( Sesto Sam Giovanni),人們就嘗試用 3個月的時間搭建了一座 1.1萬立方米的宮殿,而這個奇特的建筑完全是由塑料建造的。 

  然而,真正的“自動建造系統(tǒng)”的先驅(qū),也是為這種系統(tǒng)命名的人是意大利托斯卡納( Toscana)的建筑師但丁•比尼( Dante Bini),他在 60歲的時候提出了這種利用水泥澆筑,逐層建造房屋的設(shè)想。他回憶道:“1965年,在博洛尼亞( Bologna)克里斯貝拉諾( Crespellano),我成功地用了 60分鐘的時間,用水泥澆筑出了一個 12平方米, 6米高的方格房子。”

  根據(jù)比尼的回憶,這是“比尼貝殼(Binishell)”的雛形,然后他嘗試用水泥澆筑12到40 米見方的房子,用鋼筋框架加以支撐固定,并在其中添加氯丁 (二烯) 橡膠(neoprene )和聚氯乙烯(Pvc )使之融合為一體:在過去這是一種使建筑材料膨脹,并將圓形屋頂支撐抬高的方法。 

  而到了如今,世界上有 32個國家正在使用 1600個比尼貝殼 ,它的使用包括住宅、學(xué)校、健身場館、教堂,甚至加油站。 在2005年,比尼又有了新的設(shè)想,在比尼貝殼的基礎(chǔ)上他又發(fā)明了一套新的系統(tǒng):比尼庇護所( BiniShelter)。

  比尼庇護所的原理是把一個房子簡單地分成 8個部分,每個部分單獨制造。這些部分都可以制成平板的形狀,接下來就是空氣泵的事情了。將整個框架用空氣泵支撐起來之需要大約一個小時,只需要在搭建地點確定整體的結(jié)構(gòu)就可以了。整個過程的人員需求:3個工人。 

  比尼庇護所還是一套整體可循環(huán)使用系統(tǒng),能夠隨時將房屋拆除和重新搭建。這樣的建筑還可以不斷改進,由于機械和電力系統(tǒng)的加入,自動建造技術(shù)也會越來越完善。在日本,這一切已經(jīng)開始得以實現(xiàn):僅僅是一個機器人就獨立在日本名古屋建造了一幢21層高的樓房,而且在建造過程中,除了電腦工程師外,沒有一個泥瓦匠參與工作。 


這種是“利布勒式(Forma Libre)”的民居建筑,建造這樣一間房子大約需要15天的時間。

  第三種設(shè)想:抗地震的房子?用鐵和布搭建

  如果考慮到最原始、最經(jīng)濟、最迅速去建造一幢房屋的前提,并且該房屋還需要擁有防地震和保護生態(tài)的功能:那它應(yīng)該是這種被稱作“利布勒式(Forma Libre )”的房子了,它是由西班牙建筑師莫伊瑟斯•阿瓦勒茲•耶拉(Moises Alvarez Yela )構(gòu)想出的。

  在西班牙的安達盧西亞(Andalusia ),利用這套建造系統(tǒng)已經(jīng)建造了很多不同的居民住宅,尤其是在西班牙馬拉加(Malaga )地區(qū)。利布勒式房子造型隨意,用鐵制成的框架結(jié)構(gòu)被支撐起來,外面用布包裹,并搭起小帳篷,人們可以坐在這里享用咖啡,這在某種程度上類似于蒙古式帳篷。

  在需要加固的地方,或者是框架的接合處會填充高壓水泥,這樣可以使整幢房子更加安全、牢固,保證在遇到颶風(fēng)和地震等劇烈災(zāi)害天氣時,它仍然屹立不倒。

  建造這樣一幢房子只需要大約15 天,每平方米的建造花費大約是1000 歐元。不過房子的體積沒有特別的限制,高度和樣式也可以隨意設(shè)計。加上材料是簡單的鐵與布,使得建造房屋看上去更像是完成一件藝術(shù)品。

  自動建造技術(shù)將被廣泛運用在建筑行業(yè),預(yù)計20 年左右的時間,這項技術(shù)就會傳播到世界各地,它將使房屋建造成本節(jié)省大約75% 在美國國家航空和宇宙航行局(NASA) 的網(wǎng)站上,對這項建造技術(shù)也有極高的評價,網(wǎng)站聲稱該技術(shù)還有可能應(yīng)用到太空之中,例如在月球上建造太空基地和考察站。

  向白蟻學(xué)習(xí)的建房 

  一項與輪廓工藝十分相似的計劃正在進行著,然而這項計劃更為激進和大膽。該計劃是由英國拉夫堡大學(xué)( Laughborough University)一位名叫魯貝特•索爾( Rupert Soar)的教授提出來的。

  索爾教授聲稱,他這項計劃的靈感來自于生活在非洲撒哈拉南部的一種白蟻,這種白蟻能將巢穴建造成 2-3米高的 "大型建筑 ":為了完成這樣浩大的工程,成百上千的白蟻會進行復(fù)雜的分工協(xié)作,共同完成這項使命。這些白蟻會把巢穴建造到地面之上,它們用自己的排泄物和唾液構(gòu)建框架,并將其填充結(jié)實。 

  索爾的建造機器就是模仿它們設(shè)計出了石灰和水泥噴射裝置,就像一個大型的印刷機在紙上噴射墨水一樣,在地面上建造起房屋。當(dāng)然,這些大型機器都是由電腦控制的。這套系統(tǒng)和比洛克·霍什內(nèi)維斯的“輪廓工藝”建造技術(shù)十分相似,但它更為細(xì)致詳盡:它建造的房屋不僅包括室內(nèi)外墻壁、屋頂?shù)戎黧w建筑,還包括整體浴室的結(jié)構(gòu)、壁爐和簡單裝潢設(shè)施。而且在室內(nèi)的墻壁上,專門的“ 

機器人藝術(shù)大師” 還可以直接繪制出精美的壁畫,這比起傳統(tǒng)的貼 

壁紙的方法要省事許多,并且還大大節(jié)約了成本。不僅如此,這樣建造房屋的另一大優(yōu)勢就是節(jié)省時間,一套房子從設(shè)計到把鑰匙拿到手最快只需要一個星期。

  然而,我們能從白蟻身上學(xué)習(xí)還不只是這些:這些神奇的昆蟲還會根據(jù)天氣的溫度和濕度來改善自己的巢穴,因為蟻巢必須保證在足夠干燥的環(huán)境下才能夠堅固,為此它們在建造的時候就會根據(jù)不同的自然環(huán)境進行細(xì)微地調(diào)整,并利用自然環(huán)境使自己的巢穴更加舒適,例如它們的巢穴的通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜精細(xì),在夏季它們能改變空氣的流動,使巢穴更加清涼。

  索爾和他的研究小組已經(jīng)通過三維探測器掃描了白蟻巢穴的整體構(gòu)造,并制作出模型,用來進一步研究白蟻巢穴的建造機理,以便在未來的房屋建造過程中建造更好的生態(tài)建筑。這種生態(tài)建筑的理想是能利用更先進的技術(shù),來充分地利用自然資源,比如太陽能和風(fēng)能。 

  新的建筑概念

  還有一種不同的建筑概念,它是由美國波士頓麻省理工學(xué)院的肯•拉爾森(Ken Larson )教授研發(fā)出來的。拉爾森教授的靈感來自于電腦模型,他將這項技術(shù)定義為“開源技術(shù)(Open source )”,這是一套可改變的建造系統(tǒng),也就是說房屋的內(nèi)部格局可以根據(jù)人們不同的需要進行調(diào)整。

  這就好像我們自己組裝一臺電腦,今天,我們所有人都知道個人電腦可以根據(jù)自己的需要購買不同級別的配置和用品,比如程序、光碟、硬盤、鍵盤或者掃描儀,我們可以按照自己喜好自由添加、自由組合。同樣的方法,也適用于我們的房子,我們將會生產(chǎn)一系列的零部件,然后客戶可以根據(jù)自己的需求和喜好自由裝配,就像我們玩的樂高組裝積木玩具??梢赃x擇不同的部件來組成房間,這項技術(shù)也就是要創(chuàng)造一種和電腦一樣多元化的房屋建筑。

  其中一個建筑原型就是“開啟1號( Open 1)”,它建在美國新漢普郡(New Hampshire ),是一幢3 層樓的房子,里面配有電梯,目前是用作為一家腦神經(jīng)損傷患者的康復(fù)中心。這幢建筑的主體結(jié)構(gòu)是鋼制的,周圍包裹著木頭材料,一個房間大約被分成40 個部分。

  開啟1號的建造是預(yù)先定制各個部件,然后在預(yù)定地點通過起重機統(tǒng)一組裝而成的,組裝過程十分簡單。利用這種方法,這幢房子從生產(chǎn)到完工只花了不到一個月的時間,大約12~18個標(biāo)準(zhǔn)工作日,更值得注意的是,它的建造消耗的所有原材料加起來,只需要兩輛大卡車裝載,從而大大降低了物資的浪費。

  結(jié)束語: 

  一切都將變成越來越快捷,流水線上的生產(chǎn)也許會成為未來生產(chǎn)趨勢??焖俚慕ǚ糠绞降拇_可以減少成本,提高效率,但是減少人工的是不是意味著失業(yè)率的增加。原本是為了節(jié)省成本,工作提高效率的初衷,也許導(dǎo)致的結(jié)果反而是人員的失業(yè),從而造成更多資源浪費??萍嫉陌l(fā)展有時會朝人們所意想不到的方向發(fā)展。 

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