工业40进行时:建筑设计与制造的协同进化

2018-09-17

  工业4.0不只是传统制造业,包括各类型工厂的变革。在建筑业越来越具备工业化生产特征的今天,其进化也已经成为工业4.0不可或缺的一部分。

  在过去数十年中,数字化、机器人和自动化技术显著提升了制造业的产品质量和生产效率。然而,在建筑领域,尽管数字化已经成功的实现了自动化设计,但建筑设计与制造之间仍然脱节。

  现在一些制造商已经使用创新技术从大规模生产转向大规模定制,而建筑行业仍然只是采用DFMA(Design for Manufacturing and Assembly,设计制造和装配)来重复大规模生产标准化的建筑部件。

  英国建筑工程公司Newtecnic将数字化和自动化技术融入最新的建筑项目,为我们思考如何推动建筑设计与制造的协同进化,提供了一种范例。

  在沙特阿拉伯利雅得的King Abdullah金融区地铁枢纽项目中,该公司通过无人机、机器人、3D打印、数字孪生等创新技术,实现从概念设计到制造、模块化构件、外墙和内部设施的工程设计与创新,从而使设计与制造环节无缝衔接,充分保证建筑项目的绿色、经济和可持续性发展。

  Newtecnic公司没有采用设计——远程工厂制造——交付——现场组装的方式,而是通过建筑实验室,在施工当地建立临时工厂并部署生产设备,工业40进行时:建筑设计与制造的协同进化采用当地人员和材料,从而实现建筑材料本地化生产。

  这些小型、高效的制造单元专门用于生产大规模定制组件,机器人与建筑实验室进行互动、生成、交付和安装新的或需更换的建筑部件。

  在公司为沙特利雅得King Abdullah金融区(KAFD)设计的地铁枢纽项目中,使用机器人和自动化设备进行现场部件生产和维护。

  上图显示了到2038年,建筑工人和无人机共同维护沙特利雅得KAFD地铁枢纽的外观。

  公司目前正在监督建筑围护结构的施工,在此过程中,公司审查并批准了几个承包商的工程,以确保工程项目高效准确地完成。

  公司职责范围还确保所有建筑构件和制造物在到达现场之前都能得到质量保证,公司通过设计工程为机器人、无人机、3D打印和增材制造等不同类型设计进行维护。

  KAFD地铁枢纽位于人口密集的城区,是包括六条新地铁线多英里轨道在内的全市交通系统的核心,因此,中断地铁服务以进行结构维护和改善是非常不可取的。

  由于建筑物的围护结构宽而低,完工后,起重机进入非常不方便,且易造成破坏,成本很高。此外,由于该建筑是城市的中心部分,其设计寿命至少为60年,因此,项目启动后,自动清洁、维护和更新建筑等问题则是必须要考虑的因素。

  地铁枢纽的封套包括一个模块化的盒式系统,使用可调节的钢“蜘蛛”固定装置,以支撑防水膜上的高性能混凝土面板。

  该系统经过精心设计,适用于未来的机器人接入、移动和操作。这意味着机器人引用建筑物的3D数字孪生模型,结合GPS,可以计算建筑立面上的路线和位置。

  通过使用机器人负责起重、更换和搬走损坏的部件,使用无人机进行检查和清洁工作。这种自动化技术提供了更好和更安全的近距离访问,允许施工人员远程遥控,从而避开施工现场的危险环境。

  KAFD地铁枢纽的设计旨在利用配备激光雷达和摄像机的小型无人机和机器人来执行检查工作,从而对建筑物内部隐藏区域进行检测、监控和精准测量。

  通过这种方式收集高分辨率的建筑数据,并配备3D打印机的现场施工实验室共享数据,从而打印出完全符合结构的建筑部件。

  在全球其他正在建设的项目中,这家公司计划从建筑初期就部署建筑实验室。通过这种方式,20世纪中期工业时代的大规模生产方法和设备正在被新兴的自动化、高度灵活、可控和强适应性的工具设备所取。

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