建筑学研究范式转型就在眼前！同济大学袁烽：智能建造，开启全新建筑美学
智能建造，未来已来！
奉贤区南桥镇，在市级文物保护单位、百年园林沈家花园的二号院改造项目中，很多当地居民被这一幕惊呆了：机器人挥舞着手臂，先抹灰、后砌砖，不间断地工作着……
这是一个城市更新项目。根据设计方案，二号院的外立面将是一个用灰色再生砖砌筑而成的复杂流线型立面：每块砖摆放的角度全都不一样，由此产生的微差与渐变，将带来全新的建筑美学形态。
不过，如此的建造工艺，人工无法砌筑完成。只有借助最新的建筑机器人智能建造技术，砖块才能实现精准的三维感知、定位与反馈。
“伴随着建筑产业升级，集建筑算法设计与机器人智能建造技术为一体的全新产业，离我们越来越近了。”把智能机器人砌筑技术带到奉贤区南桥镇“现场实战”的，正是同济大学建筑与城规学院教授袁烽。
最近几年，由袁烽主导完成的多个智能建造示范项目和作品在海内外学界引起强烈关注。引领我国建筑业走向智能化、绿色化、信息化的智能建造，已经从未来走进现实。
机器手臂的“魔法编织”，源于算法突破
今年暑假，同济大学校园里突然冒出一座未来感十足的“网红”桥：桥的立面看上去像是用“绒线”织出来的，织法极其复杂，每一根“绒线”的织法似乎都不一样。
这座桥使用的“绒线”，正是袁烽团队全新研发的碳纤维与玻璃纤维。
袁烽向报记者展示了一段碳纤维桥的制作现场视频：细细的碳纤维确实如绒线一般，跟随着几台巨大的机器手臂来回穿梭，实现着“魔法编织”。区别于传统建造方式，这座桥是由建筑专用机器平台打印与编织完成的。
而在内行人眼中，这座桥也很不一般：它运用智能化结构算法自动生形，先后借用“机器人金属3D打印技术”和“建筑机器人编织技术”进行局部与整体的全面结构轻量化设计与建造，是一座具有全新建造“范式”的步行桥。
这座跨度12米的新式桥梁，虽只有450公斤重，经受的荷载测试标准和传统桥梁完全一样，实验中最多可承载20名成年人同时步行安全通过。在不久前的一场展示活动中，18位中外顶级专家一起走上了这座碳纤维步行桥，一边点赞，一边“打卡”合影。
推动可持续、高效、节能、环保的精明增长策略，在建筑领域，智能建造是必由之路。“人工智能技术在建筑领域的运用，很大程度上体现为算法。”袁烽认为，基于性能参数化建构理论，将有效实现建筑结构拓扑生形优化、环境性能优化以及行为分析与迭代找形设计，成为智能化建筑设计技术的核心。
机器的建筑杰作，带来全新建筑美学
在袁烽团队的工作室，近年完成的各种实验建筑模型吸引着不少国内外学者前来参观。一些经由3D打印技术完成的自由拱壳，线条优美简洁，堪称一件件艺术品。
“看似简洁的拱壳，用传统人工方法无法建造，这些都是人机协同的杰作，人工智能不仅实现了许多不可能，也带来了全新的建筑美学。”袁烽说，拱形建筑原本是基本的建筑构建之一，集智能设计与建造技术于一体的自由拱，则涉及数学、力学、工程结构及建筑学等多个学科。
值得一提的是，魔幻的自由拱壳，完全由算法模拟重力进行找形，以确保其结构的稳定性。和传统的对称拱形结构相比，它不但在外形上超出了人脑想象，还表现出抗坍塌的极强负载能力。
袁烽告诉报记者，传统建筑最怕承受超重的均布负荷，只要过了临界点，建筑就会整体倒塌。而基于算法设计、建造的自由拱。
从实验来看，抗均布荷载能力超强，体现了全压力拱形结构的超强性能。但导致其倒塌的诱因往往是一个点上的冲击负荷，通过实验，可以看到在局部点荷载的冲击荷载下，整体离散结构就像多米诺骨牌一样，会被整体破坏。
人与机器协作，建筑业将呈现不一样的未来
智能建造开启的是一个全新领域，跨学科是其基本特征。最近两年，袁烽一直在积极推动智能建造领域的国际合作研究。
今年，在同济大学举办的智能建造工作营中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院、英国伦敦大学学院、澳大利亚墨尔本理工大学等知名高校的学者和青年学生们，尝试运用人工智能算法、智能感知、结构算法找形、机器人智能建造等跨学科技术，共同设计并建造了多个大尺度人机协作作品。
很多建筑学专业背景出身的学者，在工作营中花大量时间探讨的是全新三维打印与建模、Python语言数字设计框架、开源COMPAS框架等工具、技术，并由此进一步展开机器人环境下建筑工程和数字建造的合作研究。
在袁烽看来，这是建筑学研究范式转型的一个信号：人与机器的协作，将让建筑业呈现出一个不一样的未来。
事实上，很多人在观看了智能建造现场后都忍不住发问：当机器人开始替代工人砌砖，未来建筑工人是否不再需要了？
袁烽的回答是：智能建造时代，建筑工人或许不必在工地挥汗如雨地从事各种具体的砌筑工作；更可能出现的工作场景是：工人们盯着屏幕查看各种参数，指挥机器人现场工作。
“从这个意义上讲，建筑产业升级必然会产生新的职业，或带动现有职业岗位的技术升级。职业培训在当下意义重大，必须未雨绸缪，加快布局。”袁烽说。
作者：樊丽萍
编辑：李晨琰 樊丽萍
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