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3D打印建筑背后的“机器匠人”

?建筑物背后的3D打印“机器制造商”

九名工人太多了,马一和决定将工人人数减少到五人。

7月19日,在上海的青浦区,几十人身高的高野草,狮子路被太阳晒太阳。上海盈创建筑科技有限公司董事长马义和带着头盔走在前面。他的皮肤很黑,这是不时在工作现场的结果。他计划在这里建造四座小型高层建筑,其中一座已初具规模。

与普通建筑工地不同,没有堆放的建筑材料,工人不需要在现场建造。建筑工地旁边是一个大型工厂棚,周围是白色巨型屏幕。这是真正有效的人。一台3D打印机,大小只有篮球场的一半。

“28日,我们将在这座大楼举行新闻发布会,让大家以沉浸式的方式感受3D打印室!”马毅和他的语气很坚定。

距离乌镇西栅景区100多公里,另一个地方还有两个机器人。他们正在帮助建立新的世界互联网大会的场地。承包商是同济大学建筑与城市规划学院教授袁震的团队。他设计的机器人不仅可以进行3D打印,还可以进行各种实验性建筑实践,如机器人木结构和砖结构。

这两个建筑工地之间没有交叉点,但在智能建筑的国家指导和工业4.0的到来之间具有相似的意义。两者都是上海企业和研究团队参与建筑业转型升级的尝试。机器更换工人并成为“机器制造商”。

为了突破劳动力短缺和传统建筑业的瓶颈,全球建筑业已将注意力转向智能化建设领域。袁震认为,中国工程机械替代的转折点即将到来。

转折点

7月28日,远离市区青浦区新津路,很难看到满载汽车的道路两侧有车。长龙绵延数百米,不乏奢华的身体阴影。

在场地很难找到座位;在数百人的场地上还有同声传译讲习班。有来自非洲,欧洲,中东和南亚的与会者。

这一场景与五年前的会议情况相当。

2014年,盈创在这个公园里,24小时内印制了10栋灰矮人房,据称是世界上第一座采用3D打印技术打造生活建筑的建筑。

“在我出国(学习)之前,一位乘汽车和汽车来的外国人来看我。”马义和说,公司在苏州工业园区接待了数千名游客。由于需求太强,他按头负责,一人300元,并且收取的访问费数十万元,“全部用于科研”。

即使在今天,坐在人群中,您仍然可以感受到3D打印技术的追求。与会者包括工业上游和下游制造商,结构工程师和大学领导者。一所上海大学计划开设一幢建筑专业,希望将3D打印作为一个亮点。

但记者也可以感觉到很多人对这个概念仍然含糊不清。一位与会者开玩笑说:“知道得很好,但不知道它在哪里。”

在过去的5年中,3D打印建筑从未进入主流。马一和无法弄明白。

他于1993年在家乡湖北省阜阳市开始建筑材料并开始创业。据他介绍,房子的原始建筑需要生产模板来重新浇水泥,现在3D打印的数量技术模板和钢筋装订工作大大减少,施工周期缩短一半以上,减少劳动力50%-80%;此外,油墨(即混凝土材料)是转化建筑垃圾,工业废料,尾矿,并可以节省30%至60%的建筑材料。

2015年1月,盈创宣布印刷世界上最高的3D打印建筑“6层住宅楼”和世界上首个1100平方米的精装别墅,内置和外部融为一体。通过与海外设计公司Gensler合作打印迪拜办公楼项目,盈创也成为全国第一家使用3D打印施工技术在海外打印办公楼的公司。

纵观全国,北京,广东等地近年来一直在进行类似的探索。将人工智能和其他创新应用于建筑领域,使机器真正渗透到施工现场的生产环节,使人成为管理者,然后将中国制造推向智能化。化工。

袁震提供了一系列数据:业内人士一致认为,当一个地区的建设项目的劳动力成本比例超过总建设成本的35%时,就会出现“机器替代”。在中国香港等发达地区,这一数字已超过50%;在大陆,这个数字超过30%,而上海略显特殊,仅略高于33%。

在劳动力成本高的大多数地区,预制建筑构件用于促进装配式建筑的发展。上海也跟不上它。该市已规定,2016年外环线内的所有新民用建筑应为组装建筑物;外环线以外不低于50%,并逐年增加。

在角落里超车?中国并非不可能。

与马一和的信念截然不同,3D打印是“所有优点,都找不到缺点”。袁浩很少使用3D打印标签来描述他的作品。 3D打印技术,更专业的说法应该是“增材制造”,是指通过逐层添加材料将数字模型制造成三维物理对象的过程。 “但是机器的智能结构也可以减少,例如,机器人可以铣削木材。”

袁震认为,3D打印架构最重要的意义是机器替代,但3D打印并不是更换机器的唯一方法。他更倾向于解释他的领域是数字设计和智能结构,即通过算法实现更精确和节能的机器结构。

7月26日,在乌镇遗址,最高气温接近40摄氏度。工人们必须等到下午3点才能开始工作。

但这两个铺砖机器人不受影响:每天工作16小时,当施工期紧张时,24小时不成问题。

与普通工人相比,这两个“工人”无疑拥有整个工地的最佳工作环境。独立工作棚,清洁地面和电风扇冷却。

我看到机器人用手臂抓住砖块,灌浆,并建造了墙壁。运动一次完成,边缘部分建成,只有一半的砂浆被巧妙擦拭。机器人建造的墙壁并不普通。每块砖都有不同的角度,最终形成波浪般的视觉效果。

“该机器适用于逐渐非线性梯度变化。平均砖间距是相同的,但机器是建立的。如果单独看一下,就看不到任何东西。当你把它放在一起时,你可以看到节奏。“袁浩指着波浪。说墙。

十年前,他还使用数字软件设计了一种具有缎面流动纹理的“丝绸墙”,但当时没有机器人,都使用定制模具和人造砖石。他记得那堵墙不大,而且建了两个月。这次,长度超过40米,高度超过2米的复杂墙体可在两周内完成。

在验收时间还剩一个月。施工方很匆忙。袁震很平静:“这两台机器相当于前两支队伍,差不多有二三十人,但现在(机器外)只有四人,人的劳动强度大大降低。”

每当记者谈到一件作品时,袁震总是报告施工时间为。上海思南书店的报摊从规划到完工已使用了21天;世界人工智能会议面积近9,000平方米,100天内完成。施工.

2008年,袁伟作为访问学者前往麻省理工学院学习了一年,期间选择了数字化设计和建设的方向。回来后,他集中注意力。他有中学课程,并在城市比赛中获得一等奖,但在上大学后没有继续。在他去麻省理工学院之前,他发现“人们彼此联系”,所以编程重新启动。

自2011年第一代建筑机器人发展以来,元浩团队已经研究了8年,其中移动式机器人已经更新到第5代,可以完成3D打印,砌砖,铣削,弯曲金属,切割12个过程,如石头。

在上海徐汇西岸的一个项目中建造再生砖墙时,他们甚至将“眼睛”放在机器上,让机器判断砖的大小和位置。

上海乌镇工厂的项目经理江斌已经做了10年,但机器人从未见过它。

根据国际机器人联合会(IFR)的数据,2017年中国机器人需求增长率达到58%,全球三分之一的机器人销往中国。中国正在逐渐成为世界上最大的工业机器人市场。

担忧并非没有。

马一和很快被“标准”问题所困扰。在7月28日的新闻发布会上,仍有人提问。

3D打印建筑目前没有专业规格。在设计和施工时,他们只能参考类似的结构和外观建筑标准,并通过实验设计确保其结构的安全性和可靠性。

“创新事物的标准在哪里?如果有标准,会有创新吗?“马义和大声说。

这些话很好。但是当谈到生活在房子里的人时,没有人敢于忽视。

在新闻发布会上,当叶小红讲话时,起床和拍摄幻灯片的人数大幅增加。当翻页时,有些人互相喊叫:“这一切都被采取了吗?”

叶一红是上海建筑研究院教授级高级工程师。他的主题是“3D打印材料(墨水)和3D打印产品标准研究”。

“每个人都在关注标准。”叶晓红介绍说,国家标准体系分为政府标准,集团标准和企业标准。

2017年,住房和城乡建设部发布了项目建设标准体系改革草案,明确提到:“通过合同协议,集团和企业标准可以作为设计,施工和验收的依据。”

该计划的提案为盈创等企业的发展带来了突破。政府的善意背后“反映政府的监管要求,也满足设计和施工单位的需求;不仅要确保管理好,要做'底线,保护基础',不能管理多重死亡,限制企业创新。“

在此基础上,叶玉红团队制定了应辰油墨强度,抗震墙体材料,抗冻,放射性,防火等企业标准,并在国家质量技术监督局网站上提交。下一步是制定需要更多业务参与的协会标准。

叶小红的演讲赢得了持久的掌声。但仍有一些人质疑,“3D打印建筑的安全因素不仅仅是材料,墙壁,还有建筑结构。如何检测结构?”

其他人说,盈创目前打印更多的基础设施,表明结构仍然很短,因为结构需要大量复杂的算法验证。

“数字化建设的困难不在现场,而是在设计的早期阶段。”袁伟说,最困难的部分是生成形式,计算优化和验证。建筑师的任务是负责结构,绘制地图,签名,并在出现问题时撤销许可,这是行业规则。

但在新兴领域,确实存在一些容易被忽视的因素。

去年8月,一座黑色表面的人行天桥和印有新改性塑料的人行天桥成为同济大学校园的一个场景。 42天后,桥梁倒塌了。

“我们最初只关心它可以携带多少人,但忽略了温度带来的变化。”袁伟说,“那时,一位材料科学教授提醒我要注意它在极端温度下的表现。”当然足够,持续很多天。在高温之后,变形导致压力发生并最终桥梁坍塌。袁宇在此基础上撰写了一份报告并在国际会议上发表。

乌镇项目最困难的部分是智慧馆。智慧馆的最终效果是非线性壳状结构。这种形状在学术上被称为“自由重力拱结构”。力不是垂直传递而是完全传递。元真团队做了一个六分之一大小的炮弹,但这次它只改变了尺寸,但结构逻辑必须改变。

负责智慧馆项目的博士后王翔表示,智慧馆的现场施工过程非常类似于积木。塑料模板在工厂预制有3D打印技术。运到现场后,工人们组装并用螺栓固定。然后,在模板上铺设三块薄砖,最后拆下现有的钢架支架。

但问题接踵而来。例如,3D机器打印的组件出错。虽然它是在工厂预先组装的,但当它到达现场时,仍然有一些部件无法匹配。工人必须首先使用钢脚手架来构造结构并去除表面砖结构。

异型建筑,工程验收也是一个问题。袁震打算邀请上海和浙江的专家参加乌镇的会议,尽管该领域的专家很少。

件,也会做材料检查。 “袁宇很自信。

机器和人

智能建筑后你需要什么样的人?

应该有两种人:一种是操作机器的人,另一种是设计机床的人。

记者曾在青浦观察过一次印刷过程:90后,杨青(化名)当天16:30完成了所有建筑构件的印刷。他毕业于机械专业,并到盈创工作。他在开始时也感觉很新,现在已经习惯了。他甚至可以在自由时玩手机游戏。 “如果印刷太快,工人就无法得到它。”

人们可以把印刷过程想象成一个蛋糕,洒水器就像一个花袋,混凝土“墨水”就像一个奶油,按照设定的路径一个接一个地堆叠。

“工作环境根本不是一个概念。”一名工人说,工作强度也低得多。只需要“携带运动部件并结束它。”

这些碎片不好,施工现场也不愿意。 “

在乌镇现场,22岁的运营商张云(化名)大学毕业,学习机电一体化,从未修建过墙,并在短短两周内学会了操作机器人。

如今的大多数工业机器人,包括建筑机器人,都是可编程的机器,只能进行编程以执行一系列重复运动。但要真正取代一线工人,施工机器人遇到的复杂挑战不仅仅是实现“速度”或“效率”。

对于那些设计机器人的人来说,袁浩仍然感到缺乏人,“一般设计做不到”。

今年7月,袁浩在上海报道了数字建筑算法。观众几乎都是建筑行业的专家。最后,很多人的反馈是“我不明白”。

机器人建设已经开始跨界:建筑,结构,力学,材料科学,人工智能.过去,同济建筑学生不需要编程。今天,周瑜,周宇凡的硕士生,每天的主要工作是编写程序和调试机器人。

“建筑是一种美学和人文教育。必须绘画,做手工,制作模型和设计。编程是代码,纯粹理性。我们将两者结合起来,形成一个新的建筑数字化未来。”袁宇说。/p>

例如,砌砖机器人除了使用建筑设计知识外,还涉及自动化,机械,电气和其他专业知识。其核心功能由袁宇和学生思考。在制作原型之前,袁浩正在寻找机械和自动化行业的专业人士来帮助进行专业改进。

“用机器代替劳动力不仅仅是减少人员,而是利用新的劳动来增强计算能力。在智能时代,生产的一切都会略有不同。例如,我们的3D打印组件,每个不同,墙壁和每块砖的位置都不同,这对于自动化程序是不可能的。“袁伟说,机器人加入建筑行业的意义也在于提高建筑的性能和美感。

建立多少智能意味着其背后涉及许多“人”。

虽然新闻发布会正在蓬勃发展,但值得注意的是,会议召开的大楼没有达到马毅和9天前预期的“完成”。

马义和解释说:承包商对3D打印技术的看法不统一,暂停3天。当他回来做出决定时,无论如何他都无法赶上。

最后,他们只完成了一楼的布局,并在3D上打印了一小块水磨石地板,供游客“感受”。

也许这也意味着如果没有“人”的参与,机器的智能程度最终只不过是一台机器。