欧洲3D打印混凝土凉亭承载数字化建筑技术的魅力

近日，一栋三米高的3D打印混凝土凉亭出现在了达索软件位于法国的办公园区中，它是由欧洲建筑业巨头拉法基豪瑞、大型3D打印建筑系统生产商XtreeE、自动化系统生产商ABB和达索软件共同完成的，他们在高性能混凝土材料、自动化建造技术和仿真优化设计方面为这个3D打印凉亭“添砖加瓦”。

虽然我们在这个3D打印凉亭身上看不到中式古典凉亭的雕梁画栋和斗拱飞檐，但是它所拥有的巧妙仿生结构蕴含了数字化设计和数字化建造技术的魅力。

仿生设计、特殊材料、自动化技术
缺一不可

3D打印凉亭的设计灵感来自于咖啡豆和大树这样的自然元素，凉亭的外形酷似一颗咖啡豆，它内部墙壁中纷繁错杂的树状结构则是受到了大树树根的启发，这些树状结构起到了支撑作用，让凉亭更加牢固。如此别有用心的仿生设计是怎样实现的呢？达索公司的3D仿真优化软件在其中起到了关键作用，XtreeE公司在设计时通过该软件对凉亭的结构进行分析和拓扑优化，在这个过程中凉亭的抗震能力也是考虑在其中的。

在设计师探索和创建凉亭的仿生结构时，软件的创成式设计技术起到了重要作用。3D科学谷了解到，创成式计是一种通过设计软件中的算法自动生成建筑模型、产品模型或艺术品的设计方法。它是一种参数化建模方式，在设计的过程中，当设计师输入产品参数之后，算法将自动进行调整判断，直到获得最优化的设计。创成式设计将激发设计师通过手动建模不易获得的思想灵感，创造出拥有不寻常的复杂几何结构的设计作品，由于3D打印可以将制造出复杂设计的产品，已成为创成式设计作品的“好搭档”。除了在建筑物中的应用，航空制造和艺术品领域也通过创成式设计创造出了独特的产品，例如，空客为A320飞机设计的3D打印仿生隔离舱和Nervous System 设计工作室推出的3D打印花朵项链都是其中的佼佼者。

设计完成之后的任务是进行凉亭的3D打印。与传统建筑技术所不同的是，这个三米高的凉亭连同它的地基和内壁中的树状结构，都不是通过人工一砖一瓦搭建的，而是由XtreeE的3D打印建筑系统整体打印完成的，该系统集成了ABB 大型机械臂 IRB8700 robot，大型机械臂根据设计方案将高性能混凝土材料进行逐层沉积，整个打印时间为20个小时。在建造中使用的混凝土材料是全球最大的水泥生产商拉法基豪瑞研发的高性能3D打印建筑材料，该材料含有金属纤维，强度约为普通混凝土的6-8倍，并且具有良好的延展性。

3D打印技术对于建筑业的意义不仅在于节省人工和减少建筑材料的浪费，还在于为建造技术带来了更高的自由度，建筑设计师不需要过多考虑如何简化建筑的几何设计以满足工艺要求、如何标准化以降低建筑成本，取而代之的是，建筑设计师将更加自由的运用仿真优化设计技术，打造集建筑美学和力学于一身的建筑作品。