Pavilhão impresso em plástico 3D

Portão leste do Parque Temático Nanjing Happy Valley - a maior arquitetura de impressão 3D de plástico modificada do mundo recentemente colocada em uso. Como em meados de novembro de 2020, uma vez que o parque abriu oficialmente seu portão, e depois de quase meio ano de operação e observação, o projeto acabou refletindo uma possibilidade influente de implementação da tecnologia de construção de impressão robótica no futuro da arquitetura.

 A partir do final de abril, com rígido controle médico devido às circunstâncias da Covid-19, o projeto entrou na fase final de construção. A colaboração entre designers humanos e robótica criou um novo fluxo de trabalho e remodelou o processo tradicional de design para construção. Adotando a tecnologia de impressão robótica, a geometria super escala e de alto dimensionamento foi realizada com alta eficiência e precisão. O formulário personalizado exclusivo não só se tornará uma representação simbólica do Vale Feliz de Nanjing , mas também funcionará como uma transição perfeita para os viajantes enquanto eles passam pela praça da frente para os principais espaços do parque temático.

Na era pós-epidemia, criar um espaço alegre seria bastante significativo. Como estimular um ambiente relaxante, ao mesmo tempo que organiza com eficácia as circulações espaciais de entrada / saída de check-in e loja de souvenirs, seriam as questões mais urgentes à espera de resposta.

A superfície hiperbólica multidimensional com base na geometria computacional se estende infinitamente com penetração porosa, a dobra interna e externa do espaço tridimensional aumenta a continuidade do espaço, enquanto a extensão da superfície curva ajuda a atenuar as linhas de limite do edifício . O portão adota um esqueleto de estrutura de aço abrangente para encontrar formas e um sistema de construção impresso em plástico modificado em 3D em uma superfície externa colorida, exceto a superfície plana do telhado que é coberta com painéis de GRP.

O portão leste de Nanjing Happy Valley tem 52 metros de comprimento e 26 metros de largura, com uma área de projeção de 1352 metros quadrados e uma área de superfície desdobrada de 1950 metros quadrados. A geometria hiperbólica multidimensional realiza uma extensão irregular heterogênea de até 30 m, não apenas desafiando o desenvolvimento do projeto, mas também encontrando dificuldades de construção. Com 18.300 metros quadrados, a praça passa a ser o principal enchimento e pano de fundo do portão, um portão transcendente e acolhedor, proporcionando uma experiência espacial única para turistas e visitantes.

O escopo do projeto inclui projetar o portão leste, a praça de entrada e uma passagem pelo nível do subsolo. No início do processo de projeto, havia muitos elementos que precisavam ser integrados ao local - do lado sul da estrada às duas entradas do parque, da interface do edifício complexo no lado norte aos portões subterrâneos para a escada rolante; todos esses componentes juntos, resultou em rotinas de viagem imprevisíveis de diferentes grupos de usuários. Ele também gera diferentes dimensões e intensidades de interferência do fluxo de multidão. Para resolver o problema, a multidão é marcada como um enxame de partículas em movimento no local e as linhas de movimento são simuladas por um algoritmo de enxame de partículas auto-organizável baseado em um sistema multiagente de agrupamento; então, diferentes linhas de movimento são transformadas em elementos vetoriais, de modo que o comportamento da multidão em todo o quadrado forme um campo vetorial aleatório complexo. Além disso, existem vários campos no ambiente do site, como campo de direção vetorial, campo de vórtice, campo de ponto, campo de força repulsiva e campo de força centrípeta.

Adotando um sistema multiagente, o campo de força composto espacial formado pelas posições no ambiente pode ser aplicado para simular o ambiente complexo e mutante na realidade. Durante o processo de simulação, as entradas leste e oeste do local e a entrada do quadrado são consideradas os pontos de partida do movimento das partículas, e o modelo de campo de força composto é considerado o ambiente do campo de força do espaço real. Enquanto isso, a influência do campo de força composto na trajetória do movimento das partículas e na mudança da distribuição espacial da população de partículas é obtida por meio de análise computacional.

Eventualmente, com a análise da relação entre a multidão e o local, os resultados da simulação baseados na inteligência do cluster e os meios de interferência pixelizada transformariam a complexidade entre dois campos na estratificação texturizada do pavimento da praça, finalizando o planejamento espacial esquemático e organização de grandes espaços na área envolvente.

Além do site, uma forma arquitetônica precisa se alinhar com elementos abrangentes. A entrada é cercada por um fluxo de pedestres complexo e uma variedade de atividades. Como integrar a forma ao site enquanto resolve múltiplas circulações e cria o significado simbólico, de modo que a geometria seja incorporada com valor funcional e estético, é o principal conceito e missão em todo o processo de design. Uma vez que há um grande número de visitantes passando pelo nível do solo da entrada e a extrusão interna do limite do edifício em ambos os lados, assumindo que a entrada é um espaço positivo e o lado inferior do fluxo de pessoas e os edifícios em ambos os lados são espaços negativos, a entrada não será um polígono regular em tal relação espacial, mas se tornará uma geometria topológica multidimensional flutuando no local.

A formação da malha de base ajudará a gerar a forma construída. Uma vez que a morfologia geral é derivada, a geração de uma malha, que está de acordo com a fronteira dos parâmetros geométricos seguiria. O processo de geração pode ser coberto com as etapas de entrada de limite, esqueletização de superfície, subdivisão do esqueleto e malha. Afinal, o resultado final é uma superfície topológica que pode ser aplicada na construção real.

De acordo com o efeito do campo de gravidade, a forma preliminar precisa ser simulada para desempenho estrutural, otimizar a localização dos pontos de apoio, medir o acesso visual e a estabilidade mecânica e formar o sistema de suporte multiponto final. Os recursos de ponto e linha na malha topológica estão frequentemente relacionados ao suporte estrutural e às condições de força, de modo que a malha geométrica gerada com base na malha topológica é consistente com a forma de construção e também permite que o sistema estrutural seja incorporado ao sistema paramétrico de engrenando juntos.

A escadaria parcialmente saliente conduz os visitantes à subida, na qual podem vivenciar a diversidade espacial da geometria topológica em diferentes alturas e reunir diferentes vistas e cenários. De um ponto de vista específico, a vista pode passar pelo recorte circular na geometria, chegar à roda-gigante no final do eixo do parque e criar uma vista emoldurada geometricamente não convencional. Ao passar pelas escadas, visitantes de todas as direções podem sentir a relação espacial além da geometria.

A customização em massa para a fabricação robótica nunca foi uma conquista comum. A precedente pesquisa e desenvolvimento da equipe de design para impressão de plástico modificado começou em 2014. Demora 6 anos para mudar de um único material para um plástico modificado composto, do cálculo de um único componente ao cálculo global de elemento finito, da impressão de camada à impressão espacial e da exploração de laboratório para demonstração de engenharia em larga escala. Durante este período, fomos os pioneiros a publicar nossa abordagem técnica para impressão de topologia espacial ao participar da conferência internacional RobArch na Universidade de Sydney em 2016. Mais tarde, em 2018, apresentamos um pavilhão de impressão espacial (Cloud Pavilion) na Bienal de Arquitetura de Veneza . Em 2020, concluímos o projeto do Portão Leste de NanjingVale Feliz. Tempo Não apenas a evolução da tecnologia avançada foi registrada pelo tempo, mas também todo o processo de exploração, desde o protótipo, exposições de arte, até a construção de produção em massa na prática. Assim, este projeto valorizou importante significado histórico e prospectiva prática social.

Além da geometria multidimensional e da fabricação de hiper objetos, a integração de P&D, design e construção, bem como a intervenção de tecnologias avançadas, também se tornaram o "Himalaia" que desejamos escalar. Como traduzir a geometria topológica baseada em design paramétrico em uma linguagem arquitetônica prática? Como a construção inteligente sob a colaboração homem-máquina pode garantir alta eficiência, alta precisão e alta qualidade do processo de construção no ambiente de trabalho de longa distância devido à epidemia? As geometrias multidimensionais geradas em ambientes complexos também exigem avanços técnicos na construção na era digital.

O projeto híbrido e o processo de construção são uma inovação paradigmática na arquitetura e construção contemporâneas. A equipe de design desenvolveu uma plataforma de software chamada FURobot, realizando a tradução da linguagem de construção dos módulos. Não apenas o planejamento geométrico e a divisão do painel sob as restrições de construção são mantidos, mas também a capacidade de traduzir a geometria da construção instantaneamente no planejamento do caminho de processamento do robô de construção. Desenvolvemos um algoritmo de deformação inversa adaptativa para modelos geométricos locais de modelos complexos, traduzindo superfícies contínuas com áreas desdobradas de até 1950 metros quadrados em mais de 4.000 folhas curvas para pré-fabricação na fábrica e gerando caminhos de impressão remotamente, com um dos membros do designer na Malásia durante a epidemia, e a colaboração de longa distância para realizar o projeto final e os arquivos de controle do robô. O envolvimento da colaboração humano-robô torna possível cumprir a criatividade do arquiteto e customização da produção em massa na construção.

Seis tons de rosa foram projetados para cada segmento pelo algoritmo de colagem de pixels coloridos. Estes painéis coloridos como metáfora, representam a variedade de atividades que acontecem no Vale Feliz, transformando as expectativas dos visitantes com um gesto de boas-vindas como uma grande inauguração. Após repetidos testes de materiais, especialmente uma década de experimentos de desempenho de materiais anti-envelhecimento, a equipe desenvolveu precisamente um material plástico com cores modificadas resistentes a UV para exteriores que pode atingir 256 cores com tecnologia de impressão em cores paramétrica precisa.

A complexidade das formas geométricas e cores múltiplas exigem um alto controle de taxa de sucesso e precisão. Portanto, a chave deste projeto não visa apenas o maior tamanho, mas também destacar a mais recente progressão da equipe na tecnologia de impressão robótica em grande escala. Depois de modelar as unidades com variabilidade geométrica e de cores, o software FURobot desenvolvido por ele mesmo é aplicado para programar algoritmos de impressão 3D para cada painel que podem ser usados para reconhecimento de máquina e feedback em tempo real. Cada painel é pré-fabricado e impresso por um robô na fábrica e transportado até o local para instalação modular composta com sistema de numeração.

O canteiro de obras cooperou com o sistema de numeração, que também aplicou a tecnologia de instalação CNC composta multi-quadrante e multiobjetivo para posicionar com precisão cada painel impresso em 3D por meio do sistema de posicionamento e digitalização a laser CNC; entretanto, ajudou a realizar o monitoramento em tempo real remotamente feito pelos colegas do escritório de Xangai. O nível de construção do projeto de alta eficiência, alta precisão e alta qualidade ainda foi alcançado durante a epidemia.

O ambiente complexo de trabalhos de construção cruzada no local resulta na grande dificuldade de coordenação espacial de formas topológicas multidimensionais. Construir um site para construção digital e sistema de detecção e feedback inteligente permite acesso diário aos dados da construção, enquanto isso traz garantia de previsão dinâmica de precisão de instalação e dimensões híbridas para períodos de construção intensos.

O sistema de percepção autônomo do site digital garante a realização de topologia multidimensional complexa, a forma de nascimento digital e a construção se complementam, o portão de entrada e os elementos circundantes são coerentes e integrados, e através da mudança de escala e materiais novos, os visitantes completam a transformação da cidade ao estado de espírito do parque temático na mudança gradual de espaço, transformando o processo tradicional de compra e despacho de ingressos no prelúdio para iniciar uma jornada maravilhosa, aprimorando muito a experiência do processo tradicional de bilheteria. transformado em um prelúdio para uma jornada incrível, que aumenta muito a sensação de participação e alegria.

O projeto Happy Valley Gate, como uma das maiores práticas arquitetônicas impressas em 3D de plásticos modificados em termos de tamanho e escala, encontra um problema fundamental na aplicação da impressão 3D em grande escala: os requisitos duplos de escala e precisão estão quase além dos limites de características físicas de materiais impressos em 3D. Este projeto fornece soluções para este problema a partir de duas perspectivas: otimização global e computação celular. Globalmente, um algoritmo de otimização de subdivisão de superfície derivado de um modelo de impressão 3D garante um resultado confiável e preciso da divisão geral do painel.

A previsão de deformação e a tecnologia de impressão anti-deformação desenvolvida para um plástico modificado permite o cálculo geométrico eficiente das propriedades do material. Em relação à computação celular, a geometria complexa e respectivas características de cada painel, auxiliada por cálculos de elementos finitos do material, só podem ser alcançadas por uma ferramenta de pathfinding desenvolvida pela robótica, alcançando resultados otimizados de desempenho. Neste projeto, os painéis impressos em pele global alcançaram precisão de nível inferior a centímetro em uma escala geral de construção de 52 m de comprimento.

O material é tangível, enquanto a construção é invisível. Além da geometria, na verdade, está uma renovação que desafia os processos de design tradicionais e uma forma de interpretar uma nova experiência. A segurança da respiração e a socialização saudável não serão mais o foco principal na era pós-pandêmica; em vez disso, a evolução da tecnologia e da cultura avançadas serão os temas potenciais a serem explorados. Sob as circunstâncias pós-pandêmicas globais, a evolução da tecnologia fundindo-se em tradições e cultura pode ser o gatilho para a reativação em uma era pós-humanista.