清华大学建筑学院
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机器人3D打印武家庄混凝土农宅，河北 / 清华大学建筑学院徐卫国教授团队
建筑项目背景项目背景项目概况机器人3打印混凝土建造技术是清华大学建筑学院科研成果之一，已通过评估进入产业化推广阶段，该项技术已在多个实际项目中实验性应用，目前，河北下花园武家庄农户住宅已通过3打印建成，该农宅功能合理、形象美观、结构坚固、生态节能。农宅户主喜入新居， 项技术由徐卫国教授跨学科团队自主研发，它基于数字建筑设计方法及机器人自控系统、将3打印技术与特种混凝土材料技术相结合，是一种创新型房屋智能建造技术，这一技术的优势在于省人力、高效率、造价低、高质量，并且在可实现传统的房屋造型设计建造的同时，还可实现各种优美的不规则曲面形体的建造。设计理念农宅西立面， 宅西南视角照片， 家庄农宅106平方米，其形态采用了当地传统的窑洞形式，它是一个3大2小5开间住宅，3大间分别为起居室及卧室、其上屋顶为筒拱结构，2小间分别为厨房及厕所。农宅鸟瞰， 该农宅的打印施工，使用了3套机器臂3打印混凝土移动平台，分别放置在3大开间中央，直接进行了基础及墙体的原位打印，同时在建筑室外的机器臂轨道两侧，现场预制打印了所有筒拱屋顶，并用吊机将筒拱屋顶装配到打印的墙体上面。空间特色建筑的外墙采用了编织纹理作为装饰，它与结构墙体一体化打印而成，墙体中央灌注保温材料，形成装饰、结构、保温一体化的外墙体系。移动打印平台施工现场， 3 顶预制打印现场， 印编织纹理墙面， 宅的设计采用全数字化工作流的方式进行，建筑方案以参数化数字设计的方法生成，并在设计初期就考虑结构的合理性及打印施工的可行性；建筑的形体设计及结构计算、水暖电设计及打印路径规划、室内全装配化装修设计等均在同一个三维数字模型上完成，确保了设计全过程信息传递的连贯性，以及各个专业之间信息交换的有效协同性。建筑形态结构计算， 筑结构安全是3打印这一新的建造方法的重要内容，结构工程师在这一项目中，采用了件对三维形体模型直接进行整体计算和分析，首先根据节材的要求将拱形屋顶及墙体设计成带空心墙，结合3打印设备前端材料出口的尺寸，分别对拱和墙等构件的布进行深入分析与比较，确定构件的最终尺寸；接着将确定的构件实际尺寸反馈到整体模型，进行构件内力分析；最后进行施工吊装分析，确定合理的施工吊装方案；结构的设计过程与建筑形体建模紧密配合，参数化数字模型为实现建筑与结构专业之间的数字信息交流提供了流畅的途径。此外，为确保结构的可靠性，分别对重要构件如墙、拱顶、平屋顶分别进行了构件破坏试验，并对该农宅整体结构进行了缩尺的振动台试验，从而验证了该3打印混凝土建筑项目的安全性。材料运用打印混凝土墙体的结构破坏试验， “机器臂3打印混凝土移动平台”的组成包括可移动机械臂及3打印设备、轨道及可移动可升降平台、拖挂平台等。打印设备中，机械臂及打印前端被安置在升降平台上、并可在该平台上移动，而打印材料、上料搅拌泵送一体机则安置在拖挂平台上。功能布局该打印平台只需2人在移动平台上操作按钮，即可完成整栋房屋的打印建造，它充分集成并简化了混凝土3打印的工艺，最大可能地减少了打印建造过程中的人力投入。西南角细节， 内卧室和客厅， 农宅及南院， 墙细节， 实施乡村建设行动，提升乡村建设水平，推动乡村全面振兴，事关经济社会发展大局，事关乡村居民切身利益，它是今年中央经济工作会议部署的重点任务；持续改善农村人居环境，提升农房现代化水平，提高农房品质，需要明确具体的建造方法和途径，机器人3打印混凝土建造技术的推广使用将成为具体的措施和有效的方法。
机器人3D打印混凝土书屋，上海 / 清华大学建筑学院徐卫国教授团队
建筑项目简介项目介绍项目概况近日，一个由机器人3打印而成的书屋在上海宝山智慧湾科技园正式启用。该书屋由清华大学建筑学院徐卫国教授团队设计并用该团队研发的打印机器及打印材料建造；它是上海“艺术之桥”空间的一部分，可用于图书展示、学术讨论、新书分享会等活动；同时，它也是“艺术之桥”2021年度人物徐卫国“年度制造”的艺术作品。设计理念项目鸟瞰， 书屋外观， 向入口方向鸟瞰， 书屋的设计起于概念草图，之后用软件根据使用需求实体建模，并进行空间形体及结构合理性推敲确定实施模型，其后通过打印路径规划及打印程序编写完成数字文件，再以此数字文件驱动机器人3打印设备进行混凝土材料的逐层堆叠打印，从而建成这一曲面形体的图书小屋。该图书小屋总面积约30平方米，可容纳15人进行各种活动。
机器人为穷人打印住房 / 清华大学建筑学院徐卫国教授团队
建筑项目简介建筑概况项目背景项目概况机器人为穷人打印住房 华大学建筑学院徐卫国教授团队自主研发“机器人3打印混凝土移动平台”及“混凝土房屋快速建造体系”，最近将这两项科技成果成功应用于非洲低收入住宅的样板房实际打印建造，在清华大学无锡应用技术研究院实验基地，建成真正意义上的3打印混凝土建筑。视频， “ 3 ” “ ” 3 建成照片，东南角人视点， “混凝土房屋快速建造体系”专为非洲地区的低收入家庭而设计。设计策略设计理念其面积为40平方米，包括门廊、客餐厅、卧室、厨房、洗手间等房间，可满足14人的居住需求。其中门廊、厨房和洗手间安排在平面一侧，形成一个长方形的单元；客餐厅及卧室在平面另一侧，中间以轻质隔墙或收纳家具隔开，布局可根据实际居住需求灵活调整。空间体验空间特色屋顶为一小一大两条筒拱分别覆盖在上述两条空间上，拱顶下形成宽敞舒适的室内环境。房屋南北两侧均设有落地玻璃窗，并在厨房屋顶布置天窗，以保证充足的采光条件。建筑建筑特色建筑形态建筑的外墙采用了当地传统的编织纹理作为装饰，它与墙体结构一起由机器人3打印设备一体化打印而成，墙体中央灌注保温材料，形成装饰、结构、保温一体化的外墙体系。该建筑造型简洁现代，同时呼应了当地文化传统。材料表达材料运用剖透视， “机器人3打印混凝土移动平台”的组成包括可移动机械臂及3打印设备、轨道及可移动升降平台、拖挂平台等。打印设备中，机械臂及打印前端被安置在升降平台上、并可在该平台上移动，而打印材料、上料机、搅拌泵送一体机、及控制设备则安置在拖挂平台上。功能规划功能布局该打印平台只需2人在移动平台上操作按钮，即可完成整栋房屋的打印建造，它充分集成并简化了混凝土3打印的工艺，最大可能地减少了打印建造过程中的人力投入。运用该打印平台可在施工现场完成所有基础、墙体、屋顶的直接打印，施工速度快，建造成本低。
村儿里的互动小屋，张家口 / 徐卫国/清华大学建筑学院-中南置地数字建筑研究中心
建筑项目概述建筑项目简介村儿里的互动小屋，张家口 徐卫国清华大学建筑学院中南置地数字建筑研究中心项目以建筑为核心主题，融合了传统建筑元素与现代设计语言，创造出独特的建筑风格。项目拥有丰富的空间层次和多样的功能区域，空间布局合理，功能分区明确，为使用者提供了舒适的环境。设计思路该项目在建筑方面做出了有益的探索和实践，为同类建筑提供了宝贵的参考经验。
安吉两山茶舍，浙江 / 清华大学学生团队
项目背景项目概况项目简介项目概况本项目位于以竹产业闻名的浙江省湖州市安吉县，当地竹林覆盖广泛，竹种类众多，从古自今人们的生活生产也与竹子息息相关。设计理念当地政府为了让竹建筑、竹设计更多走进中国美丽乡村建设，助推竹产业发展，特举办安吉高校竹设计建造大赛，（本项目有幸在大赛中拔得头筹），是为本项目落成之契机。设计思路茶室外观， 基地位于安吉县两山创客小镇园区，在一个二层屋顶平台之上，屋顶平台东侧面向凤凰山的景色。空间特色初始设计概念依据对场地条件、建构材料、居民饮茶习惯的综合分析得出，依托对于竹材、风、光线、视线的综合把控，试图在一个相对城市化的环境中，创造出贴近自然、开放包容的休闲场所与饮茶去处。空间营造场地原貌， 从街道望向平台上的茶室， 国古人用绘画为我们诠释了竹材的完美建构形式独乐园，和完美的喝茶方式闲倚树下。建筑形态独乐园利用竹材的轻盈易弯易加工的特性，建构出与身体密切关联的休憩空间，塑造出竹林下品茶的闲适意境。建筑造型从这样的品茶意境出发，我们设计出一个连续的双坡屋顶，一面朝向风景最好的凤凰山打开，将自然风和光线通过圆洞引入，另一面作为主要入口成完全开放的姿态。材料运用大跨度的结构与竹材配合产生的空间氛围创造了一种具有公共面貌的场所，促成了一种公共性的情绪，更多不同的人有了敞开心扉，共享美景，沟通交流的机会。材料选择设计示意， 面图：一个连续的双坡屋顶， 大跨度的结构与竹材配合产生了一种具有公共面貌的场所， 晨的阳光透入茶室， 入口呈现完全开放的姿态， 窗洞照亮的积雪， 顶下降与人产生互动， 茶室的背面向内看， 茶舍自2018年5月正式投入使用之后，逐渐成为了一个人们自发举办各类市民文化活动的场所，如端午节的民俗品茶活动、世界杯大赛的免费观看活动，茶舍也收到了许多公益图书捐赠，举办了各类文化推广沙龙。功能布局在普通的日子里，它仍然安静得守候在屋顶，为人们提供了一个亲切安逸、物美价廉的饮茶去处。功能组织在呼应安吉竹文化的同时，茶舍也为这个原本人烟稀少的创客小镇带去了新的人群与活力，为周边社区公共生活的多样性贡献了自己的一份力量。环境融合茶舍如今成为了一个人们自发举办各类文化活动的场所， 室的建造前期，团队赴当地制作竹手工模型，向工人解释茶室设计与节点连接方式，与工人配合完成样板竹柱结构。景观融合建造后期工人手工完成全部项目建造。技术创新模型，屋顶大圆与景窗小圆组合而成的偏心形式的基本前提下，利用竹材的材料属性，形成放射状的结构体系。技术亮点以屋顶小圆到地面的投影为控制线生成切向轴网，以此圆的圆心为原点生成径向轴网，二者交叉确定柱点位置。设计特色以发散式的伞状结构作为柱的基本形式，主要采用两种形式的弯曲竹柱作为支撑：径向柱和切向柱。项目介绍相对的两组径向柱组成门式框架结构。设计特色切向柱在中点和端点相互交叉连接形成连续的三维空间结构。项目介绍两组相隔的切向柱和其相对的径向柱组成三铰拱结构。设计特色弯曲柱的相交节点和端点通过圈梁和径向斜梁连接以起到水平约束的作用。项目介绍梁上铺一层椽子，再铺一层竹席用作室内装饰，然后使用木板和防水卷材作为防潮的手段。设计特色最后铺一层竹梢，起到导雨遮阳保护结构的作用，并形成了特殊的外部效果。项目介绍结构体系示意， 节点细部， 基础采用现浇混凝土预埋11钢板，再在钢板上按10间距焊接54与74的钢管点阵作为竹柱的固定点。设计特色柱之间与梁之间采用交叉相嵌的方式进行连接，在交接节点处通一根螺栓，然后采用麻绳绑扎固定。项目介绍竹柱构件之间的交接点位处采用气钉作为刚性构造连接，再用麻绳绑扎作为柔性结构连接。施工过程， 景， 屋顶竹梢夜景效果， 平面图，面图， 本团队是以2017第一届安吉高校竹设计建造大赛为契机，由清华大学朱宁老师带队，大三年级（当时）的孙照人和宋天意为项目负责人组建的由11名清华大学大二大三学生组成的专注探索材料的结构空间可能性的竞赛团体，先后获得北京木构建造节第一名和全国竹建造竞赛第一名。
最大的混凝土3D打印步行桥 ，上海 / 清华大学建筑学院 - 中南置地数字建筑研究中心
建筑项目简介建筑概况项目简介项目概况年1月12日，目前全球最大规模的混凝土3打印步行桥在上海宝山智慧湾落成。该工程由清华大学（建筑学院）中南置地数字建筑研究中心徐卫国教授团队设计研发、并与上海智慧湾投资管理公司共同建造。设计思路设计理念视频， 12 2019 ’ 3 3打印桥鸟瞰及周边环境， 3 3打印桥概览， 3 步行桥全长263米，宽度36米，桥梁结构借取了中国古代赵州桥的结构方式，采用单拱结构承受荷载，拱脚间距144米。在该桥梁进入实际打印施工之前，进行了14缩尺实材桥梁破坏试验，其强度可满足站满行人的荷载要求。空间营造空间特色桥的强度可以满足站满行人的荷载要求， ’ 步行桥的打印运用了徐卫国教授团队自主开发的混凝土3打印系统技术，该系统由数字建筑设计，打印路径生成，操作控制系统，打印机前端，混凝土材料等创新技术集成，具有工作稳定性好、打印效率高、成型精度高、可连续工作等特点。该系统在三个方面具有独特的创新性并领先于国内外同行，第一为机器臂前端打印头，它具有不堵头、且打印出的材料在层叠过程中不塌落的特点；第二为打印路径生成及操作系统，它将形体设计、打印路径生成、材料泵送、前端运动、机器臂移动等各系统连接为一体协同工作；第三为独有的打印材料配方，它具有合理的材性及稳定的流变性。建筑建筑造型建筑形态从东侧俯视桥面， 3 ’ ’ ’ 桥面西侧局部， 桥梁细部， 体桥梁工程的打印用了两台机器臂3打印系统，共用450小时打印完成全部混凝土构件；与同等规模的桥梁相比，它的造价只有普通桥梁造价的三分之二；该桥梁主体的打印及施工未用模板，未用钢筋，大大节省了工程花费。步行桥的设计采用了三维实体建模，桥栏板采用了形似飘带的造形与桥拱一起构筑出轻盈优雅的体态横卧于上海智慧湾池塘之上；该桥的桥面板采用了脑纹珊瑚的形态，珊瑚纹之间的空隙填充细石子，形成园林化的路面。材料选择材料运用打印过程， 印栏板， 印桥面， 面图案， 案细部， 步行桥桥体由桥拱结构、桥栏板、桥面板三部分组成，桥体结构由44块090916米的混凝土3打印单元组成 ，桥栏板分为68块单元进行打印，桥面板共64块也通过打印制成。这些构件的打印材料均为聚乙烯纤维混凝土添加多种外加剂组成的复合材料，经过多次配比试验及打印实验，目前已具有可控的流变性满足打印需求；该新型混凝土材料的抗压强度达到65，抗折强度达到15。功能组织功能布局该桥预埋有实时监测系统，包括振弦式应力监控和高精度应变监控系统，可以即时收集桥梁受力及变形状态数据，对于跟踪研究新型混凝土材料性能以及打印构件的结构力学性能具有实际作用。结构试验， 随着我国人口红利的消失，建设工程对于劳动力的需求将越来越供不应求，智能建造将是解决这问题的重要渠道，它将推动我国建筑工业的转型升级，3打印作为智能建造的一种重要方式，将对工程建设的智能化发展发挥重要作用。景观融合环境融合夜景， 然在3混凝土打印建造方面存在着许多需要解决的瓶颈问题，该领域技术研发及实际应用的竞争也日益激烈，国际国内具有相当多的科研机构及建造公司一直致力于这方面的技术攻关，但还没有真正将这一技术用于实际工程。该步行桥的建成，标志着这一技术从研发到实际工程应用迈出了可喜的一步，同时它标志着我国3混凝土打印建造技术进入世界先进水平。
世界上第一座“智能建造”的花园 / 徐卫国，清华大学建筑学院 - 中南置地数字建筑中心
建筑项目概述建筑项目简介世界上第一座“智能建造”的花园 徐卫国，清华大学建筑学院 中南置地数字建筑中心项目以建筑为核心主题，展现了建筑与自然环境的和谐共生。项目拥有丰富的空间层次和多样的功能区域，通过对自然光线和景观的巧妙利用，创造出通透而舒适的空间。设计思路该项目在建筑方面做出了有益的探索和实践，为同类建筑提供了宝贵的参考经验。
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