同済大学はMP材料を使用して11x11x6Mの臨港新城の構造を3Dプリントしました

南極熊によると、最近、同済大学は創蒙国際と易造科技と協力し、中国上海臨港新城で初めてMP材料を使用して全面3Dプリント構造性能展示館「雲閣」を実現し、無事に完成した。「クラウドパビリオン」は、大規模な空間印刷を使用して構築され、形状を空間グリッドに抽象化し、グリッドを印刷して構築します。11Mx11Mx6Mの大規模な印刷効率と構造性能の統合において独自の利点があり、非常に有望な建築3D印刷技術ソリューションです。

プロジェクト概要<br /> プロジェクト名：雲亭デジタル設計施工チーム：同済大学、創蒙国際＋易造科技所在地：上海浦東新区臨港新城ポートプラザ設置サイズ： 11Mx11Mx6M
設計期間: 2017年7月 - 2017年8月施工期間: 2017年9月 - 2017年10月
デザインチーム<br /> リードデザイナー: Yuan Feng コンセプトデザイン: Yuan Feng、Han Li、Gao Weizhe 構造性能デザイン: Chen Zhewen、Chai Hua、Wang Jin、Shen Wei デジタル製作: Zhang Liming、He Sizhong、Dai Shilong、Chen Zhewen 撮影: Lin Bian

「クラウドパビリオン」プロジェクトは、建築構造の性能設計技術とロボット施工を組み合わせ、高度に統合された形で完成・展示することを目指しています。「クラウドパビリオン」の設計では、構造性能解析に基づく位相最適化アルゴリズムを使用して、構造性能技術によって建築形状を生成し、応力分布をグリッドシステムに変換して可変密度のグリッド形状を取得します。同時に、ネットワークユニットのロボット空間印刷をどのように実現するかについても、設計プロセス中に十分に検討されました。

ネットワークプロトタイプユニットシステム全体には、密度の異なる5つのユニットパスが含まれています。密なユニットは主に自重負荷を支えるために使用され、疎なユニットは主にカバーの役割を果たします。ロボットの宇宙印刷技術のサポートにより、一見複雑に見えるネットワークシステムも十分に実現可能になります。デジタル設計とロボット建設技術を活用した「クラウドパビリオン」は、構造性能解析技術と建築形態の美学の完全な統合を実証しています。

クラウドパビリオン模型の航空写真

「Yunting」モデルのレンダリング

「Yunting」モデルのレンダリング

「雲亭」は最初に建てられた

ロボットによる空間印刷技術で作られた大型展示物の建設は、抽象的な建築形状の構造的に合理的な「具体化」に重点を置いています。つまり、特定のプログラミング言語を通じて最も効果的な空間グリッドを生成し、連続的な建設を実現し、全体の構造を可能な限り軽量化し、使用する材料を最小限に抑えることを目指しています。これにより、建設効率が大幅に向上し、材料費を大幅に節約できます。同済大学は今年7月、階層型3Dプリント技術ソリューションを使用して、14メートルスパンのMP 3Dプリント歩道橋を完成させました。階層型 3D プリントソリューションは全体的な強度に利点がありますが、材料の消費量が比較的多く、重量が重いという欠点もあります。そのため、同済大学による「雲閣」の印刷は、より効率的で材料を節約する構造という目標を達成するためのさらなる研究です。

木の影「雲亭」

パビリオンの幾何学的プロトタイプは、長さ11メートル、幅11メートル、高さ約6.0メートルの複雑な曲面として選択されました。曲面の一部の領域の曲率が過度に高く、前面のカンチレバーが長いため、従来の均質化空間印刷方法ではこの形状を印刷することが困難です。さらに、このような大規模なコンポーネントは、設計段階で多くの構造上の問題に直面することになります。設計チームは、宇宙印刷の現状に満足しておらず、建築形態と構造性能を完璧に組み合わせた統合設計を実現するための新しいロボット宇宙印刷プロセスを見つけたいと考えています。この設計では、パビリオンの 3 次元曲面の構造トポロジーが最適化され、設計の初期段階で建物の構造性能が十分に考慮されます。

「クラウドパビリオン」の内部体験は、ロボットの作業スペースの大きさと適切な手動操作範囲を考慮して設計されています。パビリオンは35のブロックに分かれており、各ブロックの長さは5〜7m、高さは1.5〜2.5mです。KUKAロボットが空間印刷によって処理します。個々の表面の曲率が大きすぎる場合、ロボットによる宇宙印刷のジョブ要件を満たすために、ブロックはより小さなサイズに分割されます。

3D プリントでは、押し出し機の排出速度が厳密に制御されるため、3D プリントの速度はレイヤープリントの速度よりもはるかに低くなります。このケースの処理時間は 500 時間で、2 セットのロボット装置に合計 21 日かかりました。ロボットは、インポートされたプログラミング言語に従って左から右に印刷します。最初の行の水平印刷タスクを完了すると、次の行の開始座標まで垂直上方に移動し、次に右から左への 2 行目の水平印刷タスクを完了し、このロジックに従ってすべてのブロックの印刷タスクを完了します。

完成後の「雲亭」の実際の様子

雲亭完成後の実際の様子

すべての部品は工場でプレハブ化され、番号が付けられ、分割され、研磨された後、設置のためにバッチで現場に輸送されます。設置プロセス全体は 1 日もかからず、迅速で環境に優しく汚染のない設置環境を実現しました。主な構築プロセスには次の手順が含まれます。
1) パビリオンの 4 つのサポートの座標を特定し、事前埋め込みを実行します。
2) 現場で準備した足場と鋼板を使用して、4つの部品を地面に固定します。
3) 固定された 4 つのコンポーネントから始めて、1 つずつ組み立てを開始し、ケーブルタイを使用して隣接する 2 つのコンポーネントを固定します。
4) すべての部品が組み立てられたら、現場の足場を撤去します。

将来的には、このロボットによる宇宙印刷技術は、複雑な空間構造の構築、特殊な形状のテンプレートの作成、迅速な形状検出など、幅広い応用が期待されます。次のステップでは、R＆Dチームは、材料とプロセスの深化と改善、およびサポートプロセスの研究開発をさらに進め、建物内の大規模空間印刷技術をより信頼性が高く広範な産業用途に推進します。
2017年プリツカー賞受賞者/RCRパートナーカルメ・ピジェム

RPI学部長エヴァン・ダグリス氏（ユンティン）

RPI学部長エヴァン・ダグリス氏（ユンティン）

同済大学建築都市計画学院の張永和教授が「雲閣」を朗読する

2017年上海都市空間芸術シーズンのチーフキュレーターであり、同済大学建築都市計画学院の副学部長である李翔寧教授が雲亭を紹介する。

出典: 同済大学建築都市計画学院さらに読む:
同済大学に3Dプリントの歩道橋が登場：見学のみ、立ち入り禁止

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