南東大学建築学部（SEU）とスイス連邦工科大学（ETH）が共同でプレストレスト3Dプリント建築技術を開発

出典: サウスイースト大学

サウスイースト大学（SEU）建築学部とスイス連邦工科大学チューリッヒ校（ETH）建築学部は、長年にわたり継続的な科学研究協力と交流を行ってきました。 2021年、東南大学建築学院建築計算・応用研究所（Inst.AAA）とスイス連邦工科大学チューリッヒ校デジタル技術研究所（ITA）は共同で「性能ベースの3Dプリント建築」に関する教育と科学研究を実施し、中国の先進的な付加製造企業と協力してデジタル建設キャンプを実施し、建築の観点から3Dプリントコンクリート技術と計算設計の可能性を十分に探求し、段階的な成果を達成しました。

SEUとETH間の3Dプリンティング学術交流

2021年3月、東南大学建築学院とETHの学者4名が国際最先端の学術講演会とセミナーを開催しました。

ベンジャミン・ディレンブルガー教授は、高精度3Dプリント建築技術の世界的リーダーです。2019年には、世界的なデジタル建築のモデルとなった世界的に有名なDFABハウスプロジェクトを完成させました。ディレンブルガー教授は、デジタルビルディングテクノロジー (DBT) のディレクターであり、スイス国立研究能力センター (NCCR DFAB) の主任専門家です。 Ana Anton は、デジタルビルディングテクノロジーグループ (DBT) の研究者であり、NCCR DFAB のメンバーです。彼女の3Dプリント作品「コンクリート・コレオグラフィー」は国際的に高い評価を得ています。 Andrei Jipa 氏の主な研究分野は、トポロジー最適化と 3D プリント建築であり、特に大規模な砂印刷の可能性を最大限に活用できるように、自由形状の型のデジタル設計と製造に取り組んでいます。レミー・クレメンテの研究は、コンピュテーショナルデザインとデジタル構築に重点を置いています。彼はパリに自身のデザインスタジオを設立し、エルメス、ディオール、ナイキなどのブランドのクリエイティブデザインを手掛けてきました。 2週間のセミナー中、ETHの研究者はコンピューティング技術研究所の教師や学生と、3Dプリント技術とデジタル建築設計を組み合わせた最先端の技術について話し合い、コンピューティング技術研究所の進行中の設計アプリケーションに関する技術指導を行いました。

ワークショップの次の数ヶ月間、コンピューティング研究所の教師と学生は、3Dプリントを技術手段として建築設計を実践し、インテリジェント設計とデジタル建設を統合するデジタルチェーン生成設計方法を実現し、工場で実際の3Dコンクリートプリントと1：5コンポーネントの建設を試行し、3Dコンクリートプリントの利点を十分に発揮できる新しい建設システムのプロトタイプを開発することを目指しました。

3Dプリントスライスのインテリジェントデザインの探究

ワークショップで完成した数多くのデザイン探求の中で、陳智深と尹子衡のチームが設計した「Dance of Sections」プロジェクトは、スライス構築法の可能性を最大限に活用して継続的に変化する内部空間を作り出し、窓の開口部と家具の構造を完全に組み合わせて統合3Dプリントを行い、非常にユニークな内部空間体験を生み出しました。

既存の 3D コンクリート印刷プロセスは平面の自由度が高いものの、水平または片持ちのコンポーネントの製造には適していません。しかし、印刷されたコンポーネントは 90 度反転して、建物の「スライス」として使用することができます。複数のスライスが連続して配置され、自然に建築空間を形成します。

セクションのダンススライス構造空間 (陳智深 & 尹子衡)

3DプリントスライスのCNC構築の探究

従来の鉄筋コンクリート鋳造と比較して、3Dプリントスライス工法の利点は、コンクリート材料のトポロジー最適化分布にあり、これによりコンクリート材料の圧縮特性がより効率的に発揮されます。

Rhinoceros パラメトリックモデリングソフトウェアをベースに、Grasshopper コンポーネント、Python、C# 二次開発を使用して、形状の最適化、パフォーマンスシミュレーションを実行し、3D プリントパスの生成と G コードデータの出力を実現します。

コンクリート3Dプリントとポストテンション施工システムのプロトタイプの検討

建設中は、複数のスライスを接続する新しい建設方法で多くの要素が考慮されました。まず、各スライスのサイズと構造はコンクリートの 3D プリントに適している必要があります。プリント後は、輸送 (建設現場の近くでプリントすることもできます) と現場での持ち上げを容易にするのに十分な強度が必要です。

1:5 コンクリート 3D プリント (杭州観里建岩華)

1:5 コンクリート 3D プリントスライスユニット

第二に、持ち上げるプロセス中に正確に位置決めし、衝突による部品の端の損傷を回避する方法が重要な問題です。このプロジェクトでは、コンポーネントのエッジに柔らかい湾曲した鋸歯を設定します。これは、損傷しにくく、取り付けと配置が簡単で、取り付け後に簡単に脱落しません。

最後に、すべてのスライスに鋼線を貫通させて締め付けます。つまり、ポストテンション・プレストレスを使用してスライス全体を接続します。各セクション自体は 4 つの部分で構成されているため、全体の安定性と局所的な安定性の両方を考慮する必要があり、隣接するセクションのジョイントは交互に配置されます。

鉄筋コンクリート技術によって推進されたドミノシステム（Dom-Ino）は、100年以上にわたってモダニズム建築家の設計思想と技術を形作ってきました。新興の3Dプリントコンクリートは平面の自由度が高く、現場での一体型印刷、プレハブ部品印刷、印刷された金型など、さまざまな建設方法を生み出しました。このワークショップでは、3Dプリント技術をベースにしたユニークな建築構造と空間を設計し、パーソナライズされた空間体験を生み出し、幾何学的形状のパフォーマンスを最適化し、ポストテンション・プレストレスと構造ディテールを組み合わせた施工方法を深めました。この研究で得られた結果は、その後の実践においても引き続き推進され、応用されていきます。

ワークキャンプ学校・企業共同研究チーム

ETHチューリッヒチーム

ベンジャミン・ディレンブルガー、アナ・アントン、アンドレイ・ジパ、レミー・クレメンテ

サウスイースト大学建築学部チーム

華昊、劉一歌、彭子軒、邵嘉燕、陳栄静、張建、趙英昊、杜乾燕、何思源、姚秀寧、殷子衡、陳智深、王北、周潔宇、鄧燕、徐維源、李迪、沈庚旭、楊新朝、王洋、孫玉軒、劉潔、魏沙、王義偉、謝宇、劉昌瑞

技術コンサルタント: Pan Jinlong (土木工学部)、Yang Bo (東南大学建築設計研究所)、Lin Xiqiang (杭州関利)、Zhao Liang (東南大学建築設計研究所)

パートナー：JZFZ建築設計株式会社

コンクリート3Dプリント企業:

杭州観力智能科技有限公司（建岩華）

華創智能製造（天津）テクノロジー株式会社

南京グリーン付加製造研究所

厦門智創成テクノロジー株式会社

編集：華昊、唐鵬情報提供：教師総合党支部

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