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珠海刘德贡

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自动造房机[转载]  

2014-02-17 15:25:59|  分类: 奇思异想 |  标签: |举报 |字号 订阅

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新型建筑技术揭秘:自动造房机工作似喷墨打印  

  如果用传统的方法来完整地建造一栋房子,平均需要多少步骤?答案是: 4万个。

  在外界一切顺利的情况下,一个有经验的施工队一般需要六个月的时间,并且消耗大约4吨的材料方可完成一栋房子的建筑,其中包含了人员的配备、协调,各种物资的调配和诸多繁杂的工序。

  那么,如果我们能够选择一种更加简便的自动建造系统,或许各种工作程序会变得更加协调,配置更加合理,而整个建造过程会更加迅速、经济、安全。

  这个构想已经成为了现实:经过全世界众多工程建筑师的研究,人们提出了很多种自动建造房屋的设想,许多不同种类的建造实验也已经获得了成功。如今我们展示的这些自动房屋建造系统就像一间 “完美工厂” ,在采用了特殊的泵系统后,自动建造机可以从低到高,一层一层地建造整幢房屋。无论是地板还是墙壁,都可以一步一步地浇筑而成。

  这种技术可以运用在各种建筑之中,只需要在电脑上进行不同的设定,从豪华的宫殿到普通居民住宅,都可以简单地自动完成。

  第一种构想:把房子浇出来

  美国南加利福尼亚大学( University of SouthernCalifornia)一位伊朗裔工程师比洛克?霍什内维斯( Behrokh Khoshnevis),从事了多年的 “轮廓工艺( Contour crafting)”建造技术的研究工作。这项设想的关键,就在于将建造房屋回复到最初的模型制造方式。

  当然这一切的前提是,建造过程是建立在先进的、由计算机控制的起重机和框架建造系统的基础上。经特殊设计的专门机器人会用石灰和水泥浇筑出房屋的整体结构。这个机器人由于是专门设计,所以身价昂贵——价值150 万美元。

  在正式工作的时候,机器人会被安装在金属活动起重台架上,它的一端和电脑设计图相连;另一端则是一个喷嘴。喷嘴会根据设计图的指示,在指定地点喷出一圈半流体的混凝土材料,就像在桌子上挤出一圈牙膏一样。

  然后,喷嘴附带的两个泥铲会自动伸出,规整混凝土的形状。就这样,一层层的建筑材料砌上去,形成外墙,再扣个穹顶,一座房子就建好了。由于混凝土材料是特别加工的,在太阳下面会迅速变干并凝固,因此建好后马上就能住人。

  在搭建完一间独立完整的房屋后,剩下的工作只需要安装门窗和进行简单的室内装修了。节省了烦琐的工序,以及人力成本,其结果就是——根据专家预测,只要一天时间,它就可以建成一座 185平方米的房子,速度是人力的 200倍。

  从建房原理上来看,这个工作模式跟喷墨打印机在纸上打印一样,但是不同之处在于这种设备中适使用的喷嘴是可以任意方向转动。由于建房的简便性,它适用于需要紧急建房的情况,譬如避难棚的建设。按照比洛克·霍什内维斯的说法就是:现在衣服、鞋子和汽车都已经可以自动生产了,房屋如果仍旧需要人们按照之前的方法去建造,未免太不合理。

新型建筑技术揭秘:自动造房机工作似喷墨打印
像印刷一样,利用建造模具的方式用水泥填充  

  下方方格中展示的是" 轮廓工艺(Contour crafting )" 建造技术的工作过程:只需要一个机器人(一套机械建造设备)就可以一步步逐层建造一幢房子。首先,利用机械在建筑场地勾画出一个整体轮廓、线条;接着,开始砌墙,机器人会按规划图自动留出门和窗户的位置;然后,盖上第一层的天花板,并接着在顶上浇灌出第二层的地面;最后完成屋顶、墙壁外部结构等细节部分。时间:如此这般, 24小时之内就能建造出几幢简单的毛坯房。

新型建筑技术揭秘:自动造房机工作似喷墨打印
比尼贝壳建筑:体育馆

  第二种设想:空气泵建出比尼贝壳

  这项领域的研究从很早就开始了。早在 1970年,在米兰附近的塞斯托 ·圣吉奥瓦尼( Sesto Sam Giovanni),人们就尝试用 3个月的时间搭建了一座 1.1万立方米的宫殿,而这个奇特的建筑完全是由塑料建造的。

  然而,真正的“自动建造系统”的先驱,也是为这种系统命名的人是意大利托斯卡纳( Toscana)的建筑师但丁?比尼( Dante Bini),他在 60岁的时候提出了这种利用水泥浇筑,逐层建造房屋的设想。他回忆道:“1965年,在博洛尼亚( Bologna)克里斯贝拉诺( Crespellano),我成功地用了 60分钟的时间,用水泥浇筑出了一个 12平方米, 6米高的方格房子。”

  根据比尼的回忆,这是“比尼贝壳(Binishell)”的雏形,然后他尝试用水泥浇筑12到40 米见方的房子,用钢筋框架加以支撑固定,并在其中添加氯丁 (二烯) 橡胶(neoprene )和聚氯乙烯(Pvc )使之融合为一体:在过去这是一种使建筑材料膨胀,并将圆形屋顶支撑抬高的方法。

  而到了如今,世界上有 32个国家正在使用 1600个比尼贝壳 ,它的使用包括住宅、学校、健身场馆、教堂,甚至加油站。 在2005年,比尼又有了新的设想,在比尼贝壳的基础上他又发明了一套新的系统:比尼庇护所( BiniShelter)。

  比尼庇护所的原理是把一个房子简单地分成 8个部分,每个部分单独制造。这些部分都可以制成平板的形状,接下来就是空气泵的事情了。将整个框架用空气泵支撑起来之需要大约一个小时,只需要在搭建地点确定整体的结构就可以了。整个过程的人员需求:3个工人。

  比尼庇护所还是一套整体可循环使用系统,能够随时将房屋拆除和重新搭建。这样的建筑还可以不断改进,由于机械和电力系统的加入,自动建造技术也会越来越完善。在日本,这一切已经开始得以实现:仅仅是一个机器人就独立在日本名古屋建造了一幢21层高的楼房,而且在建造过程中,除了电脑工程师外,没有一个泥瓦匠参与工作。

新型建筑技术揭秘:自动造房机工作似喷墨打印
这种是“利布勒式(Forma Libre)”的民居建筑,建造这样一间房子大约需要15天的时间。

  第三种设想:抗地震的房子?用铁和布搭建

  如果考虑到最原始、最经济、最迅速去建造一幢房屋的前提,并且该房屋还需要拥有防地震和保护生态的功能:那它应该是这种被称作“利布勒式(Forma Libre )”的房子了,它是由西班牙建筑师莫伊瑟斯?阿瓦勒兹?耶拉(Moises Alvarez Yela )构想出的。

  在西班牙的安达卢西亚(Andalusia ),利用这套建造系统已经建造了很多不同的居民住宅,尤其是在西班牙马拉加(Malaga )地区。利布勒式房子造型随意,用铁制成的框架结构被支撑起来,外面用布包裹,并搭起小帐篷,人们可以坐在这里享用咖啡,这在某种程度上类似于蒙古式帐篷。

  在需要加固的地方,或者是框架的接合处会填充高压水泥,这样可以使整幢房子更加安全、牢固,保证在遇到飓风和地震等剧烈灾害天气时,它仍然屹立不倒。

  建造这样一幢房子只需要大约15 天,每平方米的建造花费大约是1000 欧元。不过房子的体积没有特别的限制,高度和样式也可以随意设计。加上材料是简单的铁与布,使得建造房屋看上去更像是完成一件艺术品。

  自动建造技术将被广泛运用在建筑行业,预计20 年左右的时间,这项技术就会传播到世界各地,它将使房屋建造成本节省大约75% 在美国国家航空和宇宙航行局(NASA) 的网站上,对这项建造技术也有极高的评价,网站声称该技术还有可能应用到太空之中,例如在月球上建造太空基地和考察站。

  向白蚁学习的建房

  一项与轮廓工艺十分相似的计划正在进行着,然而这项计划更为激进和大胆。该计划是由英国拉夫堡大学( Laughborough University)一位名叫鲁贝特?索尔( Rupert Soar)的教授提出来的。

  索尔教授声称,他这项计划的灵感来自于生活在非洲撒哈拉南部的一种白蚁,这种白蚁能将巢穴建造成 2-3米高的 "大型建筑 ":为了完成这样浩大的工程,成百上千的白蚁会进行复杂的分工协作,共同完成这项使命。这些白蚁会把巢穴建造到地面之上,它们用自己的排泄物和唾液构建框架,并将其填充结实。

  索尔的建造机器就是模仿它们设计出了石灰和水泥喷射装置,就像一个大型的印刷机在纸上喷射墨水一样,在地面上建造起房屋。当然,这些大型机器都是由电脑控制的。这套系统和比洛克·霍什内维斯的“轮廓工艺”建造技术十分相似,但它更为细致详尽:它建造的房屋不仅包括室内外墙壁、屋顶等主体建筑,还包括整体浴室的结构、壁炉和简单装潢设施。而且在室内的墙壁上,专门的“机器人艺术大师” 还可以直接绘制出精美的壁画,这比起传统的贴壁纸的方法要省事许多,并且还大大节约了成本。不仅如此,这样建造房屋的另一大优势就是节省时间,一套房子从设计到把钥匙拿到手最快只需要一个星期。

  然而,我们能从白蚁身上学习还不只是这些:这些神奇的昆虫还会根据天气的温度和湿度来改善自己的巢穴,因为蚁巢必须保证在足够干燥的环境下才能够坚固,为此它们在建造的时候就会根据不同的自然环境进行细微地调整,并利用自然环境使自己的巢穴更加舒适,例如它们的巢穴的通风系统复杂精细,在夏季它们能改变空气的流动,使巢穴更加清凉。

  索尔和他的研究小组已经通过三维探测器扫描了白蚁巢穴的整体构造,并制作出模型,用来进一步研究白蚁巢穴的建造机理,以便在未来的房屋建造过程中建造更好的生态建筑。这种生态建筑的理想是能利用更先进的技术,来充分地利用自然资源,比如太阳能和风能。

  新的建筑概念

  还有一种不同的建筑概念,它是由美国波士顿麻省理工学院的肯?拉尔森(Ken Larson )教授研发出来的。拉尔森教授的灵感来自于电脑模型,他将这项技术定义为“开源技术(Open source )”,这是一套可改变的建造系统,也就是说房屋的内部格局可以根据人们不同的需要进行调整。

  这就好像我们自己组装一台电脑,今天,我们所有人都知道个人电脑可以根据自己的需要购买不同级别的配置和用品,比如程序、光碟、硬盘、键盘或者扫描仪,我们可以按照自己喜好自由添加、自由组合。同样的方法,也适用于我们的房子,我们将会生产一系列的零部件,然后客户可以根据自己的需求和喜好自由装配,就像我们玩的乐高组装积木玩具。可以选择不同的部件来组成房间,这项技术也就是要创造一种和电脑一样多元化的房屋建筑。

  其中一个建筑原型就是“开启1号( Open 1)”,它建在美国新汉普郡(New Hampshire ),是一幢3 层楼的房子,里面配有电梯,目前是用作为一家脑神经损伤患者的康复中心。这幢建筑的主体结构是钢制的,周围包裹着木头材料,一个房间大约被分成40 个部分。

  开启1号的建造是预先定制各个部件,然后在预定地点通过起重机统一组装而成的,组装过程十分简单。利用这种方法,这幢房子从生产到完工只花了不到一个月的时间,大约12~18个标准工作日,更值得注意的是,它的建造消耗的所有原材料加起来,只需要两辆大卡车装载,从而大大降低了物资的浪费。

  结束语:

  一切都将变成越来越快捷,流水线上的生产也许会成为未来生产趋势。快速的建房方式的确可以减少成本,提高效率,但是减少人工的是不是意味着失业率的增加。原本是为了节省成本,工作提高效率的初衷,也许导致的结果反而是人员的失业,从而造成更多资源浪费。科技的发展有时会朝人们所意想不到的方向发展

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