從3D打印房屋,到預(yù)制構(gòu)建摩天大樓和數(shù)字孿生建筑的使用,尖端技術(shù)有望降低建設(shè)成本,同時提高建筑的可持續(xù)性。
賽利·薩旺特 駐印度孟買記者
1. 生成式設(shè)計(jì)
人工智能(AI)輔助的生成式設(shè)計(jì)是指在建筑設(shè)計(jì)中使用算法生成多種設(shè)計(jì)方案的做法。對建筑師來說,這意味著人工智能成為設(shè)計(jì)工作中的合作伙伴,能夠快速評估各種建筑設(shè)計(jì)是否美觀實(shí)用。在設(shè)置某些參數(shù)(例如,最大限度地利用自然光線、增強(qiáng)氣流,或是盡可能減少材料的使用)的情況下,這些算法可以提出更具可持續(xù)性的解決方案。人工智能可以成為建筑師的重要工具,但前提是建筑師必須具備扎實(shí)的決策技能,不能被人工智能提供的眾多可選方案弄得不知所措。
2. 采光和熱力建模
經(jīng)過縝密分析的采光辦法可以大幅降低耗電量。多種工具和軟件可以幫助建筑師利用自然光線,利用自然光線也有利于住戶的健康,并且可以減少高峰時的電力需求,尤其是在炎熱的夏季。從確定墻壁的位置到選擇不同類型的窗戶,目的都在于優(yōu)化建筑對自然光線的利用。
荷蘭格羅寧根一幢行政大樓內(nèi)的日光重新定向裝置 來源:UNStudio
3. 3D打印和機(jī)器人技術(shù)
2017年,由加泰羅尼亞高級建筑研究院打造的首座3D打印步行橋在西班牙的阿爾科文達(dá)斯轟動一時。自動化技術(shù)為人們嘗試新材料、新美學(xué)和新形式創(chuàng)造了機(jī)會。3D打印建筑經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、靈活機(jī)動,且具有很強(qiáng)的氣候適應(yīng)性。3D打印技術(shù)目前仍然普遍依賴碳密集型混凝土材料,不過將3D打印引入建筑領(lǐng)域,有望減少40%的材料消耗。此外,這項(xiàng)技術(shù)還可以滿足快速城市化建設(shè)的需求。例如,總部位于丹麥的Power2Build公司在2022年僅用30個小時就在安哥拉建成了非洲體積最大的3D打印建筑——一幢140平方米的住宅。
4. 利用數(shù)字孿生建筑模擬現(xiàn)實(shí)
數(shù)字孿生建筑是實(shí)體建筑的3D可視化復(fù)制品。有了它,建筑師便擁有了不斷發(fā)展變化的模型,可以在虛擬環(huán)境中測試自己的想法。數(shù)字孿生建筑可以將數(shù)字模型與實(shí)體建筑進(jìn)行長期比較。這項(xiàng)技術(shù)還可以協(xié)助人們選擇建筑材料和工藝,從而在建筑物的生命周期內(nèi)減少碳排放。這一技術(shù)本身確實(shí)需要消耗大量能源,但應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)可以大幅減少建筑物的能耗。例如,荷蘭建筑師利用數(shù)字孿生建筑,將海牙市政廳的能耗降低了39%。
目前,世界上最大的自動化 3D 建筑項(xiàng)目正在美國喬治城實(shí)施。這是一個由100 棟房屋組成的街區(qū) 來源:ICON公司和Lennar公司
5. 模塊化建筑
“批量建造”又稱“模塊化建筑”,可以極大地縮短施工時間和避免失誤,從而減少材料的過度消耗和浪費(fèi)。這種技術(shù)借助數(shù)字工具和建模方法,在工廠制造已完工或部分完工的零部件。施工過程可能會快得令人難以置信。2015年,在中國長沙,人們僅用19天就建成了一座57層高的摩天樓,一個個建筑構(gòu)件猶如巨型樂高積木,在施工現(xiàn)場組裝起來。
但模塊化結(jié)構(gòu)并不局限于大型建筑。位于印度德里的ModSkool學(xué)校使用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧辖ㄔ?,目的是在發(fā)生洪水時能夠快速拆卸和轉(zhuǎn)移。
6. 新型環(huán)保建筑信息模型
建筑信息模型(BIM)從20世紀(jì)70年代開始投入應(yīng)用。這是一種數(shù)字信息管理方法,目的是提高建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量。建筑信息模型軟件可以將建筑物的特點(diǎn)以數(shù)字方式呈現(xiàn)出來,這讓建筑行業(yè)的專業(yè)人員能夠在項(xiàng)目啟動之前,在數(shù)字環(huán)境中研究材料和設(shè)計(jì)的可持續(xù)性。
英國致力于建筑信息模型的標(biāo)準(zhǔn)化。在英國的大力推動下,2019年出臺了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 19650,承認(rèn)了在地方和全球都應(yīng)實(shí)行嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范治理。建筑信息模型還具備“智能管理”功能,以阿姆斯特丹的Edge大樓為例,它被稱為“世界上最智能的建筑”,用戶可以借助一個智能手機(jī)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)與這座大樓的互動,包括:預(yù)留工作空間、控制燈光明暗,以及調(diào)節(jié)所在空間的溫度。
阿姆斯特丹的 Edge 大樓,也被稱為“帶屋頂?shù)挠?jì)算機(jī)”,于 2015 年完工,配備了 28000 個傳感器,可利用大樓用戶生成的數(shù)據(jù)來優(yōu)化空間管理和占用水平 來源:PLP建筑事務(wù)所 羅納德·蒂勒曼(Ronald Tilleman)