由斯图加特大学的数字化设计学院和建筑结构设计学院联合设计，以片状木材为原料，运用自动化纺织技术手段装配而成的实验性蓬状结构近日落成，成为这种结构在建筑尺度上的首次成功尝试。此外，由来自建筑、工程、生物以及古生物等多个学科的学生和研究人员组成的设计小组还进行了一系列的实验，以挖掘数字化设计在建筑模拟和装配阶段的无限潜力。 仿生壳状结构 Biomimetic Investigation into Shell Structures
由斯图加特大学的数字化设计学院和建筑结构设计学院联合设计，以片状木材为原料，运用自动化纺织技术手段装配而成的实验性蓬状结构近日落成，成为这种结构在建筑尺度上的首次成功尝试。此外，由来自建筑、工程、生物以及古生物等多个学科的学生和研究人员组成的设计小组还进行了一系列的实验，以挖掘数字化设计在建筑模拟和装配阶段的无限潜力。
仿生壳状结构 Biomimetic Investigation into Shell Structures
这个蓬状结构的最大亮点在于分段式木板仿生结构与自动化纺织技术的结合。微弯的双层桦木板以沙海胆结构形态为原型，而自主研发的缝合技术将大大减轻木质结构体的整体重量，让分段式木板组合而成的壳状结构的性能得以发挥至最大。
▽ 轻薄的木板以细密针脚缝合，齿状咬合和系带连接结构将单元体连接在一起，robotic fabrication methods for sewing, finger joints and laced connections
合作方以海胆为原型的前期研究已在一定程度上得出了生物结构转化原则以及相应木结构的营造法式。而来自斯图加特大学的建筑师和工程师与图宾根大学的生物学家开展跨学科合作，以进一步挖掘仿生结构的潜力。在经过对转化效率和可行性的综合考虑后，设计小组最终将研究范围限定在海胆与沙海胆间。
内部结构的图像和扫描结果显示，两种生物体分段式轻质结构的牢固程度不仅与板块的排布组合方式相关，也受其双层系统的几何形态以及具体材质的影响。而除了齿状咬合接头外，部分海胆的外壳还以纤维进行了加固。设计小组认为多重连接方式保证了海胆外壳稳定性，让其在危机四伏的海洋环境中得以安全成长。
▽ 模拟沙海胆生物结构的建筑结构，Biomimetic Investigation
▽ 设计过程，design approach
符合材料特性的构筑方式 Employing the Material and Structural Logic of Wood
基于对生物性构造原则和材料特性的考虑，建筑结构沿用了沙海胆的双层结构系统。超薄木条的肌理方向和排布方式与不同曲度所需的刚度相对应，并在预制过程中完成了相应的弯曲变形。自动化缝纫技术在此刻介入，缝制出151个各不相同的双层曲面单元体。鉴于曲面结构的特性，板块的交接节点只需考虑面内张力和剪力的传递。齿状咬合接头和类似海胆纤维连接物的系带连接结构也应运而生。
▽ 基于木材曲度与刚度的研究，analysis of grain direction, thickness and stiffness of varying radii
▽ 结构体系，structure
▽ 位移分析，structure analysis
机械化缝合的木质单元体 Robotic Sewing for Segmented Timber Shells
木材对机械化操作、纺织技术和多元材料接头有着极高的适应性。细密的“线脚”对于超薄多层夹板极其有效，甚至无需粘合过程中的大型压机或复杂的模架。缝合技术不仅能将单个木条组合成板块，同时也杜绝了潜在的脱胶现象。木条的切割、组合、弯曲和单元体的缝合过程由一台自动化机器设备和一台台式缝纫机包揽。
▽ 自动化生产过程，Robotic Sewing for Segmented Timber Shells
▽ 经过缝合的曲面单元体，sewn segments
▽ 建筑装配过程，construction phase
跨学科合作作品 A Demonstrator on the Intersection of Architecture, Engineering and Biology
最终，这个蓬状结构由151个各不相同的单元体组成，而每个单元体又由三块分别压制的曲面木板缝合而成。其曲度和材料选择也参照了校园对建筑结构和体量形态的要求。纺织技术在结合处的运用让建筑无需任何附加的金属制成结构便可独立存在。这个高达9.3米，覆盖85平方米的建筑总重约780公斤，即每平方米的结构重量仅有7.85公斤。
建筑设计回应了校园场地现状。几道阶梯穿过这个半开放的结构体，成为了可供休息的台阶座椅，而面对广场的一侧则完全打开，保证良好的视野。这个实验性建筑证明了借用数字化手段设计而成的复合性空间结构比单一壳状结构对场地具有更高的适应性；也展示了数字化生物结构与材料、形式和自动纺织技术的结合创造出的全新木构营造方式。跨学科的合作不仅为我们带来了这个轻巧精致的建筑，同时也对木建筑的空间品质和构造手段做出了探讨和尝试。
▽ 建筑靠近广场侧完全打开，the structure opens towards the adjacent public square
▽ 内部形成可供休息的台阶座椅，it integrates the ground topography as a seating landscape
来源：谷德网
