由斯圖加特大學(xué)的數(shù)字化設(shè)計(jì)學(xué)院和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)院聯(lián)合設(shè)計(jì)，以片狀木材為原料，運(yùn)用自動(dòng)化紡織技術(shù)手段裝配而成的實(shí)驗(yàn)性蓬狀結(jié)構(gòu)近日落成，成為這種結(jié)構(gòu)在建筑尺度上的首次成功嘗試。此外，由來自建筑、工程、生物以及古生物等多個(gè)學(xué)科的學(xué)生和研究人員組成的設(shè)計(jì)小組還進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，以挖掘數(shù)字化設(shè)計(jì)在建筑模擬和裝配階段的無限潛力。

仿生殼狀結(jié)構(gòu) 

這個(gè)蓬狀結(jié)構(gòu)的最大亮點(diǎn)在于分段式木板仿生結(jié)構(gòu)與自動(dòng)化紡織技術(shù)的結(jié)合。微彎的雙層樺木板以沙海膽結(jié)構(gòu)形態(tài)為原型，而自主研發(fā)的縫合技術(shù)將大大減輕木質(zhì)結(jié)構(gòu)體的整體重量，讓分段式木板組合而成的殼狀結(jié)構(gòu)的性能得以發(fā)揮至最大。

輕薄的木板以細(xì)密針腳縫合，齒狀咬合和系帶連接結(jié)構(gòu)將單元體連接在一起

合作方以海膽為原型的前期研究已在一定程度上得出了生物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化原則以及相應(yīng)木結(jié)構(gòu)的營造法式。而來自斯圖加特大學(xué)的建筑師和工程師與圖賓根大學(xué)的生物學(xué)家開展跨學(xué)科合作，以進(jìn)一步挖掘仿生結(jié)構(gòu)的潛力。在經(jīng)過對轉(zhuǎn)化效率和可行性的綜合考慮后，設(shè)計(jì)小組最終將研究范圍限定在海膽與沙海膽間。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像和掃描結(jié)果顯示，兩種生物體分段式輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的牢固程度不僅與板塊的排布組合方式相關(guān)，也受其雙層系統(tǒng)的幾何形態(tài)以及具體材質(zhì)的影響。而除了齒狀咬合接頭外，部分海膽的外殼還以纖維進(jìn)行了加固。設(shè)計(jì)小組認(rèn)為多重連接方式保證了海膽外殼穩(wěn)定性，讓其在危機(jī)四伏的海洋環(huán)境中得以安全成長。

模擬沙海膽生物結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)

符合材料特性的構(gòu)筑方式 

基于對生物性構(gòu)造原則和材料特性的考慮，建筑結(jié)構(gòu)沿用了沙海膽的雙層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。超薄木條的肌理方向和排布方式與不同曲度所需的剛度相對應(yīng)，并在預(yù)制過程中完成了相應(yīng)的彎曲變形。自動(dòng)化縫紉技術(shù)在此刻介入，縫制出151個(gè)各不相同的雙層曲面單元體。鑒于曲面結(jié)構(gòu)的特性，板塊的交接節(jié)點(diǎn)只需考慮面內(nèi)張力和剪力的傳遞。齒狀咬合接頭和類似海膽纖維連接物的系帶連接結(jié)構(gòu)也應(yīng)運(yùn)而生。

機(jī)械化縫合的木質(zhì)單元體 

木材對機(jī)械化操作、紡織技術(shù)和多元材料接頭有著極高的適應(yīng)性。細(xì)密的“線腳”對于超薄多層夾板極其有效，甚至無需粘合過程中的大型壓機(jī)或復(fù)雜的模架。縫合技術(shù)不僅能將單個(gè)木條組合成板塊，同時(shí)也杜絕了潛在的脫膠現(xiàn)象。木條的切割、組合、彎曲和單元體的縫合過程由一臺(tái)自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備和一臺(tái)臺(tái)式縫紉機(jī)包攬。

跨學(xué)科合作作品  

最終，這個(gè)蓬狀結(jié)構(gòu)由151個(gè)各不相同的單元體組成，而每個(gè)單元體又由三塊分別壓制的曲面木板縫合而成。其曲度和材料選擇也參照了校園對建筑結(jié)構(gòu)和體量形態(tài)的要求。紡織技術(shù)在結(jié)合處的運(yùn)用讓建筑無需任何附加的金屬制成結(jié)構(gòu)便可獨(dú)立存在。這個(gè)高達(dá)9.3米，覆蓋85平方米的建筑總重約780公斤，即每平方米的結(jié)構(gòu)重量僅有7.85公斤。

建筑設(shè)計(jì)回應(yīng)了校園場地現(xiàn)狀。幾道階梯穿過這個(gè)半開放的結(jié)構(gòu)體，成為了可供休息的臺(tái)階座椅，而面對廣場的一側(cè)則完全打開，保證良好的視野。這個(gè)實(shí)驗(yàn)性建筑證明了借用數(shù)字化手段設(shè)計(jì)而成的復(fù)合性空間結(jié)構(gòu)比單一殼狀結(jié)構(gòu)對場地具有更高的適應(yīng)性；也展示了數(shù)字化生物結(jié)構(gòu)與材料、形式和自動(dòng)紡織技術(shù)的結(jié)合創(chuàng)造出的全新木構(gòu)營造方式。跨學(xué)科的合作不僅為我們帶來了這個(gè)輕巧精致的建筑，同時(shí)也對木建筑的空間品質(zhì)和構(gòu)造手段做出了探討和嘗試。