数字化已应用于木结构建筑,整块构件如今已可由计算机辅助系统制造。机器会将原材料切割至所需尺寸,但在大多数情况下,仍需人工组装成平面框架。过去,这种制造工艺受到许多几何形状方面的限制。
在国家研究能力中心(NCCR)数字化制造项目的支持下,苏黎世联邦理工学院建筑与数字化制造教席的研究人员开发了一种全新的数字化木结构建造方法。该方法通过高效建造和组装几何形状复杂的木结构模块,拓展了传统木框架建造的可能性。空间木构组件(Spatial Timber Assemblies)源于与 Erne AG Holzbau 的紧密合作,将首次应用于 Empa 和 Eawag 的 NEST 研究与创新建筑工地上的 DFAB HOUSE 项目。这也是首个采用苏黎世联邦理工学院新设机器人制造实验室研发的施工机器人的大型建筑项目。
机器人精准施工
机器人首先抓取一根木梁,并在锯切至所需尺寸时引导木梁。自动更换工具后,第二台机器人会钻出连接木梁所需的孔。最后,两台机器人协同作业,按照计算机设计图将木梁精确摆放到预定的空间位置。为避免摆放单根木梁时发生碰撞,研究人员开发了一种算法,可根据当前施工进度不断重新计算机器人的运动路径。随后,工人会手动用螺栓将木梁连接起来。
更耐久、更具个性化的建筑
与传统木框架建造不同,空间木构组件无需加固板,因为所需的刚度和承载能力来自其几何结构。这不仅节省材料,也开辟了新的创作可能。项目将首次以这种方式预制总计六个空间形态各异、几何结构独特的木结构模块。随后,卡车会将它们运至位于杜本多夫 NEST 的 DFAB HOUSE 工地,在那里组装成一套两层住宅单元,楼面面积超过 100 平方米。木结构复杂的几何形态将透过透明膜材幕墙呈现。
融入数字技术的建筑设计
机器人利用计算机辅助设计模型中的信息,对木梁进行切割和排布。这种方法是在项目期间专门开发的,通过运用各种输入参数,生成由总计 487 根木梁组成的几何结构。
苏黎世联邦理工学院建筑与数字化制造教授、DFAB HOUSE 项目负责人 Matthias Kohler 指出,空间木构组件既用于数字化制造,也用于设计和规划,这是其一大优势:“如果整个项目有任何变更,计算机模型都可以持续调整,以满足新的要求。这种一体化数字建筑设计正在弥合设计、规划与施工之间的差距。”
成功的知识共享模式
苏黎世联邦理工学院此前已与 Erne AG Holzbau 成功合作,为 Hönggerberg 校区的 Arch_Tech_Lab 建造机器人施工木屋顶。借助空间木构组件,该公司在木结构建造方面的专业知识将再次为苏黎世联邦理工学院的研究作出贡献。
Kohler 认为,这种合作带来了协同效应:“数字化制造有赖于工艺所需的深厚专业知识。反过来,数字化也能提升工艺水平,开辟新的机遇。” Kohler 还表示,科学学科与产业界紧密合作至关重要,只有这样,相关技术才能在如此短的时间内应用于实际建筑项目。



