南京欢乐谷广场东大门实践探索
袁烽杨学舟刘钧广
摘要：面向小规模征量化定制的3D打印建筑，正在成为建打印作为一种新兴的数字化技术，以不同性能的材料作为物质筑产业化升级的关键动力.当下，基于我国当下建筑行业的发基础，以不同的打印工艺作为物质重构方式，以精准定位和快 展现状，大量小规模、批量化、定制化项目的涌现为3D打速建造作为技术优势，以机械臂运动幅度和材料喷口直径作为印提供丰富的应用场景.数字化设计和数字建造技术的进步，制造尺寸的适应性控制条件，越来越多地用于农业、医疗保健、为3D打印建筑提供了源源不断的发展动力.3D打印建筑以其汽车工业、机车工业和航空工业领域，在3D打印技术得到快速建造、精准塑性、人机协作等优势，势必更加适应未来建广泛应用的情况下，制造业也许不再运用工厂这种将人力、资规模批量化定制的3D打印建筑设计与施工过程，以及其中遇以3D打印机为基础，更加灵活、所需投人更少的生产方式. 筑市场的需求，本文以南京欢乐谷广场东大门为例，介绍了小金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式，而是转变为一种到的问题与应对策略.
美键词：数字建造：批量化定制：3D打印：南京欢乐谷广场东大门
DOI: 10.19940/j.cnki.1008-0422.2021.10.003
1引言
展方向之一，从而为面向小规模批量化定制的3D打印建筑提BLUA建筑事务所设计的上海交运智慧湾可伸缩3D打印景观桥供了新的发展机遇.
行业的数字化转型.以3D打印技术为代表的增材制造，是近加工而成，于三天内完成全部面板打印.由美国公司新事物
特别是对于建筑领域而言，3D打印有建造快、形态美、易操控等优势.结合人机协作的数字化建造方式，3D打印适用于小规模、批量化、定制化运用场景.
这种创新工艺，赋予了物质建造前所未有的自主性表达.2021年，瑞士苏蔡世联邦理工学院（ETHZurich）的数字技术研究小组（Block）与扎哈哈迪德建筑事务所计算设计组当下，*城市更新”与“美丽乡村建设”作为建筑行业高（ZHACODE）以及Incremental（In3D）合作，在威尼斯的
近年来，计算机与机器人等工具的快速发展，推动了建筑该桥由我国独立自主研发的龙门式增减材6轴混合制造一体机 “万年轮”是首个运用3D打印技术制造的可伸缩人行景观桥，30年快速发展的先进制造技术，其优势在于三维结构的快速和（EmergingObjects）设计的Covida3D打印住宅，坐落于自由制造，被广泛应用于新产品开发、单件小批量制造.3D科罗拉多州圣路易斯山谷的高寒沙漠地带，采用3D打印技术
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与土著传统建筑材料建造面成，3D打印系统由便携式3轴选.由同济大学袁烽团队研发的3D打印编制预成型结构生成 择顺应性装配机械手臂（SCARA）与定子驱动的灰浆泵组成过程包括五个步骤：绞纹生成、线径生成、针织纹路生成、针脚路径优化和图案变化.在最后阶段，用户可以得到一个可编织的3D网格，每个面代表一针，以及一个基于像素的2D编织地图.可编织的3D网格允许设计师进一步设计图案变化， 二维针织图可直接用于针织软件中生成针织信息，也可方便用户观察.2019年春季，由麻省理工学院（MIT）、苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和同济大学组织的一个多阶段设计一制造联合研讨会，尝试了一种新型的壳结构施工技术，利 用3D打印的弯曲活性板辅助定位，建立一个系统的设计策略，讨论和测试了几何考虑、结构性能和弯曲模拟.香港建筑师埃德蒙王（Edmond Wong）设计了一款MONO眼镜，利用3D打印技术的高度可控性实现对镜框宽度、鼻托宽度以及 眼镜臂长度的精准控制，使眼镜高度定制化匹配用户脸型，同时应用了3D打印的尼龙物料的弹性，不需铰接亦能把眼镜臂折叠M，西班牙设计品牌Nagami Design为了加快口罩和生命支持设备等基本物品的供应，打造预防COVID-19的3D打印防护口罩，通过设计一个特定的机器人版本，并借助其挤制 加工技术，每天可打印约500个COVID-19口罩，速度比台式3D打印机快7倍，且能与整个本地社区全天候合作生产.Ad Tempus 是纽约设计师亨利 - 里士满 (Henry Richmond V.Young）设计的系列3D打印陶瓷餐具，通过3D打印重塑餐 具形体，并和进食方式建立联系，使人们通过餐具以及美食的搭配，获得用餐全新体验.
然而，现有的3D打印技术在建筑生产中的应用仍有不足误差、无法实现传统建筑围护结构的复杂物理性能等.与此同 之处，比如无法施行大型建筑全3D打印、无法精准控制拼接时，2020年新型冠状病毒疫情给全球各行各业带来了全新的挑战--如何尽可能减少直接接触，使工作人员在相互隔离的状态下，维持正常的生产秩序.建筑行业天然涉及多专业协调，多工种对接，面临更严的挑战.看似形态更复杂的3D打印 技术，一方面提供了数字建造线上合作的可能性，另一方面简化了传统施工工艺中的找形工序，为疫情时代下的小规模定制批量化生产提供了新的思路.
2参数化设计和拓扑几何的找形
第二次工业革命以来，以钢觞混凝土为主要材料、以机器美学为审美标准、以“方盒子”为主要形式的建筑充斥着现代
图1大门外例，Outside Vew of the Gate（图片来源：是然建筑提影)
图2人口底侧 the Ground levelof the Entronce （图片来源：是然建筑摄影)
图3 大门顶部. Top of the Gale (图片来源：创建国际)
城市，由此带来单调的城市形象，日益成为当代城市发展不可为“千城一面”环境下的新选择.而3D打印技术，为拓扑几 忽视的辨病.因此，拓扑几何形态作为更自由的形式，可能成何形态的建造，提供了数字化建造的技术基础.拓扑学主要研究物体在形变后保持性能不变的特性，它在成为建筑领域中的
理论支撑之前，作为数学的一个重要组成部分，经历了从数学空间向物理空间的转变过程.而这种拓扑关系对应的物理空 间，依赖于参数化的设计方法得以成立，据帕特里克舒马赫（PatrikSchumacher）的现点，“参数化主义”的定义与讨论基于其导致的结果，而非其采用的技术.因而，风格这一概念被重新阐释、作为构建和推动参数化主义全球运动的因素3. 拓扑几何的物理空间从单纯的几何属性，上升到了建筑学意义上“参数化主义”的物质体现.100年前，未来主义以乐观、探索的精神迎接了电子时代的技术起飞，现在参数主义看到并抓住了计算时代彻庭创新的积极机会，南京欢乐谷东大门设计实践从建筑和场地相互关系人手，采用计算性几何拓朴原型， 将整体当面细分为3D打印改性塑料模块，探索了“参数化主义”引领下的设计实践.
2.1复杂场地条件下的设计思路
在城市和建筑的同构关系中，流线作为可塑性高的抽象要城市场地中建筑的伊始.在设计之初、欢乐谷周边建筑已经建 素，是参数化主义下场地植理的合理抓手，适合作为设计复杂成，不同功能的建筑分区不明确，城市肌理凌乱，人流动线复杂.形式，作为丰富的空间视觉语言而存在.设计初期的首要任 这些建成的环境不仅作为物理秩序的渠道，而且作为一种文脉务是将复杂的建成环境抽象成参数化可描述的关系，将流线抽象成粒子的运动轨迹，通过模拟多个环境作用下的运动轨迹，拟合流线动势，具体来说，就是通过多代理系统拟合，综合场地客观环境中场所形成的空间复合力场，用来模拟复杂多变的 实际环境.在模拟中，将场地的东、西入口以及广场人口视作粒子运动的起始点，将复合力场模型视作真实空间的力场环境.并通过计算分析，得到复合力场对粒子运动轨迹的影响以及对粒子群空间分布的改变.根据场地梳理后得到的流线制定基本形态控制线，再基于形态控制线进一步对场地整体像素化处理， 用不同明度颜色的砖块区分不同的流线路径，以此暗示游客的
图4项目鸟藏，Aerial View(图片来源：是然建筑摄影)
行进方向，至此，周边的场地关系通过铺地对流线的提示作用初步呈现.很多时候，当设计没有直接强制的空间要求，而设计形态具备通过参数控制的可能性时，可以将方案进行数学建模，成为一组参数控制的结果，如此，设计问题的解决表征为 参数取值及分配的过程9
2.2拓扑细分与形式生成
场地梳理完成后，建筑物如何适应性地置人场地成为下一设计阶段的难点.与场地的分析过程类似，建筑物形态设计过筑形态的限制具体包括以下几个方面：交通上需要解决双向人 程始于内部功能和外部环境这对基本矛盾.这对基本矛盾对建
图5 场地生成图解，Site Generofion Diogram (图片来源：创暨国际-造科技)
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图6形体生成图解，Fgure Deneration Diogrcm(图片系源：创湿国际一造科技)
遮蔽风雨的基础功能：结构性能上需要形成自支撑体系：形态进过程中，建筑师不仅设计了方案本身，也设计了设计方案的 流线的组织：功能上需要承担分割园区内外空间的职能、具备人了小台阶，丰富空间变化且增强游客互动体验感.在项目推上需要具备空间标识性和美学价值；此外还需要提升人在建筑方法论.中的互动参与感.在多种矛盾的限制作用下，设计自适应形成一个整体拓扑形态.具体而言，周边建筑体量限制了大门高度适应诸多矛盾作用的形态原型.物质属于物质世界，而计算本和体量大小：下探三组支撑点作为结构支撑：结构落地形态契身是非物质的.本设计采用非物质的计算性几何拓扑原型， 合人群流线关系：支撑结构以及屋顶形态进行挖润掏空处理，在减轻自重的同时创造一系列视觉通廊；结合形体落地部分引
图7计算性几何拓扑原型，Computalional GeometryTopology Protolype (图片来源： 创里国际 一造科技)
图8表皮细部1、Delais of the Skin1（图片来源：是然建筑摄影）
图9多点支撑体系， Ihe Mulf-point Support System (蛋片来源：是然建筑摄影)
建筑物内外矛盾基本梳理完成后，设计需要选用一种可以其数学表达式为：
α1 ×sin(x) ×sin(2×y)×sin(3×z)α2 ×sin (2×x)×sin(y)×sin (3×z) a3 ×sin (2×x) ×sin (3 ×y) ×sin (z) a4×sin(3×x) ×sin(y) ×sin(2×z)a5 ×sin(x) ×sin(3×y) ×sin(2×z)a6 ×sin (3 ×x) ×sin (2×y) ×sin (z) =0.
在原型适应内外矛盾作用的过程中，设计选用了细分网格面这种已经较为成熟的参数化找形技术，先用网格拟合大致的设计形态，进而将网格不断细分来塑造形体细节，将计算性几何拓扑原型做适应性调整.为此，设计过程引进了基于Rhino三维建模 软件下的Grasshopper计算性插件，实现基于数学表达式建构的空间模型.建筑师们的任务不仅仅在于提供建筑设计方案，也在于提供能够帮助进行设计的工具，在此之后，设计的进程、界面和系统才能够按照建筑师的意图进行个性化的设计和调整.
拓扑几何空间形态基本确认后，需要对其做进一步的深化设计.3D打印具有能够打印复杂几何形态物体的优势，但是却无法打印大尺度构件，因此表皮必然需要分解，使得每一模的选择使得表皮有其自身的几何结构线，天然具有进行网格化 块的尺寸都在3D打印技术可打印的范围内.而前期生形技术分解的可能性，因此，整体表皮在自内而外的造型几何逻辑和自外而内的3D打印建造逻辑的双重要求下，做像素化分解.并且在后续设计过程中选用红色作为立面的主基调色，配合6色（c）算法的基础原理是提取每块板片的几何中心Z坐标（z）， 个梯度颜色渐变，整个立面的色彩倾向活泼，极具标识性.颜根据大小分成有序的6组，再将6种颜色分别映射给6组板片.但这样的赋色方式会使不同组板片之间存在一条生硬的颜色边界.为了使颜色过波更加自然，设计在颜色生成算法中引人了 一个随机量：在整体自下面上颜色明度提高的基础上，每板块的高度增加一个可控变量（h），使板块额色在高度的基础上随着可控变量而相适应变化，即c=f（z h）.通过可控变量的引入，最终使板块颜色整体渐变而局部交叠.在此过程中，拓扑几何逻辑与建造逻辑的统一. 形态通过由内而外的3D打印建造需求得以深化，实现了形式
3 3D打印的实际建造与施工落位
3D打印实现空间形态自由化的同时，给建造与施工提出器人）结合起来，形成一种新的关系一-设计师不再是直接对 了新挑战.当今的数字环境候向于将大脑与新工具（如建筑机外观进行设计，而是设计各种参数逻辑，南京欢乐谷大门
