MP打印的上海临港“云亭”

2017年，同济大学协同“创盟国际&一造科技”，首次运用MP（Modified Plastic，改性塑料）材料，在中国上海临港新城实现了整体3D打印的结构性能化展亭——“云亭”，并顺利落成。“云亭”采用大尺度空间打印的方式进行建造，将形体抽象为空间网格，再进行网格打印建造，其在大尺度打印效率和结构性能集成方面具有独特的优势，是非常具有潜力的建筑三维打印技术方案。

“云亭”项目旨在将建筑结构性能化设计技术与机器人建造结合，并用高度集成的方式完成并展示出来。“云亭”的设计，运用基于结构性能分析的拓扑优化算法，通过结构性能化技术生成建筑形式，然后将应力分布转变为网格系统，从而得到变密度的网格形式。同时，在设计的过程中充分考虑了如何实现网络单元的机器人空间打印。

整个网络原型单元系统包含疏密不同的五种单元路径，密集的单元主要用以承受自重荷载，稀疏的单元主要起到覆盖作用，使得看似复杂的网络系统在机器人空间打印技术的支持下拥有足够的可行性。基于数字设计与机器人建造技术的支持，“云亭”展现了结构性能化分析技术与建筑形式美学的充分融合。

由机器人空间打印工艺制作成的大型展品的建造重点主要在对抽象建筑造型实现结构合理的“物质化”建造，即通过特定的编程语言生成最有效的空间网格来实现连续建造，力求做到整体结构最轻、用材最省，大幅度提升了建造效率且节省了可观的材料开支。2017年7月，同济大学完成14米跨度MP三维打印步行桥，使用层积式三维打印的技术方案。层积式三维打印方案在整体强度上有优势，但材料消耗量相对较大，自重较大的劣势也同时存在。因而此次同济大学对“云亭”的打印，是在进一步研究中实现了更加结构高效合节材的目标。

亭子的几何原型选定为长度11米、宽度11米、高度约6.0米的复杂曲面，由于该曲面部分区域的曲率过大且前端悬挑过长，传统的均质化空间打印法难以打印出这一形态，另外，如此大尺度的构件在设计阶段还会面临许多结构问题。设计团队不满足于空间打印的这个现状，希望寻找一种新的机器人空间打印工艺，以实现建筑形态与结构性能完美融合的一体化设计。设计对亭子的三维曲面进行结构拓扑优化，从而在设计初期使建筑结构性能得到了充分的考量。

综合考虑机器人作业空间尺寸及适宜的手工操作范围，亭子被划分为35块，每块的长度范围在5-7m，高度范围在1.5-2.5m，并由KUKA机器人进行空间打印加工而成。当遇到个别曲面曲率过大时，该块还会被细分为更小的尺寸以满足机器人空间打印的作业要求。

来源：同济大学建筑与城市规划学院

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