混凝土由于优良的结构性能和其朴素的表观特征自诞生以来，就为很多建筑师所喜爱。这次小编就从这种混凝土材料出发，聊一聊数字时代下的混凝土建造。
混凝土模板的数字化建造
有研究显示，在建筑混凝土构件的施工制造中，混凝土的模板制作花费占到整个混凝土构建制作的56%之多。并随着数字化设计技术的普及，构建的形体有着更多的几何可能性。之前常规的模板建造方式并不能很好的满足当今建筑设计和造型的需求。如何利用模板技术完成复杂非常规形体，成为数字时代下混凝土建造的热点问题之一。
下面通过几个实际的案例，来向大家分享一些数字化技术运用在混凝土模板建造上的成果。
同济运筹楼
首先带给大家的是今年夏天刚刚完工的同济大学运筹楼。运筹楼是同济大学校内一所80年代的老楼，历经意大利佛罗伦萨阿克雅建筑事务(ARCHEA)和同济大学建筑设计研究院三年的设计改造之后，原先老旧不堪的楼现在焕然一新。该项目的外立面采用了德国RECKLI预制造型模板工艺的装饰混凝土板，并在着色剂工艺的处理下，有了独特的中意风情的效果。
制作这种装饰性混凝土先需要有预制的模板。该项目通过准备，上模，注模和脱模，最终获得了项目所需要的PU模板。然后项目经过通过提前预制的聚氨酯模橡胶垫（PU），最终混凝土浇筑，脱模，并进行后处理，完成了该装饰混凝土板的制作。
NOSPR KATOWICE ConCERT HALL
同样的采用了德国RECKLI预制造型模板工艺还有NOSPR音乐厅。
在室内内墙的设计和建造上，声学设计师和建筑师从一开始就密切合作。声学的要求对于建筑的决策来说非常重要，视觉效果和声学效果彼此相互依赖。以NOSPR KATOWICE ConCERT HALL的内墙为例。为了获得最佳的声音，墙体必须由重的固体材料制成，并具有特殊的表面结构（micro shaping）。这种纹理具有明确的峰和谷，影响着声音在空间的分布，决定了听众听到声音的丰富程度。
最终项目设计了同时兼有美感和声音特效的样式来完成设计。项目最后在现场浇筑墙壁。墙壁的模板分为七个部分，按顺序排列，同时第一个成型板连接到最后一个纹理，从而得到了场内连续变化的内墙纹理。
五维茶室
坐落在五维创意产业园区内的这座小茶室，采用了直纹曲面的模板建造方式，实现了传统混凝土形式的几何创新。
Odico Formwork Robotics
除了传统的混凝土模板，Odico Formwork Robotics创造性的应用了机器人热丝切割（RHWC)来生产混凝土的定制化模板。并在2013年开始实践的Kirk Kapital总部（KKHQ）项目中，充分的展现了这一技术的可行性。
KKHQ主体结构的机器人热丝切割模具证明，由于机器人控制提供的自由度和EPS的低成本效益，RHWC可以作为生产复杂混凝土模具的有效的方法，并适用于楼梯、面板、结构等重要部件。
SUTD校园装置
在Caadria 2017的会议论文中，SUTD团队探讨了物理模拟和数字建造的融合关系。项目尝试了机械臂加工的玻璃纤维混凝土模板。项目为模板低成本快速的定制化提供了一个十分有价值的参考。
整个建造过程有些类似于热成型，通过将PET材料片材热处理，使之在热可塑性状态下，使用工业机器人按压成形。最后片材被空气冷却，获得最终稳定并具有一定刚度的印模，后期用于玻璃纤维增强混凝土的浇筑。
最终，项目的研究成果以校园中的一处艺术装置提出现。由于机器人的数控加工使得每一个玻璃纤维混凝土单元有了独特的形态。
NEST Hilo薄壳屋顶建造实验原型
近期ETH的BRG发布了他们1:1的全尺度的NEST Hilo薄壳屋顶建造实验原型。HiLo的薄壳混凝土外壳是项目的关键里程碑，它表明了研究组之前所提出的轻型，灵活的模板系统形成一个复杂的混凝土结构的可行性。
HiLo屋顶采用绳索网构和织物模板系统构建。该系统大大减少了混凝土施工时候的材料浪费。通过使用大量的可重复使用部件，改进了双曲面的传统模板结构。
通过这个项目，BCG团队在真实尺度下测试了绳索网构和织物模板系统的可靠性，同时也测试了系统的灵活性和最终建造的逻辑。同时也探索了混凝土在碳纤维增强的条件下，在大尺度双曲面上的喷涂工作。
3D打印混凝土
除了传统的混凝土制模建造手段，随着增材制造技术的出现与普及，有越来越多的公司和研究机构开始研究混凝土的3d打印技术。
与使用模板建造混凝土的技术不同，3D打印技术直接略去了混凝土建造中繁复的模板环节。3D打印混凝土以三维数据为基础，通过混凝土打印喷嘴挤出混凝土材料，逐层打印，最终形成混凝土的打印形体。
智能混凝土浇筑（ETH)
在这个项目中，ETH Zurich的Gramazio Kohler Research机构让机器人用一种类似3D打印的方式，使用液态混凝土进行连续的堆砌成形。一种移动模具在机器人的动作下进行着变化的向上移动，从而使挤出的混凝土呈现不同的形态。
POST IN AIX-EN-PROVENCE （XtreeE）
XtreeE用混凝土3d打印技术打印的4米高的柱子支撑着法国普罗旺斯的一所学校的操场屋顶。XtreeE在2016初接管了最终设计并制作了第一个原型。最终，在与结构公司Artelia和混凝土预制件公司Fehr Architectural合作下，XtreeE 3D完成了该混凝土柱子的打印。
设计通过拓扑优化后被分解为四个预制构件。随后，XtreeE的团队生成了工具头路径，3D打印了柱子的外表皮（打印时间为15小时30分钟），然后将LafargeHolcim提供的混凝土倒入外表皮之中。最后完成了组建的组装，并在现场进行了安装，涂层和抛光。
TUE 3D Concrete Printing
TUE研究室的四轴机器人混凝土打印设备可以最大打印9m x 4.5m x 3m的混凝土构件。
在3d打印混凝土给设计人员带去异形建造的便捷性的同时，TUE的研究人员也在思考着以下的问题：如何连接打印的构建？打印面（施工面）除了水平面之外，是否还是有其他的可能性？如何保证结构安全？
3D打印混凝土与传统模具建造的方式相比，具有形式自由，环保节能等优势，但同时也存在着较多的挑战。如在材料方面，3d打印混凝土对原材料的流变性和可塑性提出了较高的要求。在速度和精度方面，层积式的打印方式决定了在实际工程中，这是一对较难平衡的矛盾体。3D打印技术将在未来如何改变混凝土建造方式，还需要更多的研究和实践。
展望
随着数字化技术的发展和混凝土本身材料技术的进步，在将来，有机器人和数字化技术协助下的混凝土建造将呈现出更多的可能性。机器人和数字化混凝土建造必将成为一个炙手可热并且前景无限的议题。
