时代建筑2022年第4期

本期主题文章简介

随着建筑技术的发展，建筑研究的深度和广度都获得了前所未有的提升，建筑设计越来越趋向于精细化设计，设计方法更多借鉴科研模式而更为科学，设计步骤也走向系统化，前沿研究日益融入具体的设计过程，以研究为先导开展设计，研究推动设计成为很多建筑师的实践模式，更多的前沿研究成果通过设计研究融入设计实践。

本期，我们邀请专家从多个层面探讨研究如何推动设计，从“研究与设计的关系”“研究如何介入设计”到“设计过程就是研究本身”，深入讨论“在设计过程中如何融入研究、理论和实验”，如何将设计过程视为一种研究和分析工具，推动设计构思物化为实体和场所；探讨多学科、多专业协作研究如何面向设计的真正目标，促进建筑领域中研究与设计的真正结合。袁烽、许心慧探讨了从实验到实证的研究范式，指出其带来了针对设计与建造过程的可模拟性、可迭代性、可推演性、可控制性的精确研究内涵；李麟学关注热环境研究前沿，将热力学系统研究作为推动设计实践的本体性动力，并通过实践案例的解析，提出了工具与本体融合的设计创新范式；孟岩及团队通过剖析都市实践的工作模式，解读了一种基于研究的建筑实践对于深圳这座新兴城市见微知著的塑形作用；韩冬青及团队分析了其在城市设计实践中关于地块格局的研究状态，并提出研究作为设计实践与知识建构的一体路径的讨论议题；宋晔皓及团队探讨了建筑原型在可持续设计中的重要意义，提出了“调研—设计—实践—影响”的可持续设计原型研究框架，探讨整体设计的可持续建筑原型的理论与实践；庄慎及团队提出了听觉空间的概念并认为其具有建筑学新空间类型的意义；江立敏论述了建筑设计综合工程咨询中研究与设计的互动特点与发展趋势；王洁琼、鲁安东通过探索建筑类技术实验室的研究和设计协同机制，分析国内以高校实验室为载体的设计研究行动所承担的责任、面临的困难以及未来的发展方向。

主编：支文军教授

从实验到实证

设计科学思维导向的建筑智能实验室

From Practices to Praxis

Architectural Intelligence Laboratory Guided by Scientific Design Thinking

袁烽 许心慧 Philip F. YUAN, XU Xinhui

Abstract

随着建筑数字化时代的到来，建筑师的著作权除了设计与建造建筑，也逐渐包含研发数字化工具。建筑学面临着被科学思维重新赋能，建筑知识体系的快速迭代已然成为建筑教育的核心议题。建筑智能实验室正在成为研究建筑数字化软硬件工具的载体，覆盖了设计生成、感知、推演、模拟、优化、再现、建造等诸多过程。如今，建筑智能增强下的分布式集群研发与 络化共享协作正在定义建筑设计思维、方法、工具、流程，并不断扩展着建筑学的内涵。从实验到实证的研究范式，带来了针对设计与建造过程的可模拟性、可迭代性、可推演性、可控制性的精确研究内涵。建筑智能实验室的研究范式旨在通过数字化技术增强建筑师的思辨力与分析能力，从而实现人与自然在可持续发展目标下的性能化协同，这正在成为建筑学转型的核心议题。

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自工业革命以来，同质化建筑蔓延至世界各地，大规模的城市建设与建筑生产造就了乏味、单调的城市空间；同时，不断扩大的建筑生产加剧了工业化的负面影响，占据了全球一半的能源消耗和温室气体排放[1]。尽管自工业化以来，建筑技术有所发展，但如同纽卡斯尔大学（Newcastle University）教授雷切尔·阿姆斯特朗（Rachel Armstrong）所述，在面临生态污染、人口膨胀、资源不均、文化消解等城市问题时，目前的建筑理论与方法仍过于陈旧[2]。为了超越这些矛盾与桎梏，实现工业时代建筑生产范式的转变，需要我们从根本上对建筑空间的建造生产形式、目的、手段等基本问题重新思辨，发展从当下出发的实验思考。

1957年，理查德·巴克敏斯特·富勒（R. Buckminster Fuller）提出了“设计科学”这一概念[3]，并将其定义为一种系统的宏观设计方法，即通过知识实验与验证来开展设计工作。如今，随着数字化科学与技术的迅猛发展，在更加复杂的知识交叉与学科发展背景下，建筑师需要重新讨论设计科学思维对建筑学科知识体系的重构意义。正如桑福德·昆特 （Sanford Kwinter）所述，建筑已不再完全是建筑自己，而逐渐成为一种知识、研究和行动的形式[4]。不断迭代的知识生产将带来更新的实践，而从实验到实证的过程将成为知识生产的必要内容与手段。在科学技术迅猛发展的今天，设计科学思维正在构建从实验到实证的方法论，重新审视建筑学的理论与架构，并将知识、研究、验证和生产融为一体，引领着建筑学学科范式的转型。

1 范式转型：设计实验研究的过程意义

现代主义建筑学研究范式注重批判性、抽象性解决空间问题的能力，包含了从形式主义、功能主义到结构主义语言学等诸多方法范式的思辨与探索。过去百年的现代主义实践已经彻底地改变了整个人类的建筑文化生态以及物质空间存在，包含了生产、生活、生态的诸多方面。这也成为了超越人类本身而彻底改变地球地表存在的“人类世”（The Anthropocene）的核心思维与实践范式，也可以说“人类世”是一个“资本世” （The Capitialocene）①。现代主义的思维范式不仅仅存在于建筑学，它是指引人类世中人类征服自然、改造自然的手段、方法与行动的哲学纲领。如今，随着全球变暖、生态危机、疫情蔓延、地缘政治矛盾的日益加剧，现代主义思想也包括后现代主义的范式正在面临空前的瓦解，更加重要的议题正在超越资本驱动的人类征服欲，也正在影响着人类改造自然的活动，这种转向明确指向了以新生态伦理为准则，以虚拟与现实共通为特征的全新数字文化时代的到来。而在这个转型的时代，建筑学的主体性面临着对“人本主义”（德文：Anthropologismus）的重新定义，随着技术介入人与自然的二元关系，如果将“文化”也作为唯物主义的内涵，那么物质智能导向的“物本论”（Object-Oriented Ontology，简称“OOO”）正在重新定义地球的可持续发展目标下的人性化内涵，引导建筑学建立全新的主体性思维。正如笔者团队十余年来的研究与探索，数字化技术正在成为连接人与自然的媒介与手段，“数字建筑学”的智能化范式转型已悄然到来。

布鲁诺·拉图尔（Bruno Latour）强调了科学研究的物质化过程的意义[5]。数字建筑学指向更加强化精确生成、分析、预测能力的集约化材料使用，高效的生产过程，更加节约能耗的虚拟与现实融合的生产行为等等。各类建筑智能设计软件、模拟工具、优化算法、建造装备的更新换代，快速实现了从实验到实证的全新设计与建造过程。建筑实验到实证进程极大加速了对传统人力、思维力与生产力的替代、增强甚至超越。可以想见，当人工智能不断增强建筑设计与建造能力，可以实现更强的伦理与思辨目标，建筑师的创造力、分析力、预测力以及建造力等诸多方面被重新定义时，建筑学的范式转型必然到来。数字建筑学的范式转型，首先打通了性能化建构理论与建筑学伦理发展目标的关联；其次，从实验到实证的数字孪生过程方法论促使可视化、可模拟、可推演、可逆向、可控制等诸多方法论的诞生，给建筑学的学科知识生产带来新的机遇。

针对建筑智能设计与建造方法的研究，全球众多知名高校、研究所、事务所纷纷建立建筑智能实验室，通过从实验到实证的教学与研究，对计算性设计以及数字建造工艺等开展大量的实验研究，形成了全球化“群智”研发的态势。笔者使用Bibliometrix[6]，根据《建造自动化》（Automation in Construction ）、《建筑工程》（Building Engineering ）等多本前沿SCI期刊以及ACADIA、eCAADe、CAADRIA等多个全球影响力数字化设计方向国际会议中的3 000余篇文献进行了知识图谱统计研究（见图1）。其中，以斯图加特大学计算设计研究所（ICD）阿希姆·门格斯（Achim Menges）教授带领的团队为首，率先建立了以展亭（pavilion）为载体的设计实验到实证研究范式，探索了材料性能化以及机器人建造工艺的创新。此外，全世界多个数字建筑领域的专家也带领其团队开展教学实验，探索计算性设计的可能性。笔者出版了包括《建筑数字化编程》（双语）、《建筑数字化建造》（双语）、《建筑机器人建造》（双语）、《计算性设计》（Computational Design ）、《建筑智能》（Architectural Intelligence ）[7]等17本图书，并在国外期刊发表了关于前沿数字技术与建筑的百余篇文章，如《基于结构性能的机器人多维打印》（Robotic multi-dimensional printing based on structural performance ）、《数字物理风洞环境性能化建筑设计方法》（An architectural building cluster morphology generation method to perceive, derive, and form based on cyborg-physical wind tunnel ）、 《优化城市和建筑形态的算法与智能》（Algorithm and intelligence for optimizing urban/ building morphology ）[8]等，持续探索新兴数字化技术实验性研究对建筑学发展的影响，并逐步在全球产生影响，共同推动数字技术与建筑设计方法论的融合。

1. 2010—2020年全球建筑数字化设计 领域3 000余篇研究文献知识图谱检索学者排名

20世纪80年代，计算机辅助建筑设计（CAAD）开始对中国建筑设计领域产生影响，最初主要以辅助设计的手段与方法出现，其后经历了数字设计思维以及参数化主义风格的转型（见图2）。2011年，笔者团队通过军工路办公室厂房改造等项目开展了“低技数字化建造”的试验性设计研究实践。2012年，随着计算机技术与数控加工技术的不断融合，笔者和尼尔·里奇（Neil Leach）提出了“数字化建造”概念，倡导将数字化设计与精准数控加工技术结合，并出版了多本相关著作。2014年，随着性能化模拟与优化工具的全球研发进展，我在“DigitalFUTURES 2014”提出了“性能化建构”主题概念，探讨基于结构性能化与环境性能化的建筑设计思维方法，也涵盖了材料性能化等方面的理论，最重要的是通过工作营探索了大量的实验研究新范式。2015年，伴随着参数化设计与机器人建造等技术的兴起，我在“DigitalFUTURES 2015”提出了“数字工厂”主题，以新兴技术和建筑业转型推动产业化平台升级，并出版了多本与“机器人建造”相关的著作。2018年，“人机共生”成为DigitalFUTURES讨论的主题，在此背景下的“数字工匠”工作模式应运而生，定义了全新的设计建造一体化流程。2019年，“数字设计与智能建造”（CDRF）国际会议首次召开，主题为“建筑智能”，会议关键词包含了数字化建造、人机协作、机器学习等诸多内容。自2020年起，人工智能领域的机器学习、深度学习等关键词成为CDRF会议主要的讨论内容，机器智能的知识内容被大量融入数字化的实验过程中（见图3）。2022年，人工智能增强设计与建造流程成为新的探索方向，寻求在智能化的时代，拓宽建筑师创造力与想象力的方法。显然，无论技术如何发展，建筑师总是试图将其带入建筑语境之中，随着数字技术的快速迭代与学科交叉，“从实验到实证”成为建筑研究范式的必要内容。

2. 中国数字建筑学探索历程

3. CDRF会议文章词云图

2 工具增强：赛博化的建筑学新议题

2018年，笔者受柏林建筑画廊（德文：Architecktur Galerie Berlin）邀请，举办 “建筑实验室”（Collaborative Laboratory）个展，展出了近15年的建筑实践与探索，凝聚了对于建筑未来的思考：数字化的时代背景下如何定义建筑学科？建筑学如何成为人类建设一个更好世界的载体？同时，在柏林建筑画廊的组织下，奥斯卡·列拉·奥赫达出版 （Oscar Riera Ojeda Publishers）也同期出版了同名书籍《建筑实验室》（Collaborative Laboratory ，见图4）。同时，哈佛大学教授、建筑史学家和理论家，柯布西耶基金会主席安东尼·皮孔（Antoine Picon）受邀为本书作序。AZPML建筑事务所主持建筑师、前普林斯顿大学（Princeton University）建筑学院院长、建筑理论家阿里桑德罗·柴拉波罗（Alejandro Zaera-Polo），纽约建筑评论家、策展人弗拉基米尔·贝罗戈洛夫斯基（Vladimir Belogolovsky），时任苏黎世联邦理工学院（ETH）建筑学院院长、艺术史学家、建筑历史与理论学家菲利普·乌斯普朗（Philip Ursprung），以及欧洲科学院院士尼尔·里奇从各自的角度开展探讨，并为《建筑实验室》撰写评论文章。他们从不同方面阐述了对建筑语义的理解，多次交流与讨论促进了我们共同的思辨。

4. 2018年“建筑实验室”主题展览在柏林建筑画廊举行，同名书籍同时出版

在“建筑实验室”展览上，笔者与阿希姆·门格斯就设计与建造进行讨论，他提到设计建造中最令人印象深刻的就是工具思维（Digital Tool Thinking）的改变，建筑师需要认识到数字化工具正在打破研究与实践、设计与建造之间的隔阂。弗拉基米尔·贝罗戈洛夫斯基也在文章《协作的未来》（Flirting with the Collaborative Future through the Eyes of Philip F. Yuan ）[9]中认可了这一点，建筑正在经历令人兴奋的转型，当复杂几何、参数建模、数字孪生、机器人建造等技术被应用于自动化工厂，成为建筑师运用自如的工具，这就意味着建筑师增强了对于从设计到建造、工艺到建构的主控权。可以预见，当设计与建造生产的过程被参数化的编程工具和数据代码平台接管，以计算性设计与机器人建造为代表的新工具思维正在将建筑设计与建造过程重新连接在一起，数字化工具、平台、流程正在快速提升实验建造的效率与效能，并且将参数化的设计信息实现生成、分析、模拟、优化、迭代的全新工作流程。这种智能工具化的进程，不但可以总结前人的创作经验，更可以实现超越于传统建筑师个体的想象力、创作力、分析力以及建造能力。基于智能工具的人机协作正推动着建筑师个体甚至设计公司群体的赛博化进程。

随着建筑师逐渐开始主动介入软件工具开发，建筑智能工具本身正在成为建筑师知识生产的内容。比如，笔者团队开发了FUROBOT和FUGenerator两款基于Grasshopper开源平台的插件。FUGenerator软件平台采取深度学习算法，通过大数据驱动生成二维图纸和三维模型，将建筑平面生成、立面生成、空间生成、模型生成等封装为算法插件，极大地扩展了建筑师的想象力，简化了设计流程的单线程。FUROBOT是为建筑行业研发的机器人编程平台，其目的是通过插件工具包，实现从几何参数化到建造参数化的转译，在极短时间内生成机器人加工路径，实现建筑几何的材料转化（见图5）。在这一过程中，通过参数化和数据驱动的软件开发，建筑师将能简便地在计算机中模拟真实建造场景，并连接实体建造机器人，摆脱设计与建造相分离的传统流程，实现设计与建造的一体化流程，通过机器人工艺实现建筑师的感知力与创造力。

5. FUROBOT可视化编程软件图

2012年，同济大学高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室数字设计研究中心（以下简称“DDRC”）成立建筑机器人实验室，一年后成功建立首台14轴轨道式建筑机器人建造实验平台。2015年，建成全球首台龙门式18轴双机器人预制化建造平台[10]（见图6）。2012 年到2017年，同济大学DDRC与一造科技合作研发了三代现场施工机器人。经过十年的研发积累，覆盖多达15种材料的成套智能建造工艺（见图7），发明了建筑机器人“预制”与“现场”两大建造场景的硬件专利平台[11]，成功应用于国内外多种建筑场景。从设计与施工的角度来看，数字设计建造平台改变了设计与建造脱离的传统生产方式，去除中间冗余的数据传递，使建筑师能够快速介入建造环节，满足实验的快速进行和可迭代性。

6. 同济大学建筑与城市规划学院建筑机器人预制平台研发

7. 同济大学与一造科技联合研发建筑机器人工艺矩阵研发图谱

在工具与平台的协同下，数字技术与机器建造将对建筑师的思维模式进行全方位的扩展，设计主体与流程被革新，人类智能与机器智能正在互相融合，共同完成设计建造。新的实验工具和平台将连接设计与建造这两个分离的环节。随着数字工具介入设计流程，打破设计与建造之间的藩篱，经由计算性设计、性能模拟优化、机器人建造等参数化数据流，将传统的“设计意图—制图—再现—建造”的设计建造流程转换升级为“设计意图—生形—模拟—迭代—优化—建造”一体化往复迭代的流程（见图8）。这一流程中，可视化、性能化、知识化都寻求在虚拟、现实世界之间的数字孪生映射，从而让数字模型实现精确再造[12]。在人机协作共生的状态下，实验逻辑通过虚拟推演得到成果验证，并通过感知系统以及数字孪生技术，精确控制机器人，将建筑师彻底带入建造场景，在往复迭代的过程中优化实验验证工作。

8. 建筑智能实验室建立的从实验到实证的思维流程图

很显然，随着人与机器协作的新工具化协作体系造就了从实验到实证的新型工作流程，建筑师关于创作著作权的概念也在逐渐模糊并被改写。巴西哲学家威廉·弗卢塞尔（Vilém Flusser）提到，人类正在与机器建立一种全新的关系，机器如同巨大的 络重新塑造人类，促使人类学习如何与机器共处。在未来，工厂将兼具科学实验、艺术创作以及藏品储存的功能，建筑师将通过机器人进行学习、创作，工厂从单一的生产关系转变为通过获得迭代信息来学习的渠道，这或将成为未来设计的庙宇[13]。显然，在人机共生的工厂体系之下，以参数化为主的数字工具在人类智能与机器智能间建立起动态的、流动的信息 络，将曾经单一决定的个体创造转变为由人机共同主导的集体创造，设计逐渐成为由人机共同主导的分散化、层级化的著作权形式，人类与机器将相互塑造、共同创作。另一方面，在人机协作的新型实验平台下，建筑师也被鼓励参与工具、技术、思维的再造，建筑师不再以传统的建筑图纸、模型、效果图为核心产出，软件、脚本、建造流程、平台亦能成为新的知识增量。显然，建筑师需要认知到，当代建筑已不再适用于原有的著作权模式，人机共生的新主体、新工具、新流程与多种实验产出将共同构成技术时代下的新著作权。

3 建造实验：智能增强的材料与工艺

在人机协作的设计建造一体化流程中，以“过程”为主线的生形、模拟、迭代、优化方法流程，将实现从原型研究到性能优化的探索。首先，依托于数字参数化模型，通过模拟、优化更易获得结构、环境、行为等方面的最优解，深层次回应环境、自然、人文的可持续关系。其次，机器人建造极大地提高了针对特定目标的精确实现，例如在结构性能化设计优化中，传统建造中材料、工艺往往局限于肉眼或人的判断力，而精确的机器人建造将保证数据的无缝衔接，保证精准的空间定位和用材比例。更重要的是，人机协作将提供循环往复的实验优化过程，建筑设计得以通过物质迭代实现性能最优解。这一迭代过程正如曼纽尔·德兰达（Manuel Delanda）描述的新唯物主义[14]，在由规则迭代的生成过程中，物质会为了达到最优的性能表现而不断自我演变，以趋于特定的形式结果。吉尔·德勒兹（Gilles Louis Réné Deleuze）提出，物质将遵循其内在趋势而自组织生长[15]，材料的“物质智能”[16]将驱动物质自身寻找最佳性能状态。可以说，包含运动学、控制、传感器等技术的机器人建造作为一种新的建造手段，将拓展传统材料工艺，达到几何、结构、环境的最佳状态。

随着机器人建造提供了具有高精度、高开放、高自由度的平台，多种工艺被纳入建造之中，得以完成灵活精准的增材、减材、等材建造，实现了非线性、高复杂度的几何模式。以混凝土增材建造为例，19世纪混凝土建筑都需要将水泥灌注入钢木模板之中塑形，针对非线性几何形式难以注模；如今，笔者团队通过控制机器人混凝土打印参数化控制喷嘴，分层挤出混凝土材料，精确打印单曲面和双曲面等自由形体（见图9）。2016年上海数字未来“机器人木构”则探索了机器人带锯加工，我们通过机器人带锯切割减材建造以及胶合木梁加工，并采用构建开槽榫卯节点实现现场搭接，建造了复杂曲线木构件（见图10）。过去，等材建造的探索集中于金属工艺，传统金属加工工艺依赖于工厂铸造定型，难以灵活定制化生产；在2017年第三届DADA国际工作营中，我们运用两台KUKA机器人对金属板材进行曲线弯折（见图11），实现了1.5 mm厚铝板的金属拱建造。通过机器人建造结合传统锯切割、铣削、缝纫、弯折、熔铸、焊接、砌筑等加工工艺，材料可以快速、轻易地被塑造成复杂的形态。同时，随着数控机器人运动自由度和空间定位、空间建造技术手段的不断发展，得以达成精确的施工控制，实现了传统工艺无法企及的空间几何形式。

9. 实验室混凝土试验

左图：10. 2016“数字未来”工作营木构项目

右图：11. DADA工作营袁烽团队“轻质金属拱”

设计与建造一体化流程依托结构性能化设计，对材料的受力和分布属性进行分析，评估材料效能，力图达到材料密度和结构优化的最优解设计。2018年数字未来工作营，笔者发现金属堆焊会在层与层之间形成微小错位，因此团队设计空间 架结构，通过多节点控制减少金属材料造成的误差（见图12）。我们运用Kangaroo插件找到拱形最优解，拓扑优化数字模拟实现体量找形，然后通过整体应力密度分布确定杆件的分布密度，最后运用遗传算法求得杆件最短的结构形式。2019年数字未来工作营，我们研发了碳纤维与玻璃纤维，并结合3D金属打印技术和机械臂编织技术搭建（见图13）。其中同样使用Kangaroo插件实现桥的找形，并对整体和局部进行结构轻量优化，最终建成长达11.4 m的碳纤维编织桥。在结构性能优化过程中，我们首先广泛开发或运用可视化参数工具进行生成式找形，并通过数字化模拟检验密度和结构的可行性，进行迭代优化。最终这一流程将通过密度和结构变化提高性能，并减少材料消耗，实现最快、最节能、最安全的建造。

12. 机器人金属3D打印桥

13. 机器人碳纤维编织桥

笔者所在的建筑实验室同样探索如何引入环境友好型材料，运用可回收、可降解塑料材料，打造整个增材建造生产流程（见图14）。一方面，在快速实验中实现闭环式生产，减少废料和污染；另一方面，通过开发循环塑料材料，力求完善和发展建筑业废物再利用的循环经济，走向更绿色、低碳的产业未来。团队通过收集、分拣塑料废品，对塑料进行破碎及造粒，混合ABS基底材料，搭建打印设备体系，通过矢量化喷嘴挤出熔融料来打印成品。同时，实验回收颗粒的不同混配比，开展打印实验，以质地、光滑度、颗粒感为评价标准进行了材料性能化实验，最终实现了可回收、可降解材料的增材建造。

14. 建筑智能实验室开展的循环材料打印试验

4 建筑实证：从实验到在地建筑实践

安东尼·皮孔在《建筑实验室》前言中提及，建筑师需要在实践中谨慎地调整技术变化策略，而非践行一套一成不变的原则[17]。笔者团队从未停止过实验探索与实证转化，例如从首次研发机器人砖构原型机到实际生产建造耗时不足两年时间。“设计意图—生形—模拟—迭代—优化—建造”这一从实验原型被运用到大尺度建造的过程中，我们在算法、工艺、技术、形式上面对尺度变化、结构应力变化、生产效率和能源变化等多种问题时，能够迎难而上，努力寻求答案。建造技术研发不仅仅停留于实验之中，更重要的是融入建筑实践及产业化发展，呈现出创造性的技术赋能。

砖是人类最古老的建筑材料之一。从2009年开始，笔者团队在实验室中开展了一系列的砖构建筑研究。最初实验室中仅能通过参数化建模及空间定位，配合工匠使用纯手工艺进行搭建，团队意识到传统手工搭建的低效和不精确，随后实验室引入机械臂技术， 2014年研发了首个砖构机器人原型机，并在“DigitalFUTURES 2014”中进行展示（见图15）。在这个阶段，团队发现机器仅仅替代了手工，仍然无法做到设计与建造同步。经过两年研发迭代，团队完成了首个由砖构机器人进行的现场项目——“池 ”的机器人砌筑实验（见图16）。池 项目中采用全向移动式机器人建造平台结合激光校准完成定位，并通过自主研发“建筑机器人现场砖构装备”和数字化模拟工具，实现了对空间几何信息的提取，完成了智能化施工设备在地建造的准度和同步性挑战。在现场实证中，面对非线性、空间变化的墙体，机器人建造提升了精度和效率。

左图：15. 砌砖机器人原型机

右图：16. 池 砖墙

木材作为一种天然的绿色建材，从古至今被广泛应用于建筑实践中。2016年我们将木构实验引入江苏省园艺博览会（苏州）（以下简称“江苏园博会”）木结构主题馆中（见图17）。首先，团队对锯切工艺的锯片类型进行了多次试验，发现宽度较大的加工工具在加工木料时难以转弯，而锯片较小的则适用于精细化曲面加工。因而在实际建造中，不同构件尺寸和环节需要采取多类锯片配合完成建造。其次，对于材料体量优化，我们在数字未来工作营“机器人木构工艺”项目中探索运用了Rhinovault找到纯压力结构形式，并应用Millipede进行构件尺寸结构优化设计流程。在最终运用到江苏园博会的建造时，主梁选择在工厂整体成形，短梁则根据曲率和加工环节选取不同锯片进行机器人建造。当然，我们在大尺度建造中对材料体量的优化不止于此。在2019年的深港城市建筑双城双年展（深圳）中，作品“游木”（见图18）采取数字优化设计技术，寻找满足不同曲率的胶合构件，探索材料体量最小的解决方案，有效提高了在实际建造中的材料利用率、结构稳定性和经济效益。

左图：17. 江苏园博会木结构主题馆木壳结构

右图：18. 游木

塑料打印得益于其可塑性、轻便性，在实际建筑中得到了广泛推广。2018年，我们于威尼斯建筑双年展中展出中国馆“云市”，期间在实验室中进行了大量的系列基础试验（见图19）。首先，针对打印形式，我们意识到传统实验中的塑料层积打印受制于尺度，在大尺度建造中效率低下、成本高昂，因此采取空间打印形式，通过快速凝结成型的打印材料编织空间 格，再进行填充或表面处理成型。其次，针对结构性能，团队从2015年便开始了对空间结构原型的研究；2016年完成30 cm×30 cm的试验件，并对其进行结构性能模拟、应力分布计算，随后完成了长2.4 m、高0.4 m的变密度 络体；最终，2018年展出的云亭尺度达到了12 m×12 m×6 m，实现了从小尺度试验到大尺度建造的进展。另外，针对材料性能，经过试验比较材料的熔点、晶体类型、冷却定型情况，我们最终选择了一种在实际建造中表现最为理想的材料作为进一步建筑实践的基础。

19. 机器人空间打印研究与云市实践案例

5 结语

数字技术的极速更迭为建筑业的快速实验到实证带来了巨大潜力。这种潜力一方面存在于人机协同下设计与建造一体化，建筑师在数字智能时代通过对工具、平台的重塑，模拟与建造的实验，扩展了对材料性能化的认知；另一方面，数字技术从实验原型到建筑实践的高效流程，也推动了“人类世”中建筑产业的范式转型，成为人与技术协作的新主体性实践。

然而，建筑创作与研究实践，不能单纯谈论性能化工具找形计算，建筑创造力不能等同于寻找最优解，或许那会将建筑师导向偏差的方向。建筑生产如果全面陷入数字化、智能化的工具思维，将会弱化以人为核心的创作主导地位。在人机共生的背景下，工具、平台、思维和生产流程的革新并不是建筑的目的，而是方法与手段，建筑师必须将其融入更高层面的产业塑造、文化表现以及生态目标的实现当中去。

正如法国哲学家贝尔纳·斯蒂格勒（Bernard Stiegler）所说，“我们需要创造一种新的技术文化，去应对技术的时代”[18]。阿里桑德罗·柴拉波罗在为《建筑实验室》撰写的《生产的政治》（The Politics of Making ）[19]一文中提到，新的生产技术也在创造自己的文化，而新的城市文化将对现有技术进行修正。为了避离曾经对人文、场域、自然的错误评估，建筑师需要在技术更迭的现在，从人机共生的视角，通过不断的实验与实证，获得更高的效率、更优的性能、更人性化的场所，探索并优化建筑产业的未来。

注释：

1 2000年，诺贝尔化学奖得主、荷兰大气化学家保罗·约瑟夫·克鲁岑（Paul Jozef Crutzen）提出“人类世”这一概念。他认为，地球已进入“人类世”，人类活动对地球及其生态系统造成了巨大影响。人类生态学学者安德烈亚斯·马尔姆（Andreas Malm）则提出，“资本世”这一概念更适合描述现在的地质时代。他认为，地球气候变化并非是全体人类造成的，而是少数掌控着生产资料和能源的人造成的。

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[19] ZAERA-POLO A. The Politics of Making[M]// YUAN P F. Collaborative Laboratory: Works of Archi-Union and Fab-Union. Hong Kong: Oscar Riera Ojeda Publishers Limited, 2019: 20-33.

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基金项目：住房和城乡建设课题（2021-R-085）

上海市科学技术委员会项目（21DZ1204500）

[1] 袁烽、许心慧. 从实验到实证：设计科学思维导向的建筑智能实验室 [J]. 时代建筑，2022（4）：6-15.

[2] 李麟学、侯苗苗. 工具—本体—系统：建筑热环境前沿研究下的设计实践 [J]. 时代建筑，2022（4）：16-21.

[3] 孟岩、吴然. 实践作为思考，城市作为项目：都市实践研究先导的设计实践 [J]. 时代建筑，2022（4）：22-29.

[4]韩冬青、董亦楠、刘华、方榕.关于城市地块格局的机理认知与设计实践 [J]. 时代建筑，2022（4）：30-37.

[5] 宋晔皓、褚英男、孙菁芬、陈晓娟、解丹. 建筑原型在可持续整体设计中的应用与影响 [J]. 时代建筑，2022（4）：38-43.

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[7] 江立敏. 建筑设计综合工程咨询中的研究与设计互动 [J]. 时代建筑，2022（4）52-59.

[8] 王洁琼、鲁安东. 国建筑类高校前沿技术实验室研究与设计协同机制调研 告 [J]. 时代建筑，2022（4）60-65.

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