建筑设计类院校项目特辑Vol.1—MIT Computation 研究型学生作品 (第一期)
研究型建筑与设计类学生项目—MIT Computation
Research-oriented Project
//一份好的作品展现的是设计者的综合能力，除了基本的软件和制图技巧以外，更包含设计逻辑，研究能力，创新力，以及对相关新型技术的运用能力。那么【有哪些设计逻辑，和设计方法？】，【顶尖的设计与研究者们的作品都在研究什么？】对比之下，【我们自己需要在哪些方面做提升呢？】
本期分析院校：MIT Computation方向
主要涉及方向：
数字建造 | Digital Fabrication
Theme1：建造工具与材料系列 | Digital Tools & Material
Theme2：编制结构建造 | Weaving Structure Fabrication
参数化设计 | Parametric Design
Theme3：参数化形态生成 | Parametric Form Generation
以下图片来自MIT硕士或博士学生的作品集或个人官网。
文章全长4770字，阅读时间11分钟
开篇-设计师，材料和工具的互动性关系
[参数化设计是什么？]
1990年代兴起的参数化设计是基于建筑数据的数字化的一种设计思路，主旨是用算法来实现大量的设计运算，进而生成建筑方案。建筑师在计算机软件的辅助下，可以更加自由的创造建筑形体，而不受传统的设计工具的约束。Sketching in 3D 虽然是MIT Computation很早期的数字建造项目，但作为开篇也能给大家带来不少启发。
Sketching in 3D -Towards a fluid space for mind and body （2012）
Pottery Making & Drawing的操作过程
项目链接：http://web.mit.edu/takehiko/www/template_thesis_4566/
整套三维绘图工具的设计准则和可以结合的技术，如下：
1） 直观交互 | Intuitive interaction：具有有形的界面，并基于手势的交互
2） 直接操作 | Direct manipulation：包含身体的操作与增强现实
3） 多样表示 | Flexible representation：可通过控制点或者体素块表示初期的草模的制作过程。
[数字建造是什么？]
数字建造是建筑数据数字化之后影响建筑制造业的场景。在各种数控技术逐渐发展的今天，对建筑设计方案的实体实现，不再是早先的人工操作，而是全部基于数控的制造和装配。然而，随着参数化设计的兴起，大量的建筑数据是非标准的，这就带来了现今的数字建造领域，配合参数化设计出来的复杂形体，制造出对应的非标准建筑构件。往往，数字建造从材料到工艺都是非标准化的，适用于特定的制造场景，因此许多数字建造项目具有独到的优化设计。
无人机的编织结构建造
下面我们便开始正题，一起看看近期MIT学生的作品：
Theme1：Digital Tools & Materials
重点：模具（制造过程）+材料
（项目链接：http://lavender-tessmer.com/）
最终水泥浇灌单体的搭建效果
模具：塑料密封桶
材料：水泥
制造原理：密封桶的旋转角度不同，但是桶中的水泥仍然是持水平状的凝固。
作品概念：通常的制造工具的优点在于易于重复性高的几何结构。然而，有些材料工艺很难直接与这些机器的制造工艺相结合。除了从下往上的垂直3D打印技术，浇灌的制作过程很难达成定制化的产出。为了回应这一制造问题，该项目演示了一种定制化的水泥浇灌制造技术。设备为依据机械臂的移动路径呈弧线摆放的模具桶和在圆心摆放的机械臂。浇灌前设计师需要完成整体的设计形态与单体顺序的设定，基于水泥形态凝固的特性，通过不同输入（每个浇灌单体在整体设计中的位置）来控制机械臂的转动角度（不同的位置，输出水泥浇灌的角度），生成定制的铸砖墙。具体的操作过程，如以下分析图：
初始概念 | 1.水泥浇灌（模具桶的水平凝固）；
2. 通过三次旋转可以得到三次水平的凝固效果；
3. 通过输入模具桶的需要，对应需要转动的角度与次数
不同旋转角度的浇灌效果，以及机械头与模具桶的旋转角度
模具桶对应到整体设计中的位置与旋转角度，和实际操作过程
模具桶与其中浇灌成型的不同单体
学生项目 2
Cast Thicket (2014)
（项目链接：http://lavender-tessmer.com/）
自下而上的生长结构
模具：防水布状薄膜
材料：水泥
制造原理：由柔性且轻质的外部薄膜确定形态并固定，在薄膜内部浇灌水泥固定形态。
作品概念：为了解决与当前建造混凝土结构有关的问题，Cast Thicket项目试图完善混凝土的建造系统。该项目对现在所使用的浇凝土浇灌框架提出三点改进：
1） 用预制的内钢框架代替钢模板框架和钢筋；
2） 用钢框架上的薄膜代替胶合板或钢模板形成网状的水泥结构；
3） 用支柱网代替实心剪力墙。
项目形态的演变过程；与实现的模具
在由线性到结构形态的生成之后，最终结构的外表面形态与尺寸被提取出来，作为布模具的形态依据，整体形态被分成一定数量且编序的布模具。由预制的钢框架与结点处的锚固点作为之后水泥形态的加固作用。在钢结构固定之后，布模具依附挂在钢结构之上，下一步则是在布的衔接处做密封处理，之后便可等待水泥的灌入与凝固。待水泥凝固后，再把外部的防水布模具去除，内部的水泥结构可以经过二次打磨等处理，最终得到了预先设定的水泥网状形态的结构。整个制作过程，实现了水泥浇灌形态的多样性与复杂性，柔性轻质的模具也使得制作过程更加高效。
（依次为）防水布与封边；预制的钢结构；灌入水泥后的凝固状态；去除防水布的结构形态
学生项目 3
Robotic Control Sand Casting Concrete (2017)
（项目链接：https://issuu.com/bowenlu/docs/lu_bowen_portfolio_9f8c4b0fcbe4a8）
模具：CNC切割的木框
材料：沙子，胶土，水
工具：机械臂（三个机械头类型）
制造原理：在预定的框内用机械臂切割用胶合剂凝固住的沙子成镂空形态。
（作品集）设计概念与主要步骤
设计过程：
1）在框定的范围内随机生成点；
2）用Grasshopper 中的Voronio生成垂直平分的分割形态；
3）在分割出的每一个区域，随机生成线条状的pattern；
4）由线状的pattern设定机械臂的切割路径。
（作品集）机械臂的移动路径的设定与路径的优化
优化过程：
因为沙材的软质，为了防止机械臂在切割过程中，沙材因为镂空受力不均而坍塌。设计师经过了一系列的切割实验原型，最终确定了具体的切割路径。
（作品集）具体的操作过程与最终的效果
具体的操作过程：
1. 沙，胶土和水的混合，在木板模具中得到凝固的混合材料。在混合材料的过程中，用带有水平金属板的机械头，将混合的材料抹平。
2. 材料凝固过后，机械臂换上带有刀片的机械头，竖直方向移动将沙土刮至平整，挂下的沙土材料也可用于之后的部件制作。
3. 根据优化的切割路径，用带有钻头的机械头切割混合固态的沙土材料，可两面同时雕刻。
4. 将切割出的沙土去除，得到一个雕刻完成的部件，之后不断重复以上步骤至所有的单体雕刻完成。
5. 最后依顺序将单个部件拼装至完整的立面，并辅以粘合剂加固。
学生项目 4
Spatial Printing (2017)
（项目链接：https://issuu.com/bowenlu/docs/lu_bowen_portfolio_9f8c4b0fcbe4a8）
材料：塑料
工具：机械臂+打印喷头
（作品集）由曲面至折线状的打印打印路径
作品概念：与大部分3D打印建造项目的设计思路相似，设计者在作品集的第二张图可见用G-Code控制Kuka KR1200机械臂的同时，也控制打印头的坐标路径，材料挤出量，打印头的移动速度，以及喷嘴冷却状态的命令。项目有趣的是，不同的形态，如：Segment，Ring，Joint和Skip等都会由不同的E3 Values，打印速度（Free Velocity）和打印头的冷却时间（Nozzle Cooling State）的设置以得到最优质的打印效果。
（作品集）G-Code的运作方式
学生项目 5
Ceramic Constellation Pavilion (2017)
（项目链接：https://tansyl.wordpress.com/portfolio/）
材料：单体为构件粘土, 木条为单体构件的链接材料
工具：打印喷头+机械臂
（作品集）不同形态的实验过程和最终结构的搭建
作品概念：该项目的设计思路与建造过程比较易懂。整体形态的生成过程由基本的Rhino loft功能建成，之后将整体结构分层，再不断细化与计算成单体与木条之间的拼接层个数，单体的个数与位置用于之后的建造依据。其中建造单体由3D打印粘土材料制造而成，在打印过程中，会预留木条的嵌入区域，即将单体通过凹槽放置在一定厚度的木条上固定。之后通过之前设定的每一层的固定位置与单体个数，即可不断搭建成完整的形态。
整体形态生成过程与俯视图
（依次为）T型单体构件的打印过程；单体与木条的嵌套；预切的木条作为连接材将单体固定；不断叠加的结构
Theme2：Weaving Structure Fabrication
以下的项目是设计方向为主导的，与具体建造工具结合的较少，主要用到参数化找形方面的研究。
学生项目 6
Concrete Tapestry (2018)
（项目链接：http://lavender-tessmer.com/）
材料：编制线+喷用水泥
项目整体效果与细节
作品概念：在该项目，作为线材料在空间中转化的设计雏形，虽然工具的运用较少，且主要是形态设计方面的考量，但也对柔性线材料在空间中的应用有了一定的拓宽并为之后的研究做基础。设计步骤可以被分为主要的两步：1）形态编制，2）材料喷涂固定。在初步试验中，设计师首先研究3股线的结点编织方式，得到在结点稳固的同时可能形成的曲线形态。之后将这样的节点放大到一整片的编织结构上，并且喷涂不同的水泥量得到可能的镂空效果。之后在不断的编织实验后总结成三角片状的主要形态分类，最后将不同形态叠加组织形成一个镂空立面，再用到水泥喷涂固定形态。
编织的实验过程，形态研究，以及初步实验的结果
最终整体形态的设计
具体的制造过程
学生项目 7
Textile Precision for Customized Assemblies (2019)
（项目链接：http://lavender-tessmer.com/）
材料：编制线+木条+喷胶
作品概念：基于复杂且定制化的几何结构，越来越多的设计师将纺织的连接部件和其他单体零件结合在一起，形成形态上的突破。然而，由于纺织品本身的精度受计算接口、生产机器和材料技术的影响，现有的纺织机械无法以同样的效率来适应多样的几何信息的变化。针对这些问题，该项目将三维信息直接传输到纺织生产设备上，旨在解决纺织生产中与材料，机械以及计算相关的瓶颈。
由基本曲面到pattern曲面的设计过程与之后的结构调整
基于之前的“Concrete Tapestry”，该项目发展了线条在3D空间结构上的应用。在生成的过程中，设计师先有一个基本的曲面, 之后通过在平面pattern线条密度上的调整，再将线条投影至曲面，最后得到之后编制的基本效果。由于曲面上不同编织结点在空间位置上的区别，不同控制点在z轴上的变化转化成了针的长度与针眼的高度。接着，通过材料编织顺序的演算与模拟，设计师将得到最优的编织顺序，用于下一步的建造。以下的分析图，为具体在结点处的编织方法与缠绕细节。
设计过程与结构调整
木条的固定与拆除，以及喷胶的最终固定
在之后的小尺度实验过程中，设计师用穿孔的木条代替了针，依据之前优化的编织顺序，采取人工穿线得到预想的曲面编织效果，在完成一个完整的形态之后，再将木条去除，并喷上胶使整个形态固定。虽然设计最终停留在了小尺度结构上，但也展现了数字化编织结构在日后的可行性，人工的穿线过程也可以用机械臂代替。
学生项目 8
Hedge（2017）
使用材料：Carbon fiber为连接材料，半透明片材为单体的材料
作品概念：项目探讨了设计场地与城市环境之间的关系。希望以一种新“植被“装置，将原本废弃的场地与巴黎的天际线重新修饰。设计者通过提出不同的片状单体，以及不同连接材料之间的特性，编写相关参数（单体形态，材料长度，材料自身强度，连接间隙等参数）控制的脚本，并模拟得到不同参数下片状单体在材料连接下所能形成的整体形态。在不断调整与试验下，设计师选择最合适的单体设计以及材料，用于现场的实际搭建中，最终形成花园上空的遮蔽形态。
项目前期场地，废弃空地与天际线的关系
形态概念生成，不同的编制方法与单体的实验
设计方法：
1）基于Bobbin Lace Weaving Technique（通过在线轴上编织和扭转线轴长度而制成的一种花边制作技术），实验carbon fiber本身在不同编制情况下可以形成的形态。
2）以“植被“为概念，生成不同单体的形态，将fiber与单体连接。
单体的设计与拼装
最终的组件过程
Theme3：Parametric Form Generation
以下为部分参数化形态方向MIT学生的作品，项目的创新点相对较少，整体项目比较容易理解，小编就不做展开了。如果需要包含以上项目的完整版MIT作品集，可以在文章最后扫取二维码联系小编。
学生项目 9
Warp Tower
建筑立面设计
学生项目 10
Digital Evolutions
参数化形体
关于更多MIT学生的项目详情，欢迎在文章最后联系TechArt学术顾问，一起交流。
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