把高楼大厦连起来的愿景，康奈尔美女学霸用这个方法来实现

为了帮助设计狗们更直观的了解海外著名建筑院校，Archidogs特别推出《海外名校的设计之道》系列文章。文章作者全部为在读或刚刚毕业于这些学校的优秀学子，通过切身经历带来他们的学习感受。排名不分先后，根据收稿顺序发布。

我们从小或多或少做过这样一个想法，不用下楼就能从一栋楼进入旁边的另外一栋楼。

读了建筑学之后，柱网，结构，抗震。。。这些功能性的词让我们暂时忘却了这个诗意的念头。

下面的这个作品，瞬间把我的这个梦再次唤醒。

而且，它实现的方式又是如此未来——机器人，编织。

人物

FIBERSCAPE

Biosynthetic Robotics Fabrication:

 Digital Handcraft & Weird Tectonics

孙诗宁  Shining (Christina) Sun

康奈尔大学建筑系本科

Studio LT 设计总监

曾工作于OMA, Aecom,和 Aedas 

顾阅 Yue Gu 

康奈尔大学研究生

纽约RAMSA建筑事务所建筑师

01/课程和导师介绍

Robotics Fabrication and Weird Tectonics 

 机器人建造语境下的非传统建构

课程背景机器人，通常以一种数字建造工具被引入设计之中，成为设计的执行者。但机器人的对设计的影响，绝不仅仅在于能够更精确更灵活地完成建造任务，更多的，作为一种新工具，机器人的出现将带来新的建造方式。机器人建造语境下的非传统建构将是一种基于对材料性质的深入理解而产生的独特的材料集聚方式，而算法，将作为设计中必不可少的平台，将材料性能，形态生成，环境因素，设计意图，机器人建造控制等要素进行转译整合而形成一套自下而上的设计体系。

导师介绍

Jenny Sabin & Leo Jingyang Liu

Jenny Sabin

Jenny Sabin 作为 Director of Graduate Studies and the Arthur L. and Isabel B. Wiesenberger Assistant Professor in Cornell AAP，一直致力于在建筑与科学的交汇处探索新的设计模式，她将数学、生物、材料科学等学科的进展应用于空间结构的设计，Jenny Sabin 利用算法设计与新兴的建造方式创造了一系列多元的，独特的设计成果。Jenny Sabin 与 Cecil Balmond 在University of Pennsylvania创立了Nonlinear Systems Organization (NSO)，一个囊括了建筑学、生物学、医学、数学、材料学、机械工程学等学科的的跨学科科研组织。并在 Cornell University 同时创立了 Sabin Design Lab, 一个专注于算法设计，材料研究与数字建造的设计研究机构，以及 Jenny Sabin Studio, 一个极具实验性的设计事务所，致力于将研究成果应用于实践项目并将实践成果进行反馈。

Cooper Hewitt 2016 Design Triennial

课程安排

本课程作为康奈尔大学建筑学院2016年春季学期的选修设计研究课（optional studio）。持续时间为四个月，共分为四个阶段。

第一阶段：自然原型

在第一阶段中，学生个选取了一个自然原型进行研究。区别于简单的形态仿生模拟，研究的重点在于理解自然界中的生物如何利用有限的资源在环境的作用下集聚材料，生成具有功能的空间结构。材料集聚的方式将被适度提取抽象，转译为一套算法，或者说是，抽象机器。该阶段成果以代码与其生成的二维图解进行呈现，二维图解最终将通过机械臂与其所搭载的

定制化功能配件（customized end effector）进行绘制，至此，自然到算法到机器人控制的抽象转译过程完成，通过一系列的software/hardware workshop,学生将掌握一系列算法设计,电路设计与机器人控制原理。

第二阶段：材料与工具

阶段二的学习将侧重于hands on experiments, 学生将选取一种或一系列材料进行深入研究，探索基于材料性质的建造方式，并依此设计制作定制

化功能配件（customized end effector），搭载至机械臂，二者组合成为项目的建造工具。

第三阶段：跨尺度探索

此阶段始于小尺度的机器人建造，通过改变参数与输入，快速得到一系列 1:100或1:200的原型，学生将通过严谨的分析对成果进行筛选并对算法进行优化，随后，将筛选的原型进行1:1建造，在此过程中，尺度扩增带来的挑战将和机械臂的有限活动范围一起成为新的设计约束。

第四阶段：真实建造

在场建造第四阶段需要选取一个真实存在的场地将设计置于其中，场地的环境作为算法的输入，对设计和建造方式产生影响。

02/设计概念| 设计过程

玻璃海绵/ 玻璃海绵纤维结构

历史上，建筑师常常从自然获取灵感，处理局部与整体的关系，结构与空间和形态生成。在此项目中，我们重点研究了玻璃海绵的空间形态，区别于层级分明的现代建筑，玻璃海绵的空间结构是一种去中心化的纤维集聚。基于一系列针对玻璃海绵的形态研究，我们选用了集群智能（swarm intelligence）与多因子代理(multi-agent)系统对这一自然模型进行模拟与转译。玻璃海绵的形态产生于不同因子(agent)之间的非线性相互作用，不同因子之间并无明显的层级划分，他们只是被赋予了不同的行为模式，例如直线运动，螺旋运动，无规则运动等。因子之间通过相互吸引，排斥，平行而不断的相互作用，从而改变自身固有的运动轨迹，最终生成了疏密各异，强度不同的纤维状空间结构。因子的固有行为也会受到所处环境的影响，因此它们所生成的纤维状空间结构也将具有环境适应性。在设计过程中，我们注重的是系统的建立，而非具体物件的设计，因此基于我们所设计的系统，我们可以得到不同尺度的应用。在建筑部品层级，系统生成的空间结构可以作为外围护，柱子，墙体等。在建筑单体层级，它将成为天桥，在纽约现有的垂直摩天楼之间建立一套水平的连接系统，既是交通空间，也是公共空间。因系统所具有的环境适应性，其所生成的纤维状天桥也将与现有的场地有机的融合，而非闯入式的强加。  

不同的参数影响下的纤维生成

编程代码 Processing Code | Multi-agent Swarm Behavior

算法动画多因子物理生成模拟

II 算法模拟

由于数据极大，我们选择了在Processing里模拟Multi-Agent Swarm的行为和形态。Processing是一个较新的编程软件,常用与electronic art和new media art.。通过这个开源的设计软件，我们可以模拟agents和targets之间的关系和互相吸引和排斥的轨迹。我们设定了不同的参数来改变agents 与targets互相追逐的力度，速度，及互相的吸引力。改变这些特定的参数可以模拟我们之后生成的纤维空间形态。

III  机器人建造

机器人建造的过程实际上是算法模拟的物化和转译的过程。

机器人绘图：我们尝试利用机械臂绘制算法模拟生成的纤维结构。通过控制机械臂的速度，我们可以改变线条的粗细，此阶段绘制的作品不仅仅是一个二维图案，而是具有多重信息的“机器人施工图”，线条记录了机械臂的运动轨迹，线条的粗细则代表着纤维聚集量的多少。

建筑单体建造

此阶段，我们自制了定制化功能配件（customized end effector），用于实现纤维的缠绕和强化。纤维通过装有树脂的容器，在浸润后，纤维再被拖曳出出线口附着到旋转的支架上，纤维在支架上相互粘附聚集，随着树脂的硬化与纤维聚集的增多，空间结构也将一步步被强化。旋转的支架成为了除机械臂的六轴以外的第七个活动关节。

建筑单体建造第三阶段中，随着建造尺度的增加，我们对定制化功能配件（customized end effector）进行了改良，增加了纤维的种类和数量，由单股缠绕变为多股缠绕，每一根纤维即是一种因子，纤维之间的吸附、编织、平行等关系则是多因子之间相互关系在物理建造上的体现。

实体操控和电脑模拟

算法模拟与实体建造之间的转译与反馈在得到算法模拟生成的结果后，我们思考如何在将其物化为空间结构。最直接的转译便是将算法模拟里的因子（agent）运动轨迹变成机械臂的运动轨迹，实现模拟与建造的一一对应。但是，机械臂的运动受到幅度和角度的限制，在实际操作过程中并无法覆盖到每一条运动轨迹。于是，我们引入了除六轴机械臂以外的第七个活动关节，绕自轴旋转的支架。支架旋转与机械臂运动轨迹所形成的相对运动则能确保每一条因子运动轨迹最终被执行。此外，在足尺建造中，我们增加了纤维的数量与种类，在机械臂的运动过程中，经树脂处理的纤维互相粘附、缠绕、分离，与算法模拟中不同因子之间的吸引、分离与平行关系相互对应。

03  设计作品 | Manifesto (Re-imagining Manhattan) 曼哈顿的城市宣言

实地建造模拟

无人机配合机械臂

设计的场地最后选择在曼哈顿，Fiberscape作为水平的通路连接现有的垂直摩天楼。在曼岛内，因为格网街区的划分以及垂直的发展模式，不同建筑之间的关系逐渐变得分离与孤立。我们思考，能否利用不同楼栋之间高于地平面的大量可利用空间将孤立的摩天楼联通，并为曼岛增加多一些公共空间。因此，我们选取了位于Fidi和soho的一些摩天楼与街道，通过 Fiberscape连接不同功能因街区划分而被隔离的建筑。被Fiberscape联通的功能空间，与Fiberscape一起成为新的城市微型综合体。例如，购物，画廊，艺术工作室被Fiberscape联通后变成了一个功能更为完善的小型艺术聚集区，住宅，影院，体育设施被Fiberscape联通后，成为了一个配套齐全的新社区等等。 Fiberscape通过微小的操作，激活了分离割裂的摩天楼。

Fiberscape不仅仅是联通的桥梁，更是城市上空的公共空间，通道交叉部分的空间足以容纳各式各样的小型pop-up 公共活动，成为曼岛的空中城

市客厅。Fiberscape基于多因子代理（multi-agent）系统，通过改变因子行为，即可改变Fiberscape的形态，因此Fiberscape具有跨尺度，适应性的特点，它虽然是一种异质元素，但会以一种有机融合的方式介入场地，而非闯入式的强加，在不同的场地，Fiberscape都会以不同形态回应场地的限制与需求。

03/小结 | 未来

Fiberscape的设计始于对玻璃海绵（glass sea sponge）空间形态的研究，并利用多因子（muiti-agent）与集群智能(swarm intelligence)系统对这一形态进行了算法模拟。与此同时，我们选取了树脂强化纤维(resin reinforced fiber)将算法模拟得到的结果物化为空间结构，并针对材料特性设计了定制化功能配件（customized end effector）搭载到机械臂上。

机械臂，定制化功能配件以及一个绕中轴线旋转的支架三者组成了一个具有七个灵活度（六轴机器人+一轴旋转支架）的建造系统，完成了最终的1:1建造。最后我们在NYC构想出了城市尺度的应用——联通垂直摩天楼的水平天桥。在未来的设计中，随着尺度的增大，我们将升级建造系统，引入无人机作为辅助工具，并搭建一个建造平台促进不同工具之间的协同合作。建造平台与算法模拟平台最终将实现对接，使研究、模拟、设计、建造等不同过程能够同步更新。

Jenny Sabin和Leo Jingyang Liu对作品的评语：

作品在自下而上的生成与自上而下的设计中把握了平衡。在原型研究，生成模拟，机器人建造以及最后的设计上都体现出了很强的控制力。作品连贯性强，逻辑清晰， 成熟而富有新意。作者以一种非常巧妙和轻松的方法完成了设计。作品整体上复杂性来源于局部因子之间的清晰的相互关系，看似错综的结构却有着非常简洁的建造逻辑，最后作品以一种合适的尺度与姿态扭转了复杂的环境，每一步都体现着作者的深思熟虑。Shining和Yue的配合和作品的质量超出了这个我们对这个只有3个多月studio的期待，完全符合最终A+的studio成绩。如果有下一步的思考，尺度增大以后带来的材料与建造方式的改变可能是一个需要考虑的问题。

设计视频见文末，点击阅读全文

责任编辑 | 马宁

版权声明

版权归作者所有，如需转载请联系ArchiDogs或作者获取授权。

-THE END-

---