袁烽 朱蔚然

同济大学建筑与城市规划学院

如果说电子与信息工业的应用是一种属于20世纪后期的工业化模式，那么新型工业化应当是以信息工业为基础的智能工业化，是一种集成了人的智慧、机器的计算以及新型工具能动性的新模式，并体现为新的经济结构与社会形态。工业化极大地改变了建筑行业，迫使建筑师以非传统的方式进行思考，且重新定义了设计方法、设计过程与建造流程。

互联网之光博览中心是一次对当下新型建筑工业化实践方式的思考。如何将乌镇的文化背景、当地的水乡环境、公共建筑的形式以及互联网之光的主题融合创新，从设计到建造全过程地实践建筑的智能工业化，是对人机合作从思维逻辑到落地实现的一次挑战。

1 新型一体化过程

互联网之光博览中心位于乌镇核心景区西北角，紧邻西栅古建筑群，坐落于一片千年水乡之间。及至2018年，已有五届世界互联网大会在乌镇成功举办，在开展大型会展活动的同时也带动了互联网等相关产业的集聚，促使区域经济从传统旅游业转向科技产业。博览中心周边被农宅、旅游项目及一期展馆包围，新旧区域交织。作为2019年互联网大会的新场馆，不仅需要考虑与一期建筑在形式与功能上的协调，还需考虑整体片区作为互联网峰会核心片区的可能，并在建筑设计上体现先进理念与技术。面对多维的设计要求与仅仅六个月的时间，我们选择以设计建造一体化的模式对全过程进行管控。

一体化的首要特征是打通人的思维与机器的运算思维，其次是打通设计与建造。这一切建立在建筑设计方法从几何参数化、性能参数化到建造参数化的一体化联动基础之上[1]。如此，建造便在人机合作中被重新纳入建筑师的职责与掌控范围，这也是对建筑师与包工头分置的职业特征的挑战。将该思维应用在博览中心项目中，则体现为从设计生成、模拟、优化，再到建造的新型一体化过程，而这种以“过程”为核心的模式带来了高度统一的数字化操作流程，避免了人力、物力与时间的浪费，实现了博览中心用钢量的最小化、跨度的最大化、工期的最短化。

在博览中心的设计前期，为达到山水连绵的形态效果，展厅屋顶选用张弦梁结构形式起拱，以达到中间高、两边低的坡屋顶效果，同时在每一根脊梁处打开以引进自然天光。对初期模型进行推敲时，建筑师在Grasshopper节点式编程平台中，以全参数化建模的方式对屋顶的图解静力学悬垂结构系统进行模拟。全参数化建模可以极其方便地调整所有构件的几何类型、尺寸规格和位置关系，以达到调整屋顶整体形态的目的，且避免了手工建模等费时费力的操作。如此，在生成与模拟的环节，建筑师对几何的操作就转变为了对数据的操作，且越接近底层数据，操作就越高效，这是一种典型的机器思维融入建筑师思维的体现。

1 鸟瞰

2 平面图

3 屋顶系统拆分

4 建筑结构拆分

5 引入天光的张弦梁下部空间

在对大跨度建筑模型进行优化的过程中，首先需要优化其结构形式，以达到重量轻、材料少、施工能耗低、开放且轻盈的目的。博览中心在结构体系选型时，考虑到在半年的项目周期内悬索或钢板带等柔性体系较难处理，对建造的控制也较为复杂，因此选用了半刚性的张弦梁体系。主张弦梁间采用“悬链梁”对常规悬索结构中的钢索进行优化，该结构形式可以通过材料受拉让钢材的性能最大化，又不需要花费大量时间进行索形调整。悬链梁结构体系中，我们用工字钢替换钢索实现材料的预找形，在参数化模型中将230根悬链梁统一优化为半径一致的圆弧段，极大地降低了加工和施工的难度。

2 预制装配式建造

装配与建造在词源上有诸多共通之处，在讨论“装配”（Fabrication）或“建造”（Fabrication）时，可解释为对材料进行构造的动作，同时二者也是生产大型或具有一定技术难度作品的过程。“数字化装配”借用机械和计算机技术，根据作品结构材料和运输安装限制，将虚拟转化为现实，将复杂模型整体转化为易于安装和运输的简单零件[2]。在博览中心的装配式建造阶段，由于从设计到建造的全流程均在同一套信息模型内完成，设计与建造之间的鸿沟被消解，设计信息不再需要复杂繁琐的转化工作，甚至可以直接被建造流程所接受并识别，减少了中间提资、绘图和交底的事项，大幅提高了建筑、结构和其他专业以及工厂三方之间的数据传输效率和优化调整效率。

装配式建筑将传统施工现场中大量的工作转移到工厂进行，批量生产、加工构件和配件后再运输到现场就能直接装配。装配式建筑具有显著的系统性特征，须采用一体化的建造方式，即在工程建设全过程中，主体结构系统、外围护系统、机电设备系统、装饰装修系统通过总体技术优化、多专业协同，按照一定的技术接口和协同原则组装成装配式建筑[3]。

以悬链梁为例，博览中心项目做到了从优化异形结构为标准模块化构件，到进入工厂预制，最后到现场按建造过程进行吊装。这种上下游打通的流程并非完全是线性的，而是相互关联且方便返回任意环节。预制装配式建造模式可以缩减时间，但其更重要的意义在于流程的畅通和劳动力的合理分配。

9 室内空间

全预制装配式建筑主结构运用了性能优化设计方法与工具，被优化和标准化为8个A字柱、4根张弦梁与2段边缘弧梁以及230根悬链梁，充分发挥了材料潜力，从源头上减少了生产量。此外，该项目还将动态模数系统和全预制装配逻辑运用到整个展馆的表皮构建中，将聚碳酸酯板材料的立面“鳞片”在现场安装。2万m2屋顶、70万块瓦片的安装创造性地采用了半预制化的方式，将湿作业的传统瓦优化为预制化的安装单元进行现场装配，使瓦片单元的装配与结构部分的施工同步。每个瓦片单元包含18块瓦片，可在地面上直接组合，且每个单元只需5min便能在屋顶对应位置安装完毕。

现场机器人系统是预制装配式建造中的新型工具，能够完美地补充传统加工数控机器无法实现的工艺，减少劳动力的浪费和工人现场施工的风险。博览中心非常规屋顶上钢梁之间的连接，异形张弦梁和半刚性悬垂系统也意味着大量的圆弧形构件和高空焊接作业，工人在高空中焊接曲线形构件会带来作业风险和安装误差。为避免该情况并进行精准建造，项目使用了柔性轨道焊接机器人进行现场焊接，将柔性轨道附着于曲面构件上，经过简单的现场工作起始点示教后自动完成焊缝跟踪。现场机器人系统不仅可以更快地执行任务，而且精度极高，人机协作势必会为新型建筑工业化带来更广阔的前景。

3 系统化设计理念

预制装配式建造要求整体性设计的方法，并采用系统集成的设计理念与工作模式对建筑中的四大系统进行集成。博览中心综合考虑多方面不同环节的相互交叉和施工的便利性，实现了各专业系统之间在不同阶段的协同、融合和集成，最终完成了建筑、结构、外围护、设备与管线系统以及内装系统的一体化集成设计。

结构系统上，间距2m的H型钢悬链梁与屋面直立锁边板的经济跨度相吻合，兼顾“檩条”的作用，檩条层的合并也使屋面的结构构造得以优化。结构体系的计算、模拟和优化，使得长达48m跨度的悬链梁能以200mm的高度实现。最终，屋脊张弦梁结合跨间悬链梁的结构系统形成了90m×200m的无柱空间。外围护系统中，东西外墙使用了聚碳酸酯板加丝网印刷，且每一片板的角度严格受到信息模型的参数控制，拥有良好的透光效果和美学体验。

10 外墙实景

项目的室内设计忠于建筑结构设计原则，将光源定位与悬链梁结合，隐藏于建筑结构中，通过光的漫反射均匀照亮室内空间。如此便免去了二次天花吊装的工作，避免了直射光源产生的眩光问题。此外，展馆装饰墙体选用了铝蜂窝板和铝方管格栅，并在参数化软件中通过数字算法计算出不同角度的铝蜂窝板和铝方管格栅的加工数量。信息模型的使用提高了加工精度，并在工厂预制后现场拼装，压缩了施工时间，提高了施工效率。

4 数字化建造未来

在如此紧张的时间内完成一处满足复杂展览功能的大型展馆，每一个环节都离不开数字化的设计与建造。数字化不仅对建筑深层次的创作思维有着深刻的影响，也几乎更新了传统的建筑设计方法。其对建造技术的影响和探索，随着从几何性能到建造参数化的设计方法与设计流程的打通，让一种全新的设计建造生产系统得以建立。

数字设计与建造在新型建筑工业化中，在继承传统工业化的大规模批量生产能力的基础上，还能实现大规模的差异性定制。这不仅为建筑的形式美学提供了强有力的技术支撑，更是一种可持续发展的新工业化道路。而随着前沿数字设计工具以及建筑机器人技术的加入，工业标准化的差异性、可变性和独特性重新回归到建筑批量生产的视野中，也让建筑师与建造的关系再一次紧密地联系起来。

在建筑一体化过程中集成数字技术，能够促进持续性和提高生产力，实现全新的建筑表现形式。同时，数字化一体化过程强调多学科交叉，如建筑、结构、计算机科学、材料科学、控制系统工程和机器人技术等，这是建立数字建筑文化与新型建筑工业化的关键挑战，需要形成一种牢固的研究联系，并将其应用于建筑行业的发展。

思考建筑业的未来，传统的设计建造模式有诸多弊病，整个行业迫切需要加快数字化转型，让产业范式向创新发展转变，打造新的平台经济，并以绿色发展为己任。互联网之光博览中心是一次新型建筑工业化的大尺度建筑实践，其过程中有诸多技术难题需要一步步攻克，其结果也为新型建筑工业化道路铺上了一块砾石。

图片来源

图1，5，9，10 由是然建筑拍摄；其余图片均由作者自绘或自摄。