Skip to main content

Создание сложных бетонных конструкций с использованием дополненной реальности и труб из ПВХ, предложение / каркас дома из плит. Изображение Cortesía de reBENT

Проект reBENT, разработанный исследовательской группой 9 мартовской программы 2019-20 Школы архитектуры Бартлетта (UCL), исследует интерактивную взаимосвязь между дополненной реальностью (AR) и процессами ручного строительства с использованием труб из ПВХ — высокопрочных и дешевых — в качестве базового исследовательского материала. В дополнение к преимуществам своих активных свойств изгиба для взаимодействия с AR, этот материал обеспечивает быструю и доступную систему для создания сложных бетонных конструкций, изготовленных путем сплетения вместе ряда изогнутых труб из ПВХ и арматурных стержней, которые затем используются в качестве опалубки. для бетона, армированного стекловолокном (GFRC).

Пока что исследование этого гибридного подхода — ни чисто аналогового, ни полностью автоматизированного — привело к проектированию прототипов, архитектурных элементов и жилых структур. Кроме того, команда разработала платформу дополненной реальности для Microsoft Hololens, чтобы управлять процессом создания и настройки с помощью голограмм.

Системный дизайн. Изображение Cortesía de reBENTСистема арматуры ПВХ одинарная. Изображение Cortesía de reBENT

Компания reBENT стремится разрабатывать самонесущие конструкции и исследовать сложные формы бетона, избегая использования автономных систем, таких как роботы для 3D-печати. По словам членов команды, «наша цель состоит в том, чтобы использовать трубчатую геометрию, используя дешевые и универсальные материалы в качестве опалубки, такие как трубы из ПВХ и арматурные стержни, в рамках компьютерных исследований, управляя активными свойствами изгиба материала с помощью генерируемых контролируемых кривых через многоугольники. «.

Как проводились эти исследования? Команда объясняет это нам. «Чтобы расширить геометрическую композицию, мы генерируем сложные формы изгиба в контролируемой расчетной собранной форме. Мы используем структурные ограничения 20-миллиметровых труб из ПВХ для анализа различных форм изгиба с помощью тестирования кривых. Мы создаем простой пример активного изгиба для тестирования труб и их сборки. Результаты были многообещающими, поскольку мы смогли воспроизвести цифровую модель. В этом первом подходе мы реализовали дополненную реальность, подключив разработанные компоненты к «Фолограмме» через Rhino-Grasshopper. Реализация на наших мобильных устройствах позволила использовать голографические дисплеи для направления изгиба трубок ».

Cortesía de ReBENT

«Затем мы каталогизировали языки дизайна и повторно протестировали различные типы активных примеров складывания. Мы искали руководство, которое могло бы быть связано с предыдущими исследованиями, используя примитивные геометрии. Мы реализовали исследования многоугольников, чтобы найти геометрические формы, которые будут функционировать как вычислительная структура изгиба. Кроме того, мы используем Karamba, Kiwi и Kangaroo (плагины Grasshopper) для структурного тестирования сгенерированной геометрии с конкретными материальными ограничениями, оценивая поведение труб в определенных условиях проектирования ».

Руководство по вычислениям полигонов. Изображение Cortesía de reBENT

Хотя эти результаты были весьма положительными, исследователи обнаружили некоторые структурные проблемы, такие как хрупкость и отсутствие прочности. «По этой причине мы использовали стержни диаметром 4 мм, чтобы предложить конструктивную систему, которая обеспечивает дополнительную прочность. Чтобы соединить арматурные стержни с трубами из ПВХ, мы разработали серию гибких соединений TPU, напечатанных на 3D-принтере. Их форма зависит от количества арматуры. быть присоединенным «.

3D-печать суставов. Изображение Cortesía de reBENT

Система упаковки состояла из трех типов:

1 труба ПВХ 20 мм — 4 стержня арматуры (для небольших вмешательств) 4 трубы ПВХ 20 мм — 8 стержней арматуры (для средних вмешательств) 10+ трубок ПВХ 20 мм — 12 стержней арматуры (для масштабных вмешательств)

Команда продолжила свои исследования с помощью генеративных алгоритмов для создания сложных кривых, включая их структурный анализ для создания производимой геометрии, а также представила систему упаковки. «Мы разработали компьютерное моделирование и физические исследования распыления бетона, чтобы понять, как предложенная геометрия может выглядеть после заливки. Чтобы эффективно отлить трубы, мы использовали распылительный пистолет, чтобы закрыть их сетки. Чтобы минимизировать процесс заливки, мы распыляли клей на трубы, а затем бетон GFRC, который держался должным образом. Была проведена серия испытаний, чтобы определить количество бетона, до 3 слоев для небольших бетонных конструкций и до 10-12 слоев для конструкций жилого типа, которые являются структурно самими -поддержка. Мы протестировали это на небольших структурных объектах, таких как колонны и архитектурные компоненты, добившись множества возможных форм. В качестве примера генеративных последствий этого метода мы основали следующие примеры на сложных формах, которые трудно подобрать. достичь без помощи голографических дисплеев », — добавляют они.

Колонка Этюд. Изображение Cortesía de reBENT

Реализация системы

Команда использовала более раннюю серию изогнутых конструкций для реализации системы, увеличивая возможность создания жилой конструкции. Система была адаптирована к предложенной геометрии и функционировала как самонесущая конструкция. Для того, чтобы обернуть эти жилые помещения, «мы разработали метод для создания поверхностей по всем несущей конструкции, с использованием многоугольных ориентаций для генерации кривых в пределах основной структуры. Кроме того, подструктура функционирует в качестве поддержки, которая соединяет различные капсулы к одному элементу, достигая обитаемое пространство в человеческом масштабе «.

Предложение плитного дома / Конструкция арматурной системы из ПВХ. Изображение Cortesía de reBENTПредложение плитного дома / каркас. Изображение Cortesía de reBENT

Платформа AR: приложение Hololens

Приложение Microsoft Hololens собирает все представленные данные, чтобы помочь пользователю легко и эффективно создавать сложные формы. Платформа reBENT AR использует следующую схему:

Простота использования: начиная с домашнего экрана для выбора между новым или сохраненным проектом, все функции приложения сжимаются в одном меню, где пользователь находит:
Превью строящегося проекта.
Количество и спецификация необходимых элементов. Отдельный строительный участок с этапами изготовления и сборочными деталями.
Переключаемое меню производства, в котором пользователь может просмотреть подробную информацию о модели и этапах строительства.
Обзор встроенных процессов на случай пропуска какого-либо шага.
Учебное пособие как платформа: различные шаги состоят из голографического дисплея и интерактивного меню для определения материалов, компонентов, типа сборки и расположения соединения.
Использование машинного обучения для сканирования и адаптации голограмм к реальной модели: процесс ручного производства может привести к неточным соединениям или созданию компонентов. Эта характеристика позволяет программе анализировать и обнаруживать эти дефекты и при необходимости предлагать структурное решение.
РЕБЕНТ / Концепция платформы. Изображение Cortesía de reBENTРЕБЕНТ / Использование платформы. Изображение Cortesía de reBENT

Затем была реализована многоугольная направляющая для изготовления на заказ, где пользователь имеет возможность строить фундаменты, опоры и пространства. «Руководства показаны пользователю в виде сеток, где они могут продолжать создавать различные композиции. Кроме того, мы реализуем генеративные решения для различных композиций, позволяя пользователю взаимодействовать с различными возможностями одной модели, улучшая системы, которые генерируют другие системы, избегая архитектурных особенностей, чтобы демократизировать предлагаемые проекты », — добавляют они.

Архитектурные предложения

Команда предложила три разных композиции. «Во-первых, павильон, в котором используются различные компоненты нашего языка дизайна. Поскольку большие конструкции не могут быть залиты сразу, компоненты также используются в виде бетонных блоков. Процесс строительства этих пространств больше не является традиционным, поскольку большинству из них требуется структура. должны быть построены и отформованы в соответствии с составом. А с помощью AR соединители и вторичная структура также могут быть завершены быстро. Первоначальная архитектура разделена на несколько больших частей, и она собирается и формируется отдельно для быстрого и легкого строительства . По такому же принципу детали будут изготовлены на земле. Затем AR будет направлять сборку в порядке, направлении и угле, а также повторно формовать их для повышения устойчивости конструкции.

Архитектурные компоненты. Изображение Cortesía de reBENT

Конструкция павильона состоит из устойчивой центральной конструкции с крыльями, простирающимися с обеих сторон, которая затем усилена структурой «Ферма», чтобы сформировать полный каркас, поддерживающий крышу с иерархией из пяти слоев и двух основных соединений, используемых в цифровая модель. «Наконец, мы спроектировали жилую структуру жилого дома с той же системой, продвигая стабильную структуру, которую можно построить с ограниченными экономическими ресурсами. Дизайн основан на плитах, которые соединяют структурную систему друг с другом, создавая жилые и пригодные для использования пространства, которые адаптируются к любой дизайн в вашу композицию ».

Дизайн павильона. Изображение Cortesía de reBENTПредложение павильона. Изображение Cortesía de reBENTПредложение дома. Изображение Cortesía de reBENTПредложение дома. Изображение Cortesía de reBENTПредложение дома. Изображение Cortesía de reBENT

Полученные результаты

Павильон и компонент были протестированы в реальных условиях с людьми из Эквадора, которые никогда не использовали AR или другие устройства смешанной реальности. Голографическое изготовление обоих элементов было успешным, и они были построены всего за 2 дня, работая по 5 часов над каждым. «Система трубка-стержень из ПВХ сначала требует создания направляющей из одного набора труб, а затем« повторения формы »с остальными элементами. Наконец, напыление бетона — более сложный процесс; после второго слоя бетон полностью прилегает к структуре, позволяя остальным слоям прилипать более эффективно ».

Студенческая команда: Пабло Исаак Харамилло Пазмино (Эквадор), Си Хэ (Китай), Цзыци Сун (Китай)
Репетиторы: Игорь Пантик, Альваро Лопес

Оставить комментарий