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让建筑像植物一样思考
发表时间:2018-04-16 阅读次数:573次

      设想一下,当你经过拥有莲花外衣的建筑外立面时,会不会停下来,欣赏一下它的柔美风姿?而且,她不仅拥有莲花风姿,她是会动的!近日,同济大学三位青年学子把他们的“莲花外衣”带到了德国菲尼克斯电气集团总部,参加“2018 xplore全球电气自动化大奖赛”决赛,这幅创新作品让在场评委和参观人士眼前一亮,获得了“城市基础设施类”项目一等奖。
      这件名为“动态智能建筑表皮”(Automatic Intelligent Building Skin)的创意作品出自我校中德工程学院建筑电气与智能化专业大三同学之手,他们分别是彭子禹、周雨彤、张书良、冉博文。经过6分钟的演示与答辩,由菲尼克斯电气、德国电子工业协会、慕尼黑工大等机构组成的评委会7位评委全部给出了场内最高分。机械电子工程专业同学们的“小煤球”模块化运输机器人(“Little CoalballModulare Transport Robot”)项目亦得到评委会高度肯定,获得“智慧工厂类”项目三等奖。根据比赛规则,“动态智能建筑表皮”作品将受邀至汉诺威工业博览会上展示。
      如何萌生给建筑穿“莲花外衣”的创意?“这个创意还真离不开同济校园。”团队负责人彭子禹介绍说,每天经过的四平路校区入口,看到行政楼整个被绿色藤蔓植物包围,舒适宜人,刚好那时候我们正在学习《房屋建筑学》,于是萌发设想:既然植物自身可以在经过外界光照、湿度、温度的刺激后调节生长,这样的仿生理念完全可以用到建筑设计中来。
 

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行政楼的绿色植物外墙

      团队成员发现,建筑表皮概念的提出至今已有几十年,然而现有的建筑表皮,不是材料上的创新就是视觉上的冲击,但都是静态的,如果能把自动化技术融入建筑表皮,制作出绽放或收敛的动态建筑表皮,让建筑表皮主动去感知外部环境,并进行相应动作?
      绿色藤蔓是他们想到的第一个方案,然而藤蔓在实际模拟中不好操作。于是他们从百叶窗的设计中想到了花瓣。“芰荷迭映蔚,蒲稗相因依。”他们采用了中国古典园林中常见的荷花意象。无数次的讨论、建模,他们在花瓣的结构设计煞费苦心,既需要保持结构稳定,又要凸显中国元素。于是梁柱、榫卯结构被引入花瓣的骨骼,而花瓣的外表面贴上了电镀膜,内表面也贴上了能够阻隔红外线的膜材料。

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模型设计稿

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建筑效果图

      “电镀膜的特性是外层挡光,内层反光。利用这个特点,再加上几何光学上的计算,让外层花瓣根据太阳高度角的变化或者室内光照传感器与可编程逻辑控制器(PLC)之间形成的反馈来调节室内的光环境。”这样夏天,内层花瓣闭合,降低建筑的冷负荷,冬天内层花瓣也全部打开,降低建筑的热负荷。当墙体温度过高时,温度传感器会发信号给PLC,PLC控制水泵,使其将冷水流入墙体内的毛细管中,进一步降温。
      “这个作品最大亮点是同学们基于绿色健康理念,将先进智能化控制技术运用到建筑设计中,呈现了建筑表皮可应对外界环境变化的动态智能化的未来技术。”指导教师中德工程学院史洁老师介绍。
      “我们团队最棒的是没有懈怠过任何一件事。”团队组员冉博文自豪地表示。几个人从大二开始,自学电气控制、机械类书籍,不断地请教指导老师,对装置一遍遍完善、修复,每个人各司其职,分别负责创造传感器和PLC,机械结构和模型外观、建筑外观和功能示意以及准备视频与文本制作。团队成员都表示在这个实践过程中对所学所用有了更透彻的理解。“现在想来,顶着寒风从8号楼走到济事楼108实验室是这个冬天最动人的回忆。”彭子禹说。
      德国比赛还出现了令人心跳的小插曲——装置展示的那一天,拆开包装,模型里脆弱的零件碎了一地。飞机运输的颠簸让这些零件不堪重负。同行的3人在负责机械的冉博文缺席的情况下,临危不乱,紧急解决装置修复问题。他们互相鼓励,用了7个小时,努力把一片片碎片拼接起来,顺利完成了展示。

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展示中的模型实物

      “学院一直致力于利用优质师资和前沿工程实践环境培养卓越工程人才。”中德工程学院冯晓院长对两支团队的表现表示嘉许。据介绍,学院的本科教育借鉴德国教育经验,除了工程管理的专业基础知识之外,更注重模拟工程环境下学生能力的培养,富有企业工程管理经验的德籍教师及工程师随时耳提面命,学生从大二开始就接受以项目管理为核心的实践类课程,学院的工业4.0——智能工厂实验室,为学生提供一流的实验平台。“在这样的土壤中,学生要学会利用专业知识,解决现实中复杂的工程问题。”
      “xplore全球电气自动化大奖赛”由德国菲尼克斯电气集团于1998年创办,受德国联邦经济与能源部支持,邀请全球各国大学生参加,迄今已举办七届。大赛旨在激发大学生在自动化领域的应用创意,以其聪明才智开发出工业解决方案,展示世界的未来。大赛共设有城市基础设施、智慧工厂、环境保护等4个项目类别,每个类别的一等奖将受邀携其创新产品到汉诺威工业博览会上展示。汉诺威工业博览会(HANNOVER MESSE)是当今规模最大的国际工业盛会之一,被认为是联系全世界技术领域和商业领域的重要国际活动。
      彭子禹团队正计划着4月底的汉诺威之行。他们忙碌着重新组装一个全新模型,“这个模型将更容易拆卸组装,届时将有更绚酷的星空灯光效果。”

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从左到右依次为彭子禹,周雨彤,张书良
 
新闻来源:同济大学新闻网