2017年，同濟大學協同“創盟國際&一造科技”，首次運用MP（Modified Plastic，改性塑料）材料，在中國上海臨港新城實現了整體3D打印的結構性能化展亭——“云亭”，并順利落成。“云亭”采用大尺度空間打印的方式進行建造，將形體抽象為空間網格，再進行網格打印建造，其在大尺度打印效率和結構性能集成方面具有獨特的優勢，是非常具有潛力的建筑三維打印技術方案。

“云亭”項目旨在將建筑結構性能化設計技術與機器人建造結合，并用高度集成的方式完成并展示出來。“云亭”的設計，運用基于結構性能分析的拓撲優化算法，通過結構性能化技術生成建筑形式，然后將應力分布轉變為網格系統，從而得到變密度的網格形式。同時，在設計的過程中充分考慮了如何實現網絡單元的機器人空間打印。

整個網絡原型單元系統包含疏密不同的五種單元路徑，密集的單元主要用以承受自重荷載，稀疏的單元主要起到覆蓋作用，使得看似復雜的網絡系統在機器人空間打印技術的支持下擁有足夠的可行性。基于數字設計與機器人建造技術的支持，“云亭”展現了結構性能化分析技術與建筑形式美學的充分融合。

由機器人空間打印工藝制作成的大型展品的建造重點主要在對抽象建筑造型實現結構合理的“物質化”建造，即通過特定的編程語言生成最有效的空間網格來實現連續建造，力求做到整體結構最輕、用材最省，大幅度提升了建造效率且節省了可觀的材料開支。2017年7月，同濟大學完成14米跨度MP三維打印步行橋，使用層積式三維打印的技術方案。層積式三維打印方案在整體強度上有優勢，但材料消耗量相對較大，自重較大的劣勢也同時存在。因而此次同濟大學對“云亭”的打印，是在進一步研究中實現了更加結構高效合節材的目標。

亭子的幾何原型選定為長度11米、寬度11米、高度約6.0米的復雜曲面，由于該曲面部分區域的曲率過大且前端懸挑過長，傳統的均質化空間打印法難以打印出這一形態，另外，如此大尺度的構件在設計階段還會面臨許多結構問題。設計團隊不滿足于空間打印的這個現狀，希望尋找一種新的機器人空間打印工藝，以實現建筑形態與結構性能完美融合的一體化設計。設計對亭子的三維曲面進行結構拓撲優化，從而在設計初期使建筑結構性能得到了充分的考量。

綜合考慮機器人作業空間尺寸及適宜的手工操作范圍，亭子被劃分為35塊，每塊的長度范圍在5-7m，高度范圍在1.5-2.5m，并由KUKA機器人進行空間打印加工而成。當遇到個別曲面曲率過大時，該塊還會被細分為更小的尺寸以滿足機器人空間打印的作業要求。

來源：同濟大學建筑與城市規劃學院

本文轉載自公眾號：同濟大學