深圳宝安3d打印公园全景
为呼应国家呼唤，活泼回答数字年代国家城市建筑与环境缔造的新需要，清华大学深圳世界研讨生院将来人居研讨院徐卫国教授联合清华大学建筑学院进行了跨学科团队的自立研发和立异，将3d打印混凝土技能变为一项跨学科的集成性智能缔造工业技能，位于宝安会议中心17号馆前的深圳宝安3d打印公园就是其进行工业化使用的生动实习。据悉，“打印”一座城市广场，是3d打印混凝土新技能初度在全球的市政工程缔造的实践使用。
溪谷清流：用3d技能打造安适灵动的城市绿意空间
深圳宝安3d打

印公园位于宝安会议中心17号馆前，用地上积5523.3平方米，缔造进程中运用了四套机器人打印设备，从方案到建成用了近三个月的时刻。作为全国第一个使用3d打印技能的城市绿地花园，深圳宝安3d打印公园在2021年9月就初度完成了世界最大规划的3d打印城市公园缔造测验。
公园的方案概念为“溪谷清流”，弯曲的路途曲线和天然高低的地势交融在一同，仿照清泉活动于溪谷间的形状，外型生动活络的园林小品与水平延展的地势完满联系，创造出一起的天然空间。


河流型路途
园区内一切3d打印景象小品以?钡牧槎魑醴桨杆嘉艹龌魅?d打印混凝土技能在缔造特别曲面外型时的优势；在绿意盎然的草地上，经过算法生成的3d打印路途如同水流生动奔涌，天然地将游人引向各个景象念；在凹凸高低的路途之间，有机地势成大巨细小的“岛屿”，有些是3d打印的雕塑景象平台，有些是3d打印的花坛与座椅联系的休闲空间，有些安设了3d打印的环境饰品。


簕杜鹃雕塑


三叶草雕塑
?钡母拍钜黄鸸岽┏∷细髦衷傲中∑返姆桨福∷谋辈嗫鲆欢浔曛净盍τ胱咴说娜恫荩挠枳抛虐部怠⒄姘朊钠碓福怀∷哪隙耍钩梢坏阑匦行目霰曛旧钲谑械暮{杜鹃，等待着四面8方的来客。花坛座椅、挡土墙的外型都融入了水流灵动的曲线之中，照顾深圳缔造全球海洋中心城市的将来期望。
科学分析：用人流热度仿照方案公园方案
在公园的全体方案方案上，徐卫国教授团队首要凭仗gh的插件quelea的粒子群优化算法，经过人流仿照对场所日后的人群活动状况进行猜测；在仿照核算时，把场所中的三个出进口以及场所南北各一个景象赏识点作为影响人流运动的要素，然后得参加所上弯曲凌乱的人群运转轨迹。在此基础上，经过人流热度分析的办法，得到其他潜在的人群集合区域及人群活动的途径。


根据人流仿照生成的人流途径图


公园三维全体模型
其次，在人流热度分析之后引入独特招引子算法，将人流热度图变换为独特招引子运动图形；在变换核算进程中，将人流热度图中每个招引点的辐射半径和密度进行量化，使得招引点周边的点不断向招引点的辐射规模内偏移，然后得到兼具混沌感与规则性的流线性外型，并把这一经过核算得到的形状作为公园全体方案雏形，打开这一形状便获得公园方案方案。
以上述公园方案方案平面为基础，树立公园的虚拟三维模型；在建模时，根据公园景象及赏识需求，别离设置了主题雕塑、花坛坐椅、曲面挡土墙、花箱树池、曲线型护坡、曲面绿植花墙、主题构筑物等物件。这些环境饰品及园林小品的方案均采纳了算法生成的办法，使得外型既满足赏识者运用和赏识的需求，又具有美丽的有机形状。
创渎探究：3d打印途径方案的技能改造
在徐卫国教授团队所方案的深圳宝安3d打印公园中，研讨团队对许多景象小品的打印途径方案方法进行了创渎探究，如变曲面打印和间层打印技能。经过技能立异，研讨团队使机械臂3d打印混凝土缔造在打印途径方案上完成新的可以，公园中的“鹏城花开”雕塑和“宝安”雕塑就是具有代表性的立异作品。


“鹏城花开”雕塑的分块暗示
“鹏城花开”雕塑是变曲面打印技能的代表。该雕塑的体量约为2600mm*2700mm*1800mm，方案原型为簕杜鹃，为仿照其花瓣有机、无序的形状，雕塑主体方案为数组高低的曲面。对这个雕塑进行打印途径方案的难点在于，即便将雕塑拆分为五个独立的分块，每个分块仍无法简略用接连改变的平面或许曲面进行切分。因而，徐卫国教授研讨团队运用一组骤变的不规则曲面来切开每个分块，使得最顶部的曲面能贴合于花瓣的上边缘曲线，而底部则根据方案需要分为了几组不平行的平面。


“鹏城花开”雕塑的打印途径方案办法
雕塑的每个分块也继而被切分出了四有些首要的规划：第一有些为雕塑的基础，第二有些为变平面打印的花瓣，第三有些则为双层变曲面打印的花瓣，第四有些则为单层变曲面打印的花瓣，用以收住整个不规则顶面。


“宝安”雕塑模型
“宝安”雕塑则是间层打印技能的代表。该雕塑的体量约为4900mm*3400mm*650mm，是以深圳市宝安区的logo作为展示目标，联系“fuzzy-cradle”分形曲线算法生成的祥云图像所构成的雕塑。


“宝安”雕塑打印途径方案剖面暗示
究竟，研讨团队测验先将雕塑细分为19组骤变平面，然后在每个平面内选用间层打印的办法，首层先打印雕塑平面的1/3（a区域），然后打印2/3（b区域），到第三层才无缺地打印整个平面（c区域）。根据这样的逻辑，整个雕塑的打印途径可分为两有些，一有些是无缺切分雕塑主体的一系列变平面，另一有些是每两个变平面之间用以“找平”的间层。雕塑的变平面在抵达方案所需斜度后，于顶部选用水平逐层打印方法结束最终5层打印途径（d区域），以杰出展示目标。




“宝安”雕塑的细部与结束作用
间层打印的办法究竟也使得“宝安”雕塑旁边面呈现出疏密有致的纹路，高质量地完成了平坦、精确的顶面作用。
智能协同：公园原位打印及预制打印吊装


公园原位打印现场
在预备好3d打印软件之后，机器人打印设备初步出场设备及调试。在现场原位打印时，有四组设备协同作业，它们需要对周边坐标和彼此之间的相对方位进行校准，以保证和环境现状的精确匹配。由技能流程串联的一整套打印体系均依照主动化和智能化需求方案和调试，最大程度削减了人力。


公园小品预制打印现场


公园雕塑花池座椅
在硬件及软件调试后，四组打印设备一起协同运转，一起结束了河流铺地广场区域的曲线分隔条打印。除现场原位打印外，大有些小品在场所周围的工棚内预制打印之后吊装就位。在工棚内，设备了三套固定的机器人3d打印设备及一套机器人3d打印移动平台，可满足大标准构件的打印需求，它们高质高效地结束了珊瑚铺地、雕塑、座椅、挡土墙等小品的悉数打印使命。
产品打印结束后，经过三天支配的天然维护即可进行设备。团队关于每种产品进行了必要的设备规划及吊装方案，并与现场施工团队协作，结束了打印产品的定位、吊装、规划联接、勾缝、表面处置等后续技能。因为3d打印产品的精度较高，设备缝隙较小，削减了现场湿作业的作业量。之后，联系整个场所的方案概念进行美化栽培，天然高低的地势表面掩盖柔软稠密的草坪，数棵巨大的乔木点缀其间，环境饰品及园林小品展示出天然有机的生态美感。
推翻传统：清华sigs团队为国家智能缔造奉献力气
跟着国家对3d打印建筑的体量与缔造需要的增大，多台机械臂的打印途径协同、实时速度控制、智能打印途径生成等领域都是3d打印混凝土作业内正在进行探究并不断打破的论题。


技能集成性智能缔造工业（徐卫国教授团队）


公园运用场景
相较于传统的施工方法，这些联系了数字化方案与机器人辅佐缔造的新办法可以有用地削减缔造进程中材料、时刻与人力的耗费，是建筑业真实走向智能缔造的必经之路。清华大学深圳世界研讨生院徐卫国教授团队自立研发的机器人3d打印缔造技能，就是一种根据主动控制技能的智能缔造方法，具有节约人力、前进功率、降低造价、环保生态、保证质量等利益。它不只可以缔造传统的建筑形体，而且可以缔造各种丰厚的有机建筑形状，契合了当今世界绿色环保的生态主题，将为咱们的日子环境和智能缔造作业带来簇新的容颜。
（供稿：清华大学）