如果说外皮3D模型是建筑的肉体和根本,那么数字化技术则是为这个肉体注入了灵魂,为后续的设计、修改、加工、维护等工作提供了技术支持。当需要修改某部位模型,便可以方便修改相应的参数而不必担心因造型复杂导致修改内容不可控的风险,同时还能大大地缩减修改时间。从实际工程经验来看,拥有数字化可快速修改属性为非线性曲面建筑实施提供了至关重要的条件,此类建筑因造型原因本身隐藏了无数未知的技术风险,需要在深化设计的过程中持续修改调整,而如杲缺乏这一数字化技术,复杂外皮建筑的实施将缺乏实际可操作性。举个实例,在本工程深化设计工程中,发现某檐口玻璃部位因构造空间不足需修改此部位的外皮迨型来增加构造空间,因檐口部位的“非线性曲面”,若采用传统的AUTO CAD软件来修改基本无法实现,若采用CAT A、DP等数字化3D软件,只需确定好修改范围,设置好修改参数,可以很快地在短时间内将模型修改到位。
复杂外皮建筑模型的建立仅仅工程建设万里长征的第一步,接下来便是对表皮进行分格线划分,由于这类建筑本身由非线性曲面组成,分格线的划分也必须与建筑的总体轮廓及材料特性相适应,其分格线亦为非线性曲线,必须借助数字化设计软件(Rhino中grasshopper程序、CATIA、DP等)参数化编程设计才能实现。以本工程艺术馆为例,在制定分格线时,将素线提取出来,将两条素线之间的曲面通过定数等分的原则,参数化编辑,可以自动生产精准圆滑的非线性分格线。然后利用分格线切取分格缝,这样外皮模型就转化为一块块可以生产的建筑面板模型。
如何将一块块复杂的面板模型精确、快速、廉价地变成一块块造型复杂而尺寸精准的建筑材料,是实现宏伟蓝图变成梦幻建筑的关键环节,也一直是困扰建筑行业特别是束缚文化建筑发展的重要瓶颈。不同于传统建筑采用的平面板建筑面材,非线性曲面造型面板的加工精度必须借助模具生产才能符合要求。而建筑行业的面板尺寸因极端多样化特性使模具生产不具备批量性,无法像汽车工业一样通过大批量成品生产使模具经济成本及时间成本降低到忽略不计的地步。建筑行业的模具生产基本处于单件手工作坊的阶段,不仅费时费力费钱,其生产的精度基本无法控制,极大地限制了非线性曲面建筑的发展。国内、外前几年建造的异形建筑因加工技术的限制而大多采用了尺寸精度近似化替代的加工工艺,通过降低技术难度而得以成功生产。使得建成后的建筑效果大打折扣,不如人意。
随着数字化设计、制造(CAD/CAM)一体化技术的成熟,数字化制造设备也进入了生产一线。规格多样化的复杂模具及面板材料的生产已克服了工艺、成本、精度上的种种障碍,非线性曲面板材的生产迎来了爆发性的发展局面,尤以金属材料蒙皮直接成型技术、非金属材料模具“CNC” 技术得到了广泛的应用。以本工程为例,本工程的面板主要为两种材料,“蜂窝铝板”金属面板与“GRC” 非金属面板。“蜂窝铝板（词条“铝板”由行业大百科提供）”金属面板的生产流程如下:待分格模型转化为建筑面板模型以后,通过数字化BIM模型直接提取面板的几何数据,再将几何数据传给数字化成型设备的软件,设备自动根据软件参数调整连续柱形的机床基点,从而可以生成满足生产非线性曲面要求的即时模床,通过模床可以生产满足设计要求的金属面板材料;
GRC面板及构造体系设讳GRC面板的主要成份为水泥砂浆及玻璃纤维,内设骨架钢筋,利用异形模具“成型”,生产出异形面板。其中,原材料品质、低成本制造异型模具、高精度喷造和表面处理（词条“表面处理”由行业大百科提供）为重点。目前,被视为最完美的模具生产技术一“3D打印（词条“3D打印”由行业大百科提供）”技术尚未完全成熟,无法在此行业中普遍应用。“GRC” 面板的模具成型还是采用半手工半机械化的作业方式。首先将异形面板按照一定的间距纵横交错地截取大量的剖面,利用数字化软件直接提取剖面的曲线数据,将数据导入“CNC” 数控机床用以生产这些对应剖面,最后将生产好的剖面根据面板的成型尺寸拼接在一起可得到较为准确的成型模具。为了减少单块面板的精度误差,一般需将多块面材模具根据异形曲面的造型进行连片整体排布,然后再通过网格化局部单块生产,这样既保证了单块面材的尺寸精度还能使整体曲面的过渡更为平缓、圆滑。当然假以时日,3D打印技术的真正成熟,异形金属面材的生产将彻底进入数字化时代,将会极大地促进建筑材料工业的发展。
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