Конструкция павильона BUGA Fiber (Германия) производится роботами только из современных композитных материалов. Это уникальная в мировом масштабе структура.
Павильон демонстрирует, как сочетание вычислительного проектирования с природными принципами строительства, позволяет разработать новую и действительно цифровую систему строительства зданий из волоконных композитов, которые полностью соответствуют строгим немецким строительным нормам. Конструкция не только очень эффективна и исключительно легка, но также обеспечивает самобытное аутентичное архитектурное выражение и необыкновенное ощущение пространства.
Новая система композитных зданий, вдохновлённая природой
В биологии большинство несущих конструкций представляют собой волокнистые композиты. Они состоят из волокон – например, целлюлозы, хитина или коллагена и матричного материала, который поддерживает и сохраняет их относительное положение.
Павильон BUGA Fiber стремится передать этот биологический принцип в архитектуре. Искусственные композиты, такие как пластмассы, армированные стекловолокном или углеродным волокном, идеально подходят для этого здания, поскольку они разделяют свои основные характеристики с природными композитами.
Проект основан на многолетних биомиметических исследованиях и показывает, как биологические принципы вместе с новейшими вычислительными технологиями могут привести к созданию поистине новой цифровой системы строительства из волоконного композитного материала. Всего несколько лет назад этот павильон было невозможно спроектировать или построить.
Интегративное вычислительное проектирование и изготовление роботов
Павильон состоит из, более чем, 150 000 метров пространственно расположенных стеклянных и углеродных волокон. Все они должны быть индивидуально спроектированы и размещены, чего очень трудно достичь с помощью типичного линейного рабочего процесса и установленных производственных технологий. Таким образом, требуется новый подход к совместному проектированию, при котором архитектурное проектирование, проектирование конструкций и изготовление роботов разрабатываются в непрерывной вычислительной обратной связи. Таким образом, расположение волокон, плотность и ориентация каждого компонента здания могут быть индивидуально откалиброваны, конструктивно настроены и архитектурно сочленены, оставаясь при этом непосредственно производимыми.
Компоненты здания производятся с помощью роботизированной намотки нити без сердечника – нового подхода к аддитивному производству, впервые разработанного в Штутгартском университете. Волокнистые нити свободно помещаются роботом между двумя вращающимися намотанными каркасами. Во время этого процесса заданная форма строительного компонента возникает только в результате взаимодействия волокон, что устраняет необходимость в какой-либо форме или стержне. Это позволяет создавать индивидуальную форму и укладку волокон для каждого компонента без каких-либо экономических недостатков. Кроме того, отсутствуют отходы производства или обрезки материалов. Во время производства образуется решётка из полупрозрачных стекловолокон, на которую чёрные углеродные волокна размещаются там, где они необходимы. Это приводит к созданию компонентов с высокой степенью адаптации к нагрузке с ярко выраженным архитектурным обликом.
Уникальная лёгкая конструкция и выразительное архитектурное пространство
Павильон занимает площадь около 400 квадратных метров, а свободный пролёт составляет более 23 метров. Он заключён в полностью прозрачную мембрану из ETFE. Основная несущая конструкция состоит только из 60 компонентов из волоконного композитного материала. При плотности 7,6 килограмма на квадратный метр он исключительно лёгкий, примерно в пять раз легче, чем обычная стальная конструкция. Тщательно проработанные процедуры испытаний показали, что один волокнистый компонент может выдерживать усилие сжатия до 25 тонн, или вес более 15 автомобилей.
Строение BUGA Fiber превращает инновации на техническом уровне в уникальный архитектурный опыт. Пучки углеродных волокон, обвивающие прозрачную решётку из стекловолокна создают резкий контраст текстуры, который подчеркивается полностью прозрачной «кожей» павильона. Эта отличительная архитектурная артикуляция ещё больше усиливается за счёт градиента от более редких углеродных нитей вверху к более плотному нанесению на самые тонкие компоненты внизу.
Хотя большинство посетителей, возможно, не видели ничего подобного раньше, павильон демонстрирует свои основные принципы дизайна в понятной, но выразительной форме. Его незнакомая, но аутентичная архитектурная форма показывает новые способы цифрового производства, которые больше не остаются футуристическим предложением, а уже стали осязаемой реальностью.