隨著科技演進,參數化設計結合數位製造為建築領域帶來更有機、更有效率、更不設限的形貌可能,如同 Zaha Hadid Architects 負責人 Patrik Schumacher 於 2017 年時受訪曾提及:「參數化設計和新式參數化主義其實也在宣揚新美學,藉由使用曲線,產生更多變並適應不同環境的形態,我們得認可這種新形貌的價值,⋯⋯我認為美學會隨著功能性走,我們會受這些新形態吸引,因為他們有更高性能,這些在 50 年前是辦不到的,當時的一切都是直線、嚴謹的現代主義,因為那是當時最棒的選擇,所以就成了當代的美學,而我們現在有能力做得更好,那就是現在或未來的美學。」
 
希冀透過數位技術改變建築領域的設計團隊 VUILD,參與由東京學藝大學與 Mistletoe 株式會社成立的「Explayground 推進事業」計畫,在校園內打造實驗性開放式教育場所「學習之屋(学ぶ、学び舎)」,屋頂彷彿一條白色毛巾慢慢飄落沙地般,呈現起伏不定的有機曲面型態,VUILD 參數設計團隊運用幾何演算生成 CAD 3D 模型並建立刀具路徑,運用五軸 CNC 加工機切削出近千個 CLT 木構模組元件,再於現場與鋼筋一起進行組裝加固、澆灌混凝土,創造大跨度開放空間。
 
此外,VUILD 團隊所使用的五軸 CNC 加工機也成為現場教學裝置之一,呼應 Explayground 實踐新創事物、重視沉浸式學習的精神。
(Photo Credit:Takumi Ota)

VUILD 團隊以創造一處「實驗性的存在」為目標,即可作為下一代新型公共教育場所,同時可持續拓展的教材式空間。作為本次建築製作環節,同時也是該場所學習用途項目之一的「五軸加工機」是什麼?一般三軸加工機由三個直線移動軸決定刀具位置,五軸則多了兩個旋轉移動軸決定刀具方向,能同時達到指定位置及方向,在 3D 空間任何一個位置的曲面或平面加工。

(Photo Credit:Takumi Ota)
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VUILD 以 CLT 木構模板結合鋼筋混凝土為主要結構,通過曲面幾何算法生成 CAD 模型,並以此作為輔助創建五軸 CNC(Computer Numerical Control)加工的 CAM 路徑,跳脫傳統設計和結構設計框架,並於自家工廠將厚度最大為 240 厘米的 CLT 直交集成板材進行切割,依據整體形狀和切割條件反覆模擬、試錯與優化。

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(Photo Credit:Takumi Ota)
 
為了創造穩固強大的外殼,設計團隊歷經多次研究,讓 CLT 樑形狀仿效自然界中的葉脈,在 S 曲線的主脈左右相連數條小脈,通過交替排列創造外殼深度,並透過相互偏移三層序列來增加強度。團隊透過參數化設計開發自由曲面的幾何算法,使其能夠自動轉換為 CAD 模型,此一生成流程也被設計為盡可能減少手工加工,令未來每一位學習者都能便利運用。

(Photo Credit:Takumi Ota)
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接著,在自家工廠進行 CLT 板材五軸切削製造出 963 個模板元件,並於基地現場與鋼筋一起進行組裝加固,並澆灌混凝土,逐步形成覆蓋 CLT 樑與面板之間的結構,實現了木樑跨度 25 米,混凝土板僅 8 厘米的薄型。這項創新工藝已經註冊專利,為一般殼體結構成本的 60%。其 3D 數據可與結構技師共享,用於結構分析、設計與元件製造等交叉進行檢查,建立一個結構上、施工上都能持續優化的系統和流程。

(Photo Credit:VUILD)
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編輯/沈佩臻

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