减材建造 | 正在重塑建筑界的无声机器革命

建筑是由材料和结构定义的，在建筑围护、结构和系统方面，主要使用两种制造方法。增材制造工艺逐层添加材料，而减材制造去除材料以创建建筑组件或零件。

增材制造在3D打印的保护伞下越来越为人所知，但减材制造方法在整个历史中一直被使用。在现代建筑中，设计师和制造商正在重新构想减材制造的可能性，为当代生活创造新的形式和空间。

减材制造是不同类型的受控加工和材料去除工艺的总称。这些要么手动执行，要么更常见地由计算机数控 (CNC) 驱动。减法可以从由金属、塑料、木材或其他材料制成的实心块或材料形式开始，这些材料通过钻孔、切割和研磨成型。这种加工工艺涵盖从CNC方法到硬质金属的电火花加工，以及用于热塑性塑料、木材、丙烯酸、织物、金属的激光切割和用于塑料、硬质和软质金属、石头、玻璃和复合材料的水射流切割。

使用平端铣刀加工的MDF两件式模具

减材制造的关键优势在于，它非常适用于难以通过传统机械加工成型、铸造或生产的严格公差和几何形状。更大、不太复杂的物体也更倾向于减材制造，这种加工工艺也是制造成品零件的最常见选择。减材制造工艺可以为原型、制造工具和最终用途零件创建零件。

以下项目展示了减材制造工艺如何引领设计和施工的创新，以及这些方法的未来走向。

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滨海科学博物馆，伯纳德·屈米事务所

中国，天津

滨海科学博物馆通过大型当代技术展示天津工业历史的文物，其中含有用于太空研究的壮观火箭。项目是天津滨海文化中心的一部分，包含文化活动和展览设施以及画廊、办公室、餐厅和零售空间。

项目与地区丰富的工业历史、大批量制造和研究地点有关，一系列大型圆锥体在整个博物馆中创造了主要空间，从上方照亮的中央锥体连接了建筑的所有三层。

博物馆的外部在密封的铝制表面上覆盖着铝制雨幕，尽管它的尺寸很大，结构的元素也各不相同，但它却使建筑具有统一的存在感。大约3,600块两种尺寸的铜色面板构成了建筑立面的平坦部分，穿孔金属板也有助于减少热量增加，设计团队开发了52种不同尺寸的面板，每排锥体对应一个独特的宽度，每个面板都由位于穿孔之间的两个铝制U型槽支撑。

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高木屋，Acton Ostry

加拿大，温哥华

高木屋于2017年竣工，是一栋18 层、获得LEED金牌认证、拥有404个床位的学生宿舍楼，位于不列颠哥伦比亚省温哥华市的哥伦比亚大学，建成时，它是世界上最高的大型木塔，木结构和预制立面也仅用66天就建成了。

获得批准和实现经济可行性的关键是“保持简单”的设计方法，用石膏板封装木结构使建筑看起来普通。预制立面以垂直条纹图案排列，具有预先安装的窗户和由70%木纤维组成的覆层。

CLT天篷的长度与幕墙底座相当，展示了内部舒适空间的温暖木饰面，电梯大堂采用与外部相同的材料，走廊饰面包括天然木门和丰富的棕褐色和赭色饰面，生活单元的内部是明亮的白色，明快简单。

CNC机器切割所有大型木材部件，包括CLT面板中的穿透和柱两端的连接孔。为每个大型木材组件分配了一个唯一标识符，用于质量保证和质量控制跟踪以及结构系统装配高度的现场测量。

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彭博中心，Morphosis

美国，纽约

艾玛和乔治娜·布隆伯格中心是罗斯福岛康奈尔科技新校区的学术中心，以成为净零建筑为目标形成了校园的核心，连接学术界和工业界，同时通过最先进的设计开创了环境可持续性的新标准。

彭博中心是一栋位于光伏天篷下的四层建筑，其低矮狭窄的轮廓可以将整个岛屿的壮丽景色尽收眼底，建筑最显著的特点之一是其立面，经过优化以平衡透明度，最大化采光和外部景观，以及不透明度同时确保足够的绝缘和减少热桥。

外立面的最外层设计为雨幕系统，由铝板组成，铝板表面涂有彩虹色的PPG聚合物涂层。立面与建筑金属制造商Zahner合作设计，采用Zahner的Louvered ZIRA™系统创建图像图案。

图像的每个像素都被转换成一个经过特定旋转和倾斜的5厘米圆形标签，把标签冲压到铝板上，每个标签的深度和旋转决定了反射的光量。这张像素图被输入一个经过改造的焊接机器人，机器人将数字信息处理成立面的337,500个标签的机械转动和倾斜程度。

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石窟桑拿， Partisans

加拿大，乔治亚湾

石窟桑拿坐落在安大略省乔治亚湾的一个岛屿边缘，是旧世界工艺和新世界可持续性的壮举，通过尖端的软件和制造技术落地完成。石窟的选定概念在外部规定了坚实、简单的存在，而内部则遵循曲率形式的动态空气运动

团队继续对材料进行进一步试验，并选择木材作为主要介质。重要的是，石窟建立了一种成功的方法来应对在偏远和环境敏感地区建造标志建筑的挑战。

Partisans与他们的制造合作伙伴MCM Inc.直接合作，开发新的原型制作方法，并与工程师一起为刀具路径开发新的软件补丁。后者使制造商能够超越CNC机械的自动化限制，并最终将其用作雕刻工具以实现美学视觉，同时最大限度地利用可用木材并沿纹理进行铣削，以使零件相互匹配。面板的成功生产还必须预测它们按顺序组装的方法，这也要求团队制定复杂的安装计划与制造过程相结合。

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山，BIG

丹麦，哥本哈根

BIG和JDS着手创建“山”住宅项目，它是第二代VM住宅：相同的客户、相同的大小和相同的街道。然而这个计划是2/3停车和1/3生活区，所以他们设想让停车场成为放置梯田房屋的基地，就像混凝土山坡上覆盖着一层薄薄的房屋，从11楼一直延伸到街道边缘，所以与其建造两座独立的建筑，一个停车场和一个住宅区，团队决定将这两个功能合并为一种共生关系。

停车场的地板上覆盖着连续的穿孔铝表面，从南面到东面折叠成四个部分，这可以控制阳光和空气流通，折叠的表面参考了项目的名称，展示了珠穆朗玛峰般的真实形象。

对于它的铝面板立面，每个穿孔在图像的构成中都起着特定的作用。某些地方的穿孔很大且密集，内外之间几乎没有视觉上的限制。白天，铝板上的穿孔在明亮的铝板上呈现黑色，山形图像类似于一张粗略的光栅照片，到了晚上，立面从内部照亮，并显示为不同颜色的照片底片，让停车场的每一层都有不同的颜色。

今天，减材制造正在被彻底重新构想。我们正在看到4D自变形材料响应热量、声音或湿度水平的变化以改变形状的项目。减材制造还为不同的设计应用提供了多种材料和加工方法，随着建筑过程的发展，技术的融合为建筑、设计和加工开辟了新的可能性。