Tháp Gỗ UrBach – Tương Lai Của Công Nghệ Tạo Hình Tự Động

Urbach Tower

Tháp Urbach ở Tây Nam nước Đức

Được xây dựng bằng gỗ “tự tạo hình”. Công trình kiến ​​trúc độc đáo này là một phần của show trình diễn làm vườn.

Thông thường, cần một lượng lớn năng lượng và máy móc hạng nặng để tạo hình gỗ. Giờ đây, các nhà khoa học đã khám phá ra cách uốn cong gỗ tự nhiên: sử dụng các công cụ kỹ thuật số xác định chính xác hình dạng từ trước. Điều này mang đến cho các kiến ​​trúc sư những triển vọng hoàn toàn mới, bền vững hơn cho tương lai.

Tháp Urbach nằm trên một ngọn đồi nhỏ, được bao quanh bởi những cánh đồng và vườn nho ở phía tây nam nước Đức. Được xây dựng như một phần của triển lãm làm vườn vào năm 2019, cấu trúc đặc biệt là phong cảnh địa phương.

Tòa tháp cũng là tuyên ngôn cho kiến trúc tương lai. Bề mặt bằng gỗ cong là sự chuyển đổi mô hình sản xuất gỗ. Thay vì sử dụng các quy trình uốn gỗ phức tạp, các nhà thiết kế dựa vào các lực tự nhiên để làm gỗ tự xoắn một cách bền vững hơn, bằng cách lập trình vật liệu.

Urbach tower1

Thử nghiệm tải trọng đã chứng minh rằng các yếu tố tự định hình có thể chịu được lực tương tự như gỗ định hình thông thường.

Urbach tower2

Du khách có thể đứng bên trong tháp.

Đó là nơi trú ẩn và ấm áp trên ngọn đồi lộng gió.

Urbach tower3

Mái của tháp được che bởi một lớp trong suốt,

cho phép bạn nhìn ngắm bầu trời.

Tòa tháp là sản phẩm trí tuệ của hai chuyên gia trong lĩnh vực này: Dylan Wood, trưởng nhóm nghiên cứu lập trình vật liệu từ Viện Thiết kế và Xây dựng (ICD) tại Đại học Stuttgart, và Markus Rüggeberg, từ Cellulose and Wood Materials Laboratory tại viện nghiên cứu EMPA của Thụy Sĩ, nơi đã thực hiện một số dự án gỗ là một phần của thử nghiệm xây dựng sáng tạo NEST ở Zurich.

Wood nói: “Gỗ là một vật liệu rất bền vững. Khi cong, nó thậm chí còn hiệu quả hơn lúc thẳng.” Nhờ lập trình vật liệu, các nhà nghiên cứu đã đảm bảo gỗ trở thành một giải pháp bền vững và hấp dẫn hơn.

Mô Phỏng Máy Tính Mang Lại Đáp Án Chính Xác

Để hiểu cách lập trình vật liệu hoạt động, quan trọng là phải bắt đầu với khái niệm: Giống như máy móc được lập trình để di chuyển theo những cách nhất định, gỗ được “lập trình” để biến dạng theo những hướng nhất định, trong quá trình sấy.

Mô phỏng máy tính cho phép kiến ​​trúc sư xem trước các biến dạng của gỗ. Điều này cho phép họ biết chính xác lượng vật liệu và độ ẩm cần thiết để đạt được hình dạng nhất định.

Quá trình định hình có thể bắt đầu khi dữ liệu về độ dày vật liệu và độ ẩm mong muốn được tính cho thiết kế. Đầu tiên, một lớp gỗ khô mỏng được dán lên trên một lớp gỗ dày và ẩm, với các thớ gỗ vuông góc nhau.

Quá trình này ổn định thành phần để khi độ ẩm bị mất đi trong quá trình sấy khô, gỗ sẽ tự định hình theo hình dạng chính xác đã được xác định trước đó, bằng quy trình máy tính. Sau khi quá trình sấy hoàn tất, gỗ vẫn còn cong.

Urbach tower4

Các phần gỗ chế tạo sẵn của tháp Urbach được lắp ráp tại chỗ chỉ trong 1 ngày.

Urbach tower5

Sấy khô là tiêu chuẩn để sản xuất cả gỗ cong và thẳng trong sản xuất gỗ.

Urbach tower6

Lớp ẩm càng mỏng thì độ cong của gỗ càng lớn sau khi quá trình sấy hoàn tất.

Vấn đề phức tạp là thực tế gỗ uốn cong sẽ biến dạng ngay khi nó bị ướt trở lại – chẳng hạn như khi mưa. Để ngăn gỗ không bị biến dạng, một số lớp gỗ tự định hình này được dán chồng lên nhau sau quá trình sấy khô.

Tháp Urbach, được đưa vào cuộc sống thông qua sự hợp tác với các kỹ sư kết cấu tại Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE) thuộc Đại học Stuttgart, là công trình kiến ​​trúc quy mô lớn đầu tiên trên thế giới sử dụng quy trình uốn gỗ mới này.

Tòa tháp bao gồm 12 bộ phận bằng gỗ vân sam nhiều lớp, chiều cao khoảng 46 feet và có độ dày cấu trúc khoảng 3,5 inch. Wood cho biết: “Hình dạng của tòa tháp phức tạp đến mức chúng tôi cần một mô hình BIM hoàn chỉnh làm điểm tham chiếu chung cho tất cả mọi người tham gia vào dự án.”

Ông đề cập đến mô hình này như một “mô hình giao tiếp” và giải thích rằng nó đặc biệt hữu ích cho việc phối hợp giữa các cấp nhà thầu khác nhau và xây dựng tại chỗ, cho phép các bộ phận gỗ chế tạo sẵn được lắp ráp trong một ngày.

Để tìm hiểu cách gỗ uốn cong phản ứng với những thay đổi về độ ẩm và khí hậu, các nhà nghiên cứu cũng đã hợp tác với công ty ioLabs của Thụy Sĩ để theo dõi các phép đo dữ liệu dài hạn bằng nền tảng Autodesk Forge. Những phát hiện này chắc chắn sẽ được sử dụng cho nhóm nghiên cứu tại Đại học Stuttgart, khi họ có kế hoạch triển khai công nghệ tạo hình hiện tại ở nơi khác.

Không Cần Lắp Ráp: Đồ Nội Thất Tự Tạo Hình Và Xa Hơn Thế

Nhóm đã phát triển các phương pháp mới về việc tự định hình các thành phần của tòa nhà lớn hơn, chẳng hạn như tấm mái, trực tiếp tại chỗ. Gần đây, họ thậm chí đã tiết lộ một khái niệm về đồ nội thất đóng gói phẳng, có thể tự tạo hình tại nhà mà không cần lắp ráp, dụng cụ hoặc hướng dẫn.

Theo Wood: “Vẻ đẹp của quy trình loại này ở chỗ, các công cụ kỹ thuật số cho phép chúng tôi nhúng hình dạng trực tiếp vào vật liệu của một bộ phận trong nhà máy. Điều này làm giảm đáng kể máy móc tại công trình và giảm tác động lên hệ sinh thái của việc xây dựng. Đây là phương pháp xây dựng sạch hơn và yên tĩnh hơn, có thể nhân rộng cho các dự án mà việc sử dụng công nhân hoặc thiết bị quá đắt. Thay vào đó, chúng tôi nhắm vào vật liệu để thực hiện việc nâng vật nặng phức tạp.”

“Điều tuyệt vời nhất là ở đây chúng ta có thể đạt được điều này chỉ đơn giản bằng cách hiểu và hướng đến vật liệu tự nhiên. Các nhà nghiên cứu hình dung khái niệm này như một ví dụ lý tưởng về Công nghiệp 4.0: Một quy trình sản xuất có tính linh hoạt cao, có khả năng thích ứng cao dựa trên số hóa, phân loại và sắp xếp các vật liệu tự nhiên để tạo hình các hình học và sản phẩm khác nhau.”