由纤维复合材料打造的BUGA展亭

　　BUGA 纤维展亭坐落在德国海尔布隆Bundesgartenschau 园艺博览会的一处起伏的场地上，为游客提供了令人惊叹的建筑体验和对未来建筑的一瞥。该展亭是基于斯图加特大学计算设计与建造研究院（ICD）和斯图加特大学建筑结构与结构设计研究院（ITKE）在仿生方面的长期研究建造而成。

　　展亭展示了如何将尖端的计算技术与自然中的建筑原理相结合，从而开发出真正新颖的数字建筑系统。展亭的承重结构是由先进的纤维复合材料机械制造的。这种全球独特的结构不仅高效、异常轻量化，而且提供了独特而真实的建筑表达和非凡的空间体验。

　　与技术系统相比，生物结构具有更高的材料效率和功能完整性。轻量化原理的转换，如材料和结构的高度分化，结合计算设计、模拟和制造方法的发展，使建筑中出现了新的结构类型。BUGA 纤维展亭全由单独的纤维复合组件制成，每种纤维都是通过自动机械缠绕过程由玻璃和碳纤维制成的。这些方法允许对60 个组件中的每个组件的形式和纤维布局进行具体调整，这取决于它们的结构和体系结构要求。展亭不仅结构高效，重量轻，而且提供了独特的建筑表现和空间体验。

　　受自然启发的新型复合建筑系统

　　在生物学中，大多数承重结构都是纤维复合材料。它们由纤维制成，例如纤维素、几丁质或胶原蛋白，以及支撑它们并保持其相对位置的基质材料。生物结构惊人的性能和无与伦比的资源效率源于这些纤维系统。它们的组织、方向性和密度被精细地调整和局部变化，以确保材料只被放置在需要的地方。

　　BUGA 纤维展亭旨在将这种生物学原理以及高度差异化的纤维复合材料系统转化为一种建筑结构。该项目所运用到的玻璃纤维和碳纤维增强塑料均十分有利于设计目标的实现，因为它们有着与天然复合材料相同的基本特征。

　　该项目是基于斯图加特大学计算设计与建造研究院（ICD）和斯图加特大学建筑结构与结构设计研究院（ITKE）多年的仿生研究建造而成，这一项目阐释了如何利用生物学原理的跨学科探索以及先进的计算机技术来构建革新性的数字化纤维复合建筑系统。就在几年前，这个展亭还无法设计或建造。

　　综合计算设计和机器人制造

　　展亭由超过15 万米空间排列的玻璃和碳纤维组成。它们都需要单独设计和放置，因此很难通过传统的线性工作流程和既有的生产技术来实现。对此，项目团队采用了革新性的协同设计方法，借助不间断的计算机反馈将建筑设计、结构工程设计以及机械化制造结合起来。通过这种方式，每个建筑构件的纤维排列、密度和方向可以单独校准、结构调整和建筑连接，同时保持直接可生产。

　　建筑部件是由机器人无芯丝缠绕生产的，这是斯图加特大学率先开发的一种新型增材制造方法。由机器人在两个旋转缠绕支架之间自由放置纤维丝。在此过程中，建筑构件的预设形状仅通过纤维线的相互作用而塑造，因此无需任何模具或芯体，这使得每个构件都能够拥有独特的造型和独立的粘合方式，并且不会产生多余的边角料，因此在成本上也具有优势。此外，没有生产废料或材料的切断。在制造过程中，会产生一种半透明的玻璃纤维晶格，黑色碳纤维被放置在结构需要的地方。最终的建筑构件将同时具备强大的荷载能力以及独特的外观。

　　该项目的工业合作伙伴FibR GmbH 进行了全面生产。每个建筑构件平均需要使用1000 米的玻璃纤维和 1600 米的碳纤维，并花费4-6 小时才能制作完成。

　　独特的轻质结构和富有表现力的建筑空间

　　展亭占地面积约400 平方米，自由跨度超过23 米。整个结构完全由机械预加应力的透明ETFE 膜材料包覆。基础承重结构由60 个定制的纤维复合材料构建组成。每平方米的结构重量仅有7.6 公斤，非常轻，大约比传统钢结构轻5 倍。复杂的测试程序需要得到全面的批准，这表明单一纤维组件可以承受高达250 千兆牛顿的压缩力，相当于 25 吨或超过15 辆汽车的重量。展亭展示了一种真正结合计算机设计和机器人制造的方法是如何开发出新颖的、真正的数字纤维复合建筑系统的，该系统完全符合德国严格的建筑法规，非常轻、结构高效，建筑表现力强。

　　展亭嵌入在德国联邦广场的波浪状的景观中，将技术层面上的创新转化为独特的建筑体验。黑色的碳纤维束像肌肉般缠绕在半透明的玻璃纤维网格上，与完全透明的表皮形成鲜明的对比。碳纤维束的分布从亭子的顶端到与地面接触的位置逐渐变得密集，使建筑的观感更具张力。虽然大多数游客可能从未见过类似的建筑，但展亭以一种解释而又富有表现力的方式揭示了其潜在的设计原则。它以不熟悉但真实的建筑衔接，唤起了数字化制作的新方式，这种方式不再是未来主义的命题，而是已经成为有形的现实。

　　BUGA 纤维展亭位于德国联邦夏季岛的中心位置，已经于2019 年4 月 17 日正式开放。关于纤维复合建筑系统和结构的研究将继续由斯图加特大学的“综合计算设计和建造”团队进行推进。