让建筑更智能的最新黑科技

如果要建一座桥，怎样才能使其拥有最好的耐久性和可持续的使用期限？它会遇到的最大的问题是什么？答案很简单——桥的重量。

用如今的建设流程进行建造，桥和其他建筑过度集中了太多能量和材料，这个内因导致其不可持续。混凝土可以说是现代建筑的基础，然而它却不是最好的建筑材料。它对污染敏感，在雨水和二氧化碳的作用下会开裂、变色和倒塌，例如旧金山下沉并倾斜的千禧大楼。

现代的智慧建筑则表现更好，会聚性的成套技术将很快改变建筑行业的建筑方式和建筑材料。向新材料、增材制造、机器人学、新一代人造大脑（FPGAs，包括可编程门阵列及现场可编程门阵列设备）的整体性转变将驱动创新性“建筑工作站”——自动化制造生态系统，使用机器人学打造更智慧的表面、对象甚至建筑。集结这4种新技术，建筑行业将产生突破性变化，建设更智慧，更加可持续的城市。

想象一下施工机器人拥有足够的智能，可以注入智慧功能到建筑材料中，举个例子，比如你坐在房间里觉得很热，房间本身不会对你的不适有所感应，你只能自行调节恒温器，但如果房间是用智慧复合材料打造的，墙壁的功能像皮肤，就可以感受你的状态，自动做出调节温度的反应。

▲ 图为打造迈阿密一千博物馆塔楼的装配式面板近景。图片来源于Kreysler & Associates

智慧桥梁和道路意味着很多。它们变得智能可能是由于物联网技术使其能有所响应，或是由于其可持续性，经由自然材料和混凝土、钢筋先进的交织在一起后打造出来的。想让桥梁或道路拥有响应能力，就需要植入多功能性。直接用3D打印在桥楼梁中打出一个通道线，难道不比在施工中用二次程序额外加线更简单？为何不在一个程序中直接将多个功能集成？

有了增材制造，设计错综复杂的事物不再是挑战。通过机器人学和3D打印，用人类的双手无法打造的智能基础设施（桥、路、房屋等）可以被打造出来。比如人们倾向于建造正交直线、直角角度的建筑，3D打印机器人就不会有这些偏差和约束。

未来的建筑项目将会使用更加柔软的材料——人工合成的物质如碳纤维和高分子聚合物，或是天然的物质如丝绸和棉。比起稠密的、坚硬的混凝土，未来的建筑也会更加可持续，更轻，造价也更便宜。这些先进的材料也被用于创造未来主义的建筑，像3D打印的游艇这类高性能的交通工具。

在打火机里集成传感器，更强大的材料可以负载更多信息，甚至像电池一样储存能量，这种新一代的建筑也将问世。不像混凝土，复合材料、FPGA熔融材料是可持续的。通过3D打印，传感器和线缆可以在建筑过程中被合并，让桥梁、道路房屋等建筑结构可以监控自身的温度、压力和其他参数，就像人类的神经系统一样。在长期的建筑生命周期中，这样的结构甚至像人体一样，可以交流和自修复。

Kreysler & Associates公司的董事长Bill Kreysler已经作了这种反应的、栩栩如生的材料的先驱，将材料用到了美国塔尔萨的Boathouse Pavilion集聚中心和Zaha Hadid建筑事务所位于迈阿密的一千博物馆塔楼项目。正是由于Kreysler，玻璃纤维现已成为一种较为通用的建筑材料。

▲ 位于塔尔萨的Boathouse Pavilion集聚中心由130个帆船形状的、玻璃纤维增强复合材料面板组成。图片来源于Kreysler & Associates

复合材料对于进化中的汽车工业来说也很关键，可以使用重量轻的合成物质来减少车辆的重量和排放物。

这些材料中的仿生响应潜力让皮肤比较更灵敏。有了更强的感知能力，建筑可以立刻使用环境的改变，未来的墙壁将更像生物材料，可以在自身受损时进行“修复”。如果你使用智能纤维材料打造建筑，纤维内部有树脂，就像人的血液。在树脂内部有一些未硫化的气泡，像环氧物质。当其被破坏时，物质接触空气开始氧化，这个过程可以修复裂缝，和人体修复伤口时的化学反应类似。

像皮肤一样，这些机械传感器的反应和神经末梢类似，能自适应。许多混凝土自修复实验已经证明了这个想法还是可行的，使用复合材料打造建筑将是这个概念得到进一步发展，更加具有可持续性。

▲混凝土自修复材料可以修复裂缝，和人体修复伤口的方式类似

虽然听起来像科幻小说，但是今天确实已经有了这些技术，在人们的支持下，这些看起来遥不可及的想法在下个十年就会成真。想让这些先进建筑成为主流，行业需要做的第一步就是打造地标性的建筑，向人们展示其可行性。通过在外立面和其它非必须的结构组件来演示新概念，Kreysler和志同道合的创新者们可以证明，这些类型的项目是安全的、可持续的、可负担的，并且是高效的。

为了展示未来的可能性，建筑行业现在需要建设有教育意义且具有丰富信息的基础设施，只有当建造者们拥抱当下的潜力，建筑业才会向未来更进一步。

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