資本實驗室·今日創新觀察

聚焦前沿科技創新與傳統產業升級

齊達

隨着技術革新以星火燎原之勢在各領域展開，建築業也在發生着日新月異的變革。新材料和新技術的應用，讓建築行業從設計到施工，再到後期管理與維護，都變得更加自動化、智能化、綠色化。

回顧過去，那些讓人印象深刻的建築業創新解決方案就像一種指南，標誌着建築業的科技變革，以及未來的進化方向。

勤勞的施工機器人

在建築施工現場，傳統的平地機、裝載機、反剷挖掘機等機械設備早已實現自動化控制。

2017年，得益於人工智能和機器人技術的快速爆發，建築施工機械設備的自動化技術進一步得到加強，一些新型機器人已經應用到施工現場。

美國建築機器人公司Construction Robotics研發的砌磚機器人SAM開始和建築工人共同工作，以減少工人高強度的工作壓力。通過傳送帶、機械臂和混凝土泵，SAM一天可以砌3000塊磚，是建築工人的6倍。

美國建築機器人公司Built Robotics研發的無人駕駛履帶式裝載機可以利用Lidar（激光探測與測量）技術、GPS和自動化軟件在工地自主行動，按需進行挖掘和推土。

澳大利亞力拓集團（Rio Tinto）已經在其採礦作業中部署了一支包括卡車、自卸卡車和一輛重達320噸的巨型機械在內的自動駕駛車隊，該車隊由遠在千里之外的珀斯總部工作人員進行遠程控制。

虛擬現實技術的應用

虛擬現實和沉浸式設計在建築設計階段已經有很多的應用和成功案例，已經成爲很多建築公司的常規技術工具。特別是面對醫療場所等有特殊要求的建築時，虛擬現實技術正在加速推動行業變革。

由於醫療機構手術室、急診室和其他科室的組成非常複雜，必須進行試運行，以確保重要的醫療設施和醫院基礎設施能在緊湊的空間內高效工作。

因此，搭建實體模型是傳統的醫療機構建築在施工前很常見的工序，但是搭建實體模型耗時且昂貴，在搭建過程中，容易因各種問題導致重新制作，從而造成成本增加和工期延遲。

2017年，美國建築公司Layton Construction在爲阿拉巴馬州佛羅倫薩市設計一個佔地48.5萬平方英尺，擁有280個牀位的醫療中心時，利用虛擬現實技術，在設計階段和建設過程的關鍵階段創建虛擬的實體模型，對手術室和其他重要醫療設施進行用戶測試。

利用虛擬現實技術，爲醫院節省了約25萬美元的實體模型製作費用，並節省了預製和設計變更的時間，加快了項目審批和施工進度，最終提前兩個月完成預製提交。

Layton Construction將擴大虛擬現實技術的應用，並運用聲音、觸覺反饋和增強現實技術來提升測試體驗。

增強現實技術的應用

相比虛擬現實技術，多年來，在建築行業中，增強現實技術的應用更加理論化。

一款名爲AirMeasure的iOS APP正在改變這種情況，該APP堪稱一個“終級增強現實工具包”，內含15種模式，只需要使用智能手機即可獲取準確的現場測量結果。

提到增強現實技術，還記得Google Glass嗎？儘管Google Glass並沒有普及併成爲一種個人消費產品，但在製造業中卻有着非常重要的作用，未來在建築應用領域可能也會有較明朗的應用場景。

虛擬現實技術公司DAQRI發佈的DAQRI智能頭盔也是一種工業級人機界面產品，通過頭盔護目鏡可以將逼真的3D BIM模型帶入工作現場，在爲工人提供安全保障的同時，使生產效率最大化。

循環商業模式

循環商業模式，與其說是一種技術，不如稱之爲一種哲學。

備受關注的卡塔爾2022世界盃體育場——拉斯阿布阿邦體育場就是這樣一種商業模式的典型代表。該體育場由西班牙的芬威克·伊裏巴倫建築事務所設計，可容納四萬人，是世界上首個可拆卸、可重組的大型體育場。

正是爲了解決歷史上大型賽事，包括奧運會、世界盃完賽後，體育場不能被充分利用這一問題，該體育場採用了可拆卸的條索結構。在世界盃結束後，球場可以被方便地拆卸，而零部件可以在其他需要的地方進行重構。

“Circl”是由歐洲建築集團Royal BAM實施的一個試點項目，項目一開始就定位於可解構的大型展館。其設計思路是利用模塊化建築技術和詳細的資源追蹤，可以將項目中所有部分的材料全部重新運用到其它建築上。

通過解構並重新利用，使整個建築材料得以循環使用，大幅減少了建築材料的成本和浪費。Royal BAM正在嘗試利用在線租賃的方式，實現原材料的100%重新利用。

環保瀝青

從20世紀60年代起，建築科研人員成功利用廢舊汽車輪胎作爲一種瀝青混合料，提高瀝青質量、降低原料成本，並減少了垃圾填埋和處理成本。

近年來，該技術已經擴展到將廢舊塑料瓶等一次性塑料製品加入到瀝青之中。

荷蘭建築公司VolkerWessels近日公佈了一個完全由再生塑料製成的路面建造方案，通過預製生產，可以像樂高玩具一樣進行道路拼接。

相較於傳統瀝青道路，該塑料道路具有材料輕、易運輸、易安裝、施工時間短、易維護、更環保等優勢。

荷蘭鹿特丹市對此非常有興趣，甚至有計劃使用該方案建造一條新自行車道。

塑料和橡膠並不是唯一可添加到瀝青的再生材料：澳大利亞皇家墨爾本理工大學的研究人員將菸蒂摻入瀝青，在提高道路質量的同時，還能固定重金屬。

在悉尼，研究人員正在嘗試將回收的打印機碳粉添加到入瀝青中。

3D打印的混凝土橋樑

混凝土打印機並不是什麼新發明，早在2013年時，就已經出現了。最近兩年中，兩座3D打印混凝土橋加速了現場打印技術的實際應用。

2016年12月14日，西班牙加泰羅尼亞高級建築研究所在馬德里設計了世界上第一座3D打印的人行天橋。

2017年10月17日，荷蘭埃因霍溫理工大學和建築集團BAM Infrastructure合作設計並建造的3D打印混凝土自行車橋正式開放。

現場3D打印橋樑無需運輸和組裝，既縮短了建造過程，又減少了水泥的使用量，同時減少了二氧化碳排放，更加環保。

可自愈的混凝土

混凝土是建築施工中最基本的重要材料，也是世界上應用最廣泛的建築材料。毫不誇張的說，是混凝土成就了現代都市的繁榮。

但是，混凝土也帶了諸多環境問題，如混凝土會出現開裂現象，從而影響建築安全。

美國羅格斯大學的科學家借用兩千多年前羅馬人的智慧，使用一種石灰石產生的名爲Trichoderma reesei的細菌，作爲一種混凝土混合物，可以在混凝土出現細微的裂痕時將其修復。

可以發電的太陽能公路

早在2014年，美國Solar Roadways公司推出一種嵌在路面上的模塊化太陽能電池板的發電系統，並在愛達荷州桑德波因特的試點項目獲得了超過200萬美元的資金。

2017年，美國密蘇裏州交通部採用了該公司的試點項目，並由聯邦高速公路管理局提供了75萬美元用於開發和測試。

2014年，荷蘭公司SolaRoad在阿姆斯特丹打造了一條太陽能供電的自行車道。該公司認爲，隨着技術進步，成本會降低，太陽能道路會在15年內收回成本。

2016年12月，法國公路承包商Colas與法國國家太陽能研究院合作，在諾曼底地區的一個小鎮建造一條1000米長的太陽能公路Wattway，預計可以滿足5000人口小鎮的公共照明用電。

作爲一項由政府資助的可再生能源技術探索的組成部分，Wattway系統正在美國喬治亞州西部的農村進行試點。

值得一提的是，我國在該領域處於領先地位。2017年12月28日，全國首條擁有自主知識產權的太陽能高速公路在山東濟南正式通車。

試驗道路全長1120米，預計年發電量約100萬千瓦時，每年可減少1550萬噸的二氧化碳排放。電動汽車在該公路上可以實現邊跑邊充電，下雪還能自動融化路面積雪。

除太陽能技術外，還有很多創新企業正在將各種新技術和新材料應用到道路建設上，未來的道路將更加智能和環保。

科技正在加速改變建築行業。

未來，人性化將是建築物和公用設施的主要設計理念，智能和綠色將成爲所有建築的內在特徵；而建築施工過程也將越來越智能，越來越安全；以少量技術人員爲主，自動化機械爲輔，將成爲未來建築業的發展方向。