阐述了数字建造技术的发展历史、性能化建构的核心理论，以及在建筑机器人技术驱动下“设计与建造一体化”的前沿实践与未来展望。
一、 数字建造技术的历史演进与技术奠基
数字建造技术克服了传统图纸与建造结果之间的隔阂，其演进历程可划分为以下几个关键节点：
- 历史萌芽与设想：早在1910年，法国艺术家VMOT就在插图中描绘了21世纪建筑师通过电线和无线电控制施工机器人进行繁重危险施工的工地场景。学者Robin Evans在《从绘图到建造》中指出，设计图纸与建造结果之间的隔阂，始终是推动建筑学新发展的原动力。
- 工业革命与早期计算：数字建造可追溯至20世纪初的第二次工业技术革命。伴随着流水线生产、快速物流和信息化需求，二战期间对二进制数学算法的运用逐渐演变出早期的计算机。
- CNC与数控设备的诞生：1952年，麻省理工学院（MIT）实验室建造出第一台三轴铣床并与计算机连接，制造出了历史上第一台数控设备（CNC）。20世纪末，3D打印机、CNC数控机床、激光切割机等设备开始投入建筑设计行业，完成了高度复杂几何构件的加工，激发了材料的表现力。
- 快速定制与前驱探索：1998年，Neil Gershenfeld（Nejonfil）在MIT开设了名为“How to Make Almost Anything”的课程，向学生介绍数字革命与先进工业级建造技术在设计中的融合，并由此发起了全球性的开放创造实验室 FAB LAB，推动快速定制的发展。
- CAD/CAM流程的引入：在建筑领域，先驱们开始探索数字化设计与建造的实践。例如，Frank Gehry（Fary）在1989年便开始利用 CAD和CAM 的流程来开发极其复杂的迪士尼音乐厅（Disney Center）系统的施工性操作，并率先通过盖里科技（Gehry Technologies）平台，将飞机和船舶制造技术引入建筑设计中。
二、 性能化建构理论的提出与多维目标
为消解数字技术与传统建构（Tectonics）之间的边界，性能化建构理论应运而生：
- 消解数字与建构的边界：2004年，Neil Leach（New Lich）等人编著了《数字建构》（Digital Tectonics）一书，重点探讨了数字化形式生成与物质化形式生成之间的关系，对结构转型起到了关键作用。
- 三维性能目标驱动：本课程主讲人在2014年发表于《建筑学报》的文章中指出，性能化建构的核心在于以数字工具为媒介，将建筑几何形式作为性能参数转化并呈现出来。建筑师可以将环境、结构和材料这三种不同的性能目标与建筑实体的设计建造进行一体化转化。
- 超越二元对立：在数字化设计和建造工具的支持下，结构与形式超越了二元对立和分离的关系，形成了“结构性能的形式”，打通了从几何参数化到结构参数化的重要转接。
三、 结构、环境与材料的三维性能化建构
1. 结构性能化设计与建造的时代划分
从建筑师的视角来看，基于结构性能的建筑设计发展按时间顺序分为三个时代：
- 静力学图解时代（Graphic Statics Era）；
- 力学建构时代（Structural Tectonics）；
- 结构性能生成的时代 / 数字化形态生成时代（Digital Morphological Generation）。
在这三个时代的演进中，建筑师充分应用计算机设计与建造技术塑造更精确、高效的结构形式，打破了建筑学与土木工程之间的学科边界。
2. 环境性能化建构与风流场模拟
- 无形之力的可视化：环境性能（风、热、声音等）以一种内在作用力的形式存在于建筑与场地之间。通过可视化和性能化模拟，这些因素可以在设计早期影响空间、形式决策以及立面表皮设计。
- 环境适应的空间形态：环境性能化建构是指在连续变化的环境场中，依托参数化模拟模型对外界环境进行回应，建立起环境适应的空间形式。通过 CFD 仿真技术和风洞实验，环境行为的预测和评估可以在早期融入设计中，为后续数字化建造提供精密的性能化模型。
3. 材料性能化建构与“新唯物主义”
- 材料的自主组织能力：基于信息赋能的材料生成过程，被称为“新唯物主义”。它强调重塑对材料自身“自主组织能力”的理解，让材料的内在特性通过真实的材料形式进行重新生成和表达。Antoine Picon（Antony Piccom）指出，材料个体和现象将成为真正的参与者，而非任意摆布的被动元素。
- 材料性能驱动设计先驱：Frei Otto 运用材料性能驱动设计，在曼海姆建造了多功能厅（Multihall），创造性地将木头这种传统材料的弯曲特性和刚度融入到整体建造方式中，将弯曲性应用到了倒吊悬链空间拱的物理实验和形式求解中。ICD 与 ITKE 也在后续的展亭和机器人木结构项目中进一步演绎了这种材料性能驱动的实践。
四、 机器人建造与设计建造一体化
工业机器人的引入，带来了建筑学与机器人工程、计算机科学、材料学等多学科的深度融合与变革：
- 机器人的通用性与工艺设计：与 CNC、3D打印等单人数控工具有所不同，工业机器人的特点在于其多功能性与通用性。它可以通过研发不同的末端执行器来适应多种建筑工艺。这启发建筑师不仅设计建筑本身，还可以去设计建造工具和工艺过程。
- 几何过程向加工路径的直接转译：建筑师可以借助参数化编程工具直接从设计模型中模拟控制机器人，将几何过程直接转译为机器人的加工路径，实现设计建造一体化。
- 材料覆盖面的拓宽：新材料思维与机器人的融合拓宽了材料系统的应用，涵盖传统的木结构、混凝土、黏土、金属，以及碳纤维、玻璃纤维、改性塑料等全新领域，使建造流程脱离了传统手工主导模式，走向人机协作。
- 科研机构的前沿探索：
- ETH Zurich：Fabio Gramazio（F Grzil）与 Matthias Kohler（Mas Color）教授团队最早将工业机器人引入建筑学。他们在2008年威尼斯双年展上使用六轴机器人砌筑了复杂的砖墙，引发巨大轰动。他们后续还利用行架式机器人平台预生产了新型自由形式的木屋顶结构。
- 斯图加特大学计算设计研究所（ICD）：作为设计一体化思维的早期推动者，专注于形态的计算性设计、仿生工程和机器人建造。他们已连续11年每年发布一个极具探索性的研究展亭（Pavilion）。ICD 和 ITKE 通过仿生学求解建造系统和原型，利用精确灵敏的机器人系统进行机器人碳纤维编织和木缝纫等创新技术，将纤维、木材等材料的性能发挥到极致。
同济大学/第4章 数字建筑学的建造技术方法/4.1 数字建造/4.1.1 性能化建构 （内容非AI生成 ©读行 • Readwiki™Studio 
，转载注明来源）
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