智能化施工背后的四大力量

说到造桥，是什么因素使桥的使用寿命无法保持很长久？最大的败点是什么？答案很简单，就是桥自身的重量。

用时下施工流程建造的桥和建筑物，会使用太多的能源和材料，定然不符合可持续发展的要求。

混凝土虽算是现代施工建设的基础之一，但并非最佳建材，不仅对污染敏感，还会在雨水或二氧化碳的作用下开裂、变色，甚至坍塌，而且是个重负：美国旧金山的千禧大厦（Millennium Tower）逐年下沉、倾斜，就是个例子。

现代的智能化施工技术一定能够做得更好，会聚性的成套技术很快就会从根本上改变建筑业的施工方式和使用的建材。

整体向新材料、增材制造、机器人技术，以及包括现场可编程逻辑闸阵列（FPGA）芯片在内的新一代人造大脑转型，将推动创新性“建筑工作站”，即利用机器人技术打造智能表面、物体，甚至建造建筑物的自动化制造生态系统。这四大力量的结合，有助于建筑业实现突破性创新，从而建设更智能化、更可持续的城市。

想象一下施工机器人拥有足够的智慧，可以将智能注入建材。举例来说，当你坐在房间里觉得很热时，房间本身感应不到你的不适，也猜不到你想要什么，你只能自行调节恒温器获得舒适的温度体验，但如果房间是用智能复合材料建造的，墙壁的功能便像人体皮肤一样，可以感受你的心情，自动做出相应的反应。

无论是智能桥还是智能道路，都可能有多重意义。之所以智能，可能是因为物联网技术而具有响应性，也可能是因为采用了先进的天然和合成纤维复合材料取代传统钢筋混凝土之类的施工方式而具有可持续性。

桥或道路要想具有响应性，就需要嵌入多种功能。如果可以用3D打印把电缆线路安装到桥梁上，应该会比在施工过程中用二次工序额外铺线更为高效。将此功能整合到一个施工过程中，何乐而不为呢？

有了增材制造，错综复杂的设计再也不是挑战。以往用人工无法实现的智能基础设施（桥、路、房屋等），现在都可以借助机器人和3D打印技术制造出来。举例来说，人们传统上倾向于建造正交直角构筑物，3D打印机器人就不会有这些成见和约束。

未来的建筑项目将更多地使用柔韧材料，即碳纤维、聚合物等合成物质，或丝绸、棉等天然材料。此外，未来还会有许多更为轻盈、廉价的可持续替代品取代稠密坚硬的混凝土。这些先进的材料已经用于制造未来主义的家具，以及3D打印游艇之类的高性能交通工具。

将传感器集成到功能更为强大的轻盈材料里，不仅载有信息，还像电池一样储存能量，这种新一代建筑方式也将问世。与混凝土不同，集成FPGA芯片的复合材料具有连续性和可持续性。桥梁、道路、房屋等建构筑物可以在建造过程中就安装传感器和电缆线路，以便像人体的神经系统一样，自我监控温度、压力和其他参数。这些建构筑物甚至可以像人体一样，进行通讯和自我修复，从而实现较长的使用寿命。

Kreysler & Associates公司总裁Bill Kreysler已经打头阵，率先在各种项目中采用此类仿生的反应性材料，其中包括美国塔尔萨的Boathouse Pavilion集聚中心，以及扎哈·哈迪德建筑事务所（Zaha Hadid Architects）在迈阿密设计的千年博物馆（One Thousand Museum）摩天公寓大楼。Kreysler本人的职业生涯始于建造赛用帆船，也正因如此，玻璃纤维现已成为普遍的建材。

对于不断发展的汽车业而言，复合材料同样至关重要，因为轻盈的合成物质可以减轻车辆重量并减少排放。

另一方面，这些仿生材料的反应性潜力让人体皮肤这一比喻更为贴切。有了更强的感知能力，建筑物可以立即对环境变化做出反应，未来的墙壁可以像生物材料一样，在受损时自我修复。

设想一下使用智能纤维材料进行施工的情景。纤维内部有一些树脂，就像人的血液，而在树脂内部会有未固化的类似环氧物质的微气泡，气泡一旦破裂，物质便接触空气开始氧化。这个过程可以修复裂缝，如同人体自我愈合伤口所产生的化学反应。

正如人体皮肤一样，这些机械传感器的反应和神经末梢类似，能不断自适应。许多自修复混凝土的实验已经证明了这个想法还是可行的，使用复合材料建造建构筑物将使这个概念得到进一步发展，更加具有可持续性。

这一切可能听起来像是科幻小说，但实际上当今确实已经有了这些技术，在人们的支持下，这些看似遥不可及的想法在未来十年有望成真。要想让此类先进的施工方式成为主流，建筑行业需要做的第一步就是建造地标性的建筑，向人们展示其可行性。Kreysler和其他志同道合的创新者通过在外立面和其他非必须的结构组件上演示新概念，可证明这些类型的项目是安全的、可持续的、造价合理的，并且是高效的。

为了展示未来的可能性，建筑业如今需要建设有教育意义且具有丰富信息的基础设施。只有当建筑商拥抱当下的潜力，建筑业才会向未来更进一步发展。