Từ buổi bình minh của nền văn minh nhân loại, chúng ta đã không ngừng nỗ lực để mở rộng ranh giới của kiến trúc và xây dựng. Với sự ra đời của công nghệ tiên tiến, một kỷ nguyên mới đã xuất hiện, mang đến một mối quan hệ cộng sinh giữa robot và ngành AEC (kiến trúc, kỹ thuật và xây dựng). Trong một thế giới đang phát triển nhanh chóng, nơi mà ranh giới giữa tưởng tượng và hiện thực trở nên mờ nhạt, một cuộc cách mạng âm thầm đang diễn ra. Cuộc nổi dậy này có tiềm năng cách mạng hóa chính cấu trúc mà chúng ta tưởng tượng, hình thành và tương tác với những không gian mà chúng ta gọi là nhà. Với sự mở rộng đô thị và dân số toàn cầu ngày càng tăng, ngành xây dựng cần một cái nhìn mới, từ bỏ những phương pháp truyền thống và đón nhận tiềm năng vô hạn của các kỹ thuật xây dựng bằng robot.
Những phương pháp xây dựng truyền thống, với những hạn chế vốn có, gặp khó khăn trong việc bắt kịp nhu cầu của thế giới hiện đại. Nhu cầu thay đổi đã trở nên rõ ràng hơn bao giờ hết. Các kỹ thuật robot đã nổi lên như một tia sáng hy vọng trong ngành xây dựng, báo hiệu một kỷ nguyên mới với những cách tiếp cận và góc nhìn sáng tạo. Những cỗ máy tiên tiến này, được điều khiển bởi công nghệ mới và trí tuệ nhân tạo, đang định nghĩa lại giới hạn của những gì có thể đạt được.
Lợi ích của việc sử dụng Robot trong ngành AEC
Việc tích hợp robot vào ngành xây dựng mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Trước tiên, robot rất giỏi trong các công việc lặp đi lặp lại và vất vả, giúp rút ngắn thời gian xây dựng và nâng cao năng suất. Chúng có thể làm việc không biết mệt mỏi, giúp tăng hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Hơn nữa, robot mang lại độ chính xác vô song, đảm bảo các phép đo chính xác và giảm thiểu sai sót có thể dẫn đến việc phải làm lại tốn kém. Bằng cách tự động hóa một số quy trình, công nhân có thể tập trung vào những nhiệm vụ phức tạp và sáng tạo hơn, thúc đẩy sự đổi mới và mở rộng ranh giới thiết kế.
Hãy cùng khám phá 10 công trình ấn tượng là minh chứng cho khả năng của các kỹ thuật xây dựng bằng robot.
1. Pavilion Nghiên Cứu ICD/ITKE
Nhà thiết kế: ICD/ITKE Đại học Stuttgart
Năm: 2013-2014
Được phát triển bởi Viện Thiết kế Tính toán (ICD) và Viện Kết cấu và Thiết kế Kết cấu (ITKE), Pavilion Nghiên Cứu ICD/ITKE 2013-14 là một dự án pavilon dệt robot được lấy cảm hứng từ vỏ nhẹ của một con bọ. Hợp tác chặt chẽ với các nhà sinh học và các nhà cổ sinh vật học, họ xác định hình học và tính chất cơ học cần thiết cho hệ thống hai lớp, sau đó chuyển nó thành các vật liệu polymer gia cường bằng sợi thủy tinh và carbon. Chiếm diện tích 50 mét vuông, công trình có thiết kế mái vòm đôi với các bức tường và trần nhà giống như mạng nhện, nặng chỉ 593 kg. Dự án sử dụng phương pháp quấn robot, trong đó các robot quấn các mô-đun sợi quanh các khung thép được thiết kế đặc biệt, sau đó nhúng nhựa để tăng cường độ bền.
2. Văn Phòng SkilledIn
Nhà thiết kế: RAP Studio
Năm: 2015
Văn phòng SkilledIn của Studio RAP tại Rotterdam là công trình xây dựng robot đầu tiên tại Hà Lan. Nó là một không gian đa chức năng, phục vụ cả như một văn phòng và một khu đào tạo cho các sinh viên công nghệ và các doanh nhân tiềm năng. Sử dụng một robot lớn và RhinoVAULT - một plugin của phần mềm mô hình hóa 3D Rhino, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống cấu trúc bằng gỗ với 225 tấm duy nhất, hỗ trợ một mái nhà chỉ chịu nén sử dụng một cột trung tâm và bao quanh là các bức tường kính. Công trình có thiết kế nhỏ gọn nhưng đầy động năng, với diện tích 130 mét vuông, bao gồm một văn phòng, không gian trình bày và một trung tâm đào tạo.
3. Pavilion Gỗ
Nhà thiết kế: Đại học Michigan
Năm: 2021
Công trình này là một cấu trúc chế tạo robot có hình dạng một đường hầm cong, được nâng lên trên một nền hình oval, cũng có một ghế dài dọc theo một trong các cạnh của nó. Nó được tạo ra bởi Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Thiết kế Adel tại Đại học Michigan, sử dụng robot để xây dựng một pavilon phức tạp từ gỗ khai thác tại chỗ. Dự án nhằm thúc đẩy xây dựng ít carbon và sử dụng các thuật toán tùy chỉnh để sắp xếp gỗ tối ưu. Thiết kế của pavilon bao gồm 20 khung gỗ chế tạo bằng robot, mỗi khung được làm từ nhiều thành phần, được kết nối một cách mượt mà tại chỗ. Độ dày đồng đều của gỗ giúp dễ dàng lắp ráp mà không cần các phụ kiện bổ sung và giảm thiểu lãng phí vật liệu.
4. Cầu Đại học Tongji – Cầu Hybrid
Nhà thiết kế: DigitalFUTURES Workshop Quốc tế mùa hè 2019 tại Đại học Tongji
Năm: 2019
Cầu Hybrid được chế tạo bằng robot là một dự án hợp tác giữa sinh viên tại Thượng Hải và studio nghiên cứu Fab-Union, kết hợp giữa in 3D kim loại quy mô lớn và kỹ thuật quấn sợi để tạo ra một cây cầu vòm sáng tạo. Nó sử dụng cả kỹ thuật sản xuất bổ sung và cắt bớt, tiết kiệm chi phí, vật liệu và năng lượng trong khi mang lại tự do thiết kế bằng cách loại bỏ khuôn mẫu. Cây cầu có một cơ sở thép dạng khung được xây dựng bằng in 3D, các bậc thang và tay vịn dạng lưới được làm từ sợi carbon và thủy tinh. Sử dụng phần mềm tối ưu hóa hình thái, thiết kế này giảm thiểu việc sử dụng vật liệu, dẫn đến một cây cầu dài 11,4 mét với khung thép mỏng nhất chỉ 20 cm tại các điểm mỏng nhất.
5. Nhà máy rượu Delas Frères
Nhà thiết kế: Carl Fredrik Svenstedt Architecte
Năm: 2019
Được thiết kế bởi Carl Fredrik Svenstedt Architecte, Nhà máy rượu Delas Frères tại Thung lũng Rhône của Pháp có mặt tiền đá sa thạch cong được điêu khắc bởi robot. Nhà máy rượu này có bức tường chính dài 80 mét và cao 7 mét được xây dựng từ những khối đá dày nửa mét, được robot điêu khắc riêng biệt để giảm thiểu lãng phí. Đá có độ xốp và tính chất nhiệt không thay đổi, tạo ra môi trường lý tưởng cho việc sản xuất rượu và che chắn ánh sáng mặt trời cho khu vực chứa các thùng và b barrel rượu. Thiết kế của nhà máy kết hợp các con đường dốc cho khách tham quan để quan sát quá trình sản xuất rượu, cùng với một sân thượng có tầm nhìn ra vườn nho, nhấn mạnh sự kết hợp hài hòa giữa truyền thống và hiện đại.
6. Kho Gỗ Woodchip Barn
Nhà thiết kế: AA School of Architecture – Project and Make Studio (Mohaimeen Islam, Zachary Mollica, Sahil Shah, Swetha Vegesana, Yung-Chen Yang)
Năm: 2015-2016
Được thiết kế bởi các sinh viên của Trường Kiến trúc AA tại London, Kho Gỗ Hooke Park Woodchip Barn là một cố gắng thành công trong việc tái tạo lại tri thức truyền thống và tạo ra các hình thức kiến trúc trực tiếp lấy cảm hứng từ thiên nhiên. Kho sử dụng gỗ khai thác tại chỗ để khám phá tiềm năng của các vật liệu tự nhiên không đồng đều và phức tạp. Cấu trúc mái vòm của kho được tạo thành từ 25 cành cây beech phân nhánh, được quét 3D và gia công bằng cánh tay robot, cho phép các mối nối chính xác. Việc sử dụng những hình dạng và vật liệu không chuẩn này làm tăng tính đặc trưng cho kho và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc làm việc với các đặc tính vốn có của vật liệu.
7. Cầu Thép In 3D
Nhà thiết kế: MX3D
Năm: 2021
Cầu MX3D là một cây cầu đi bộ dài 12 mét được in 3D tại Khu đèn đỏ của Amsterdam, được thiết kế bởi Joris Laarman và xây dựng bởi công ty robot Hà Lan MX3D. Cây cầu được tạo ra bằng cách sử dụng các cánh tay robot sáu trục để hình thành một hình dạng chữ S với các lan can có kiểu lưới, được thiết kế bằng phần mềm mô hình hóa tham số. Các robot sử dụng công nghệ in 3D để xây dựng cấu trúc thép không gỉ trong hơn 6 tháng tại nhà máy, sau đó được lắp đặt trên kênh. Cây cầu được trang bị cảm biến để thu thập dữ liệu và xây dựng một bản sao kỹ thuật số (digital twin), cho phép theo dõi liên tục hiệu suất, sức khỏe và điều kiện môi trường của nó.
8. Trung Tâm Hội Nghị Venue B
Nhà thiết kế: Archi-Union Architecture
Năm: 2018
Archi-Union Architects đã xây dựng Venue B, một trung tâm hội nghị ở West Bund, Thượng Hải, bằng các kỹ thuật robot và thiết kế lấy cảm hứng từ trí tuệ nhân tạo trong chỉ 100 ngày. Các cấu trúc nhẹ được đạt được thông qua sự kết hợp giữa lập kế hoạch thuật toán và phương pháp xây dựng tiền chế, mang lại một ngôn ngữ thiết kế hòa quyện với hình thức hiện đại và bảng màu nhạt của các tòa nhà công cộng xung quanh. Công trình bao gồm ba phòng hội nghị được định vị góc cạnh với các sân vườn, hòa hợp liền mạch với các tòa nhà hiện đại trong khu vực. Các tính năng sáng tạo của công trình bao gồm mái vòm gỗ tiền chế, mái thép-gỗ liên kết với nhau, đạt kỷ lục thế giới, và một gian cà phê in 3D. Lập kế hoạch thuật toán đảm bảo phân bổ trọng lượng tối ưu, trong khi các kỹ thuật chế tạo kỹ thuật số giúp xây dựng các khu vực tòa nhà in 3D, ghế và bàn.
9. Sàn Stereoform Bê Tông
Nhà thiết kế: Skidmore, Owings & Merrill (SOM)
Năm: 2019
Công ty kiến trúc SOM đã xây dựng Pavilion Stereoform Slab sử dụng phương pháp chế tạo robot mà họ tuyên bố có thể giảm dấu chân carbon của các tòa nhà bê tông cao tầng. Mẫu thử pavilon, được trưng bày tại Biennale Kiến trúc Chicago, tập trung vào một bay bê tông tầng đơn có trong các công trình cao tầng. Hình dáng cong của pavilon được đạt được thông qua khuôn Expanded Polystyrene (EPS) chế tạo bằng robot, giảm lãng phí vật liệu và mang lại mức giảm carbon 20% so với các hệ thống truyền thống. SOM tin rằng phương pháp này có thể mở ra con đường cho một tương lai bền vững hơn trong kiến trúc bằng cách suy nghĩ lại các loại công trình truyền thống trong khi vẫn duy trì tính dễ dàng khi triển khai.
10. Kiến Trúc Lắp Ghép Bay
Nhà thiết kế: Gramazio Kohler Architects, Raffaello D’Andrea và ETH Zürich
Năm: 2011-2012
Kiến trúc Lắp Ghép Bay là một dự án hợp tác giữa Gramazio Kohler Architects, Raffaello D’Andrea và ETH Zürich, sử dụng đội drone để nâng và xếp chồng hàng ngàn viên gạch polystyrene, tạo thành một tháp cao 6 mét tại Trung tâm FRAC ở Orléans, Pháp. Dự án tiên phong này đã giới thiệu lần đầu tiên máy bay bay xây dựng một cấu trúc phân biệt từ 1.500 yếu tố. Với khả năng di chuyển tự do, drone mang lại lợi thế lớn, hỗ trợ xây dựng các thiết kế kiến trúc cao hơn và phức tạp hơn mà trước đây không thể thực hiện được thông qua các phương pháp truyền thống.
Kết luận
Ngành xây dựng đang trải qua một sự chuyển mình lớn với sự tích hợp của các kỹ thuật robot. Các công trình được giới thiệu trong bài viết này chỉ là bước đầu tiên trong những gì có thể đạt được khi trí tuệ nhân tạo kết hợp với sự chính xác của robot. Khi ngành AEC tiếp tục phát triển, việc áp dụng những công nghệ này sẽ rất quan trọng để giải quyết nhu cầu về hiệu quả, tính bền vững và đổi mới, đồng thời mở ra một kỷ nguyên mới về sự xuất sắc trong xây dựng. Tương lai chứa đựng vô vàn khả năng, và trách nhiệm của chúng ta là tiếp nhận và hoàn thiện những công nghệ này để tạo ra một môi trường xây dựng tốt hơn.
Comments