纤维住宅丨法国尼斯

©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

感谢 ICD（斯图加特大学）+ITKE（斯图加特大学）重新思考共同生活的物质基础。我们的生活有 87%是在建筑中度过。建筑物构成了我们共同生活的物质基础，而也正是建筑的这种物质与实体的属性给社会带来了最严重的生态和社会挑战之一。因此，人们如何在未来共同生活的问题也就与建筑未来的问题形成了内在的联系。

▼纤维住宅©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

建筑建造已经成为物质性最密集、对环境危害最大的人类活动之一。自上个世纪以来，仅由承重结构带来的人均建筑材料消耗就已经增加数倍，而承重结构的材料占据整个建筑材料的一半以上。当下的建筑形式优先考虑简单的施工过程而非节约材料与资源，已不具备可持续性，因而迫切需要新的方法。

▼纤维住宅

©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

大自然恰恰为我们提供了一个典范式的替代方案：几乎所有生物界的承重结构都是纤维系统，其纤维的组织、方向性和密度都与产生的力形成了精确的校准关系。由此产生的高水平的形态分化、功能性和相关的资源效率便成为了自然结构的象征。斯图加特大学的项目团队多年来一直在研究以“更少的材料”构建“更丰富的形式”的仿生原则。纤维结构为建造未来的人类住所提供了一种独特且值得深入思考的材料方法。

▼“纤维住宅”在 2021 年威尼斯建筑双年展展场© ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

纤维住宅：走向去物质化的物质文化

斯图加特大学 ICD 和 ITKE 团队在 2021 年的建筑双年展上呈现了他们对这一另类物质文化的长期探索成果。“纤维住宅”是展览中的核心展品，它既是一个全尺寸的建筑装置，又是一个为假定中的文化变革所做的开放模型。

▼建筑设计分析©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼模型©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

该项目针对的是从“前数字时代的材料密集型建造”到“真正的数字建造”的转变方式：前者主要使用重型、各向同性（isotropic）的建筑材料，如混凝土、石材和钢材，这些材料通常在遥远的地方采集并加工成建筑单元，再经过长途运输送达场地；后者使用高度各向异性（anisotropic）的材料，并在当地完成结构的分化和装配，最终呈现为一个由纤维构成的建筑。

▼“纤维住宅”外观©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

“纤维住宅”是基于项目团队对“机械制造的纤维复合结构”长达十年的研究而产生的。作为该类型中的第一座多层建筑，“纤维住宅”包含了可居住的纤维楼板和墙壁，其整个结构均是由“纤维纺线”构成，其本质是一束束无端点的单向纤维。

▼一个以 2.5 米典型住宅网格为基础、由可重新配置的墙壁和天花板元素构成的系统©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼纤维单元示意©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

为了强调项目的模型特征，项目团队开发了一个以 2.5 米典型住宅网格为基础、由可重新配置的墙壁和天花板元素构成的系统。

▼整个结构均是由“纤维纺线”构成©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼二层空间©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

该建筑的投射性反映了对勒·柯布西耶的多米诺住宅（Maison Dom-Ino）的参考——后者是建筑史上具有重要影响的建筑模型。该装置的建筑面积、三层楼的布局和划分以及多功能、可扩展的系统均与多米诺住宅相吻合。与大型体块的构造相比，纤维结构具有另一种完全不同的性质，可以被参观者从空间和触觉上直观地体验到。另一个关键的区别体现在结构的适应能力以及由此产生的与既有建筑群的互动关系，这对于未来的城市建筑而言有决定性的影响——在双年展展场，军械库的既有立柱被整合到装置当中，有意地强调了这一点。

▼军械库的既有立柱被整合到装置当中©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼二层空间细节©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

纤维构造学：适应性的实现方式与可变的物质性

纤维墙体和天花板构建的制造采用了项目团队研发的无芯的机械缠丝技术，可使纤维具有适应局部负荷的能力，并允许对纤维进行排列，从而实现一种令人惊叹的轻质结构：上部楼层的承重纤维结构在符合建造规范的情况下重量仅为 9.9 千克/平方米。墙体单元的重量还要更轻。

▼结构设计示意：令人惊叹的轻质结构© ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼纤维墙体细节©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼参观者可以从空间和触觉上直观地体验到纤维结构的性质©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

制作单个承重楼板所需的材料总量不到组件体积的 2%，极低的材料消耗加上极为紧凑的机械生产单元，使未来可以完全实现现场生产，且不论是在最初的施工过程还是后期的扩建或改造过程中，都不会产生过多的噪音和浪费。使用这种方法建造的建筑将长时间地保持适应性与灵活性。

▼制作过程示意 ©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

制作现场©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼展览区域 ©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

“纤维住宅”自身已展示出如何通过高度去形态化的结构来表达空间和营造真实的建筑，其中可以重新配置的建筑构件仅用数千克重的材料即可制成。与柯布西耶的作为 20 世纪建筑模型范例的多米诺体系相比，“纤维住宅”的结构重量足迹减少了约 50 倍。

▼纤维细节 ©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼单元原尺寸模型©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

更加重要的是，它指向了更加新颖的物质文化以及更大型的生态（材料和能源）、经济（价值链和知识生产）、技术（数字技术和机器人技术）以及此处涉及的各类社会文化议题。

▼装配现场©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

项目图纸

▼透视图 ©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼首层平面图©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼上层平面图©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

▼剖面图©ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

Project Team

IntCDC / ICD University of Stuttgart, Institute for Computational Design and Construction

Prof. Achim Menges, Niccolo Dambrosio, Katja Rinderspacher, Christoph Zechmeister, Rebeca Duque Estrada, Fabian Kannenberg, Christoph Schlopschnat

IntCDC / ITKE University of Stuttgart, Institute of Building Structures and Structural Design

Prof. Jan Knippers, Nikolas Früh, Marta Gil Pérez, Riccardo La Magna

Lab support: Aleksa Arsic, Sergej Klassen, Kai Stiefenhofer

Student Assistance: TzuYing Chen, Vanessa Costalonga Martins, Sacha Cutajar, Christo van der Hoven, Pei-Yi Huang, Madie Rasanani, Parisa Shafiee, Anand Nirbhaybhai Shah, Max Benjamin Zorn

In collaboration with: FibR GmbH, Stuttgart

Moritz Dörstelmann, Ondrej Kyjanek, Philipp Essers, Philipp Gülke, with support of: Erik Zanetti, Elpiza Kolo, Prateek Bajpai, Jamiel Abubaker, Konstantinos Doumanis, Julian Fial, Sergio Maggiulli

Project Support

University of Stuttgart, Cluster of Excellence IntCDC, EXC 2120, Ministry of Science, Research and the Arts, Baden-Württemberg

GETTYLAB, Teijin Carbon Europe GmbH, Elisabetta Cane with Bipaled s.r.l. – Annalisa Pastore, Trimble Solutions Germany GmbH

Project Data

Building System:Two-story, robotically fabricated, load bearing glass- and carbon fiber composite structure made of 23 km of glass fibers total and 20 km of carbon fibers totalDimensions Length/Width/Height:10,00m / 11,78m / 5,76mFloor Area:125 m² total

62,5 m² per floor

Weight of load-bearing fiber composite structure:9,9 kg/m² for inhabitable first floorWeight of load-bearing fiber composite structure including 27 mm timber floor panels:23,7 kg/m² for inhabitable first floorWeight comparison to regular 200 mm thick concrete slab:Load-bearing fiber composite structure: 50x lighter

Load-bearing fiber composite structure including timber floor panels: 21x lighter

Material Volume Ratio:1,9% material volume per slab volume

Photo credits:ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart

Photographers:Rob Faulkner, Christoph Zechmeister, Filippo Ferrarese