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摘要：随着科学技术的快速发展，建筑设计行业逐渐进入到了一个新的阶段。建筑工程也正在以一种新的方式不断向社会呈现。科学技术的进步推动了新兴纤维材料的发展，新型材料在不断发展中也促进了建筑工程的创新。本文将先介绍新兴纤维材料在建筑领域中的应用现状，再说明其在建筑领域中的探索。
关键词：新兴纤维材料；建筑领域；探索
1、新兴纤维材料在建筑领域中的应用现状
随着科学技术的不断进步，工业时代的发展已逐步与时代发展变得一致，一些新异现象开始显现，并且已经变得平常，这些新异的产品也改变着社会各行各业未来的发展方向。建筑作为人类文明的产物，正受着先进技术的冲击和挑战，在工业时代，发挥着主要作用的是钢材料，而纤维材料随着新时代的发展经过数年的沉淀，已在重量、刚度和耐高温等特点上具有一定优势。然而，对于这一新兴材料的实践性，应该受到人们的推崇。而且随着现阶段人工智能的发展，这个名词进入了人们的视野，人工智能旨在创造一种与人类智慧相类似的全新技术。当前，人工智能能够对语言和图像进行识别和分析，该技术现已立项，并结合运用到建筑设计中，并在建筑设计中探索出一种更加成熟的智能化设计方式。现阶段应用最多的两种技术为 “翅鞘纤维亭”和“仿生研究馆”。
1.1翅鞘纤维亭
翅鞘纤维亭是一种新兴的纤维仿生材料，它是在2016年，展出于维特拉设计博物馆内，当时展览馆的主题是人类的机器与共同设计，后又在另两个博物馆相继展出。该项目从设计与材料入手，作为一种新型技术，现还停留在理论阶段，还未停留在实践阶段，这是一项挑战，同时也需要抓住该机遇，证明纤维材料在建筑设计中扮演着重要的角色。纤维材料用于建筑设计中，除了具有天然的理论优势之外，还具有极强的可塑性，纤维材料本身初始状态为柔软状态，而后经过和树脂的反应后就会得到加固，而在ICD建筑中，使用了碳纤维与玻璃纤维相结合的材料，依照钢筋混凝土的特性，装置由六边形模块组成，并用7个纤维材料柱子支撑物构成，由于该项目中支撑物由若干个模块组成，每一模块都是经过计算机编程得出。计算机中使用的机械臂被树脂浸泡后一些为被固化的碳纤维编入六边形脚手架的缝隙中，而后经过循环完成编制。当定义每一组件时，几何图形都是通过图形的铺设完成的。纤维需要先在机器中完成线性拉伸，然后经过缠绕拉伸，这一纤维之间的相互作用使之产生曲面，缠绕的顺序决定了造型的整体布局，从而实现材料驱动。这些材料在相互作用的前提下通过编程模式来定义，由此可见，纤维材料具有一定灵活性、智能化，赋予了建筑设计的多样性。在建筑设计上，项目结构的优化建立在数据反馈上，这对新兴技术的发展具有深远意义。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在设计上，新兴纤维材料不仅给其他人设计纤维材料有所启发，而且建立了人工智能领域的联系，设计团队尝试挖掘当代建筑工程创新的可能性，这可能在未来也会改变整个建筑工程环境。
1.2仿生研究馆
仿生研究馆于2015年建成，仿生研究馆研究设计出了一种新的思路：其设计源于蜘蛛搭建巢穴的过程，设计者需要全面分析蜘蛛的结网过程，然后模拟程序化方式对其进行仿生模拟，水蜘蛛为了生存会在吐出的气泡中等候猎物，然后以叠加的方式增强气泡的稳定性，通过模拟这一生长方式，工程项目将建筑环境中的风力等代入了结构模拟中，为增强纤维布局，设计者基于一种编成方式，降雨蜘蛛工作类似的结构采用数字代理，生成用于机器人存放路径。这一行为是从参数关联衍生而来的，这一计算设计过程能使设计人员将参数生成于各种不同的纤维中，为了使这一生物序列转移到建筑工程中，设计者研发出一种支撑外壳的工艺，这种膨胀的外壳由气压支撑，通过纤维加固，最终成为一种单体结构，这就帮助人员更加高效地利用材料，能够实现纤维结构的稳定性。同时，为了适应不同结构的要求，需使用最轻的材料，为了保证气压软壳的变化，机械臂需安装嵌入式传感器记录当前的位置，并将数据体现在机器人中。这种网络结构允许在实际生产中控制机器人数字代码，在数字之间形成反馈，这一项目代表了当前的重要发展背景，而且给机器人提供了新的机会。仿生研究馆是通过设计、仿真的设计馆，体现了当前的创新能力。此项目用于建筑工程中，可以用一种新的语言形式反映新兴纤维材料的应用成果。
2、纤维材料在建筑结构上的试验
2.1水平弯曲试验
该试验采用卧式弯曲试验机，通过对比钢和复合材料的性能，对比它们的弯曲度，保证样品具有一定量的体积，然而，相同体积的钢柱结构比纤维式钢柱更重47倍，变形量为4.2厘米。这一程度表明钢结构承受不住5吨的压力，而在另一样品中由3层碳纤维组成，可以承受5吨的压力并且不变形，在2天后弯曲，即使纤维长丝受到干燥，经过一段时间后性能也能得到显著提升。与其他钢材料比较，5层钢具有一定优越性，而且不会产生断裂现象，由碳纤维组成的复合材料则具有坚固的结构，而由2层碳纤维组成的材料则受到了永久的变形和破坏。结果显示，2层碳纤维材料不足以形成结构原型，为了保证5层的碳纤维厚度，样品的碳纤维应增加到3层，玻璃纤维减少2层，因此，样品8中由4层碳纤维和2层玻璃纤维组成，能够承受5吨的压力，而且能够抗击一定缓冲力，避免粉碎。
2.2垂直载荷试验
垂直荷载试验选择具有5层碳纤维的结构和2层玻璃纤维的结构，当竖向荷载力作用于钢柱时，产生了3.5毫米的变形力，但由于在现实世界中，纤维容易开裂而坍塌，因此试验失败，另外，对于垂直压力的区域，证明碳纤维具有一定脆弱性，然而，样品会产生永久变形，没有包含一些断裂的区域。值得注意的是，2层玻璃纤维和4层碳纤维结构重量较轻。
总之，纤维材料本身具有一定结构优势，能够承受重力更强的物体，碳纤维和玻璃纤维相互编织结合后，能够弥补碳纤维的刚性和易碎性，具有比钢结构更好的优势。而且，两种纤维材料具有优势互补性，不同比例的结合可以适应不同的建筑结构和环境变化。
3、新兴纤维材料在建筑领域实践中的探索
3.1智能化建造
虽然纤维材料具有一定优势特点，在建筑结构上具有一定可操作性。但该材料的形态特点决定了人工操作具有一定难度，从而阻碍了建筑行业的推广和发展。但可以利用人工智能技术，将该技术编入相应程序，结合机械臂对其进行智能化建造。利用人工智能技术将编织路径编入程序，并结合机械臂的使用进行智能化建造。以仿生研究馆为例，通过模拟仿生水蜘蛛的结网过程，使编制材料的时间大大缩短，但该项目不适用于所有建筑工程项目中，程序化的进程会将编织过程误差降到最低，从而避免了材料浪费带来的成本花费。另外，翅鞘纤维亭的单一模块需要3个小时，编制时长为14天，这一程序化的手段大大提高了工程效率，促进了工业化生产。机械臂作为一种高效手段，是未来建筑领域发展的方向之一。
3.2模拟化设计
人工智能技术人的发展在本质上属于是扩展与模拟，它的根源无法脱离模拟现实，正如翅鞘纤维亭和仿生研究馆，它们的设计本质都是仿照生物的方式，即使设计依然停留在与建筑无关的性质上，但这一设计方式将纤维材料的可塑性和灵活性都发挥了出来。
结束语：
总之，人工智能用于建筑的设计中能够促进纤维材料的应用，新兴纤维材料的智能化设计可以对结构的轻质性和建筑设计中的梁柱进行定义，新兴纤维材料的智能化设计为未来建筑发展的方向，也能够推动建筑材料的创新与发展。
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论文作者:王春火 汤宪康
论文发表刊物:《城镇建设》2019年14期
论文发表时间:2019/9/29
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