自然結(jié)構(gòu)和生物體是數(shù)百萬年適應(yīng)和進(jìn)化的結(jié)果，其運(yùn)作效率之高，令人不得不贊嘆。每一種形態(tài)似乎都有著明確的目的，展現(xiàn)出功能與美感和諧共存中的巧妙構(gòu)思。從葉子到最小的生物體，自然遵循著無可挑剔的經(jīng)濟(jì)與精確法則，杜絕浪費(fèi)。這證明了簡約往往是精致最純粹的表達(dá)。例如，樹木在生長過程中會最大限度地增強(qiáng)力量和穩(wěn)定性，同時最大限度地減少資源使用。這種結(jié)構(gòu)效率是通過將纖維沿著最大張力的路徑排列，以及將樹干和樹枝塑造成最優(yōu)負(fù)載分布的形狀來實(shí)現(xiàn)的。這證明了自然首先是一位技藝高超的工程師。
從自然結(jié)構(gòu)中尋求理解和靈感在建筑領(lǐng)域早已屢見不鮮。例如，19世紀(jì)末的新藝術(shù)運(yùn)動將自然元素轉(zhuǎn)化為流暢、裝飾性的形式，安東尼·高迪的作品中就融入了模仿植物和骨骼的有機(jī)線條和結(jié)構(gòu)。生物形態(tài)設(shè)計的先驅(qū)弗雷·奧托則超越了美學(xué)范疇，復(fù)制了自然結(jié)構(gòu)原則，如睡蓮?fù)さ妮p質(zhì)高效張拉結(jié)構(gòu)，其靈感來源于葉片的解剖結(jié)構(gòu)。
當(dāng)代的一個例子來自Strong by Form公司，該公司開發(fā)了創(chuàng)新的Woodflow技術(shù)，靈感來源于樹木和其他自然系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。Woodflow將自然的效率和強(qiáng)度原則轉(zhuǎn)化為高性能解決方案。該技術(shù)應(yīng)用于建筑和汽車行業(yè)，將可持續(xù)性與創(chuàng)新相結(jié)合，提供了輕質(zhì)、耐用且環(huán)保的替代方案，重新定義了設(shè)計和工程標(biāo)準(zhǔn)。Strong by Form的首席執(zhí)行官分享道：“自然的驚人效率啟發(fā)了我們，讓我們模仿樹木以最少材料使用創(chuàng)造韌性的能力?！?/p>
“當(dāng)你觀察一棵樹時，你很少能看到直線；相反，你看到的是自然塑造的形狀，這些形狀能夠有效地抵抗風(fēng)力和重力等力量。樹木通過沿著結(jié)構(gòu)路徑排列纖維并引入分散負(fù)載的曲線來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，從而在材料使用最少的情況下創(chuàng)造出韌性?！?/p>
為了捕捉這種自然的韌性，該公司開發(fā)了“3D木材”——一種層狀木復(fù)合材料，它模仿每一層中的應(yīng)力流動，使纖維排列與結(jié)構(gòu)路徑一致以進(jìn)行加固。“通過將形狀優(yōu)化與纖維結(jié)構(gòu)相結(jié)合，我們創(chuàng)造了一種在結(jié)構(gòu)上與樹木非常相似的材料，它能夠在保持輕質(zhì)的同時有效地分散負(fù)載?！卑驳铝宜拐f。這種仿生工程方法使得Woodflow技術(shù)的誕生成為可能，該技術(shù)能夠生產(chǎn)出性能可與鋼鐵和混凝土媲美的木基部件。
先進(jìn)制造與可持續(xù)發(fā)展的融合
該技術(shù)融合了數(shù)字優(yōu)化、先進(jìn)制造和材料科學(xué)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了革命性變革。它使用復(fù)雜的算法來模擬負(fù)載路徑和應(yīng)力狀況，以優(yōu)化材料分布，生成具有卓越強(qiáng)度重量比的仿生幾何形狀。該系統(tǒng)利用如生物復(fù)合材料和天然纖維等各向異性材料，將其性能與結(jié)構(gòu)應(yīng)力流對齊，以提高性能的同時最大限度地減少浪費(fèi)。
包括3D打印和自動化制造在內(nèi)的精密制造方法將這些優(yōu)化設(shè)計轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，與傳統(tǒng)方法相比，材料使用量可減少高達(dá)75%。其結(jié)果是，形成了一個可持續(xù)且可擴(kuò)展的建筑系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了結(jié)構(gòu)效率、美學(xué)多功能性和大幅降低的隱含碳。該工藝專為工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)而設(shè)計，無縫連接設(shè)計與制造，每年可生產(chǎn)數(shù)百萬平方米的產(chǎn)品。
“自動化在我們的工藝中占據(jù)核心地位，使我們能夠繞過阻礙許多新材料達(dá)到工業(yè)規(guī)模的較慢、手工流程。”
從基礎(chǔ)設(shè)施到汽車創(chuàng)新的廣泛應(yīng)用
Woodflow技術(shù)的適應(yīng)性使其適用于各種應(yīng)用，充分利用其輕質(zhì)和高強(qiáng)度的特點(diǎn)。以下三個關(guān)鍵重點(diǎn)領(lǐng)域包括：
Woodflow-Skin 包層：一種用于室內(nèi)和建筑立面的覆蓋層解決方案，使建筑師能夠利用木材的自然美感，創(chuàng)造出復(fù)雜、自由形態(tài)的設(shè)計。與傳統(tǒng)材料如玻璃纖維、聚合物和金屬相比，它提供了一種可持續(xù)的替代方案，同時不犧牲美學(xué)或性能。最近在CMPC公司大廳翻新項目中使用的這種視覺沖擊力強(qiáng)且環(huán)保的解決方案，與環(huán)保目標(biāo)相契合。
用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的Woodflow材料：其強(qiáng)度重量比可支持跨度高達(dá)10米的結(jié)構(gòu)，因此非常適合大型建筑。用Woodflow-Core替換傳統(tǒng)混凝土板具有巨大的潛力來減少二氧化碳排放——如果全球范圍內(nèi)推廣，估計每年可減少0.3至0.5億噸。團(tuán)隊指出：“如果用Woodflow-Core替換3000萬平方米的混凝土，將能顯著減少二氧化碳排放?！?/p>
用于汽車的Woodflow材料：旨在替代金屬和塑料，該技術(shù)旨在徹底改變汽車制造業(yè)。Woodflow Motion比鋁更輕且更可持續(xù)，在寶馬車輛的持續(xù)測試中已顯示出令人鼓舞的結(jié)果。初步結(jié)果表明，Woodflow的高強(qiáng)度重量比符合嚴(yán)格的汽車標(biāo)準(zhǔn)，同時與鋁相比可減少50%的排放，標(biāo)志著可持續(xù)汽車制造領(lǐng)域的一大突破。
推動行業(yè)變革的催化劑
據(jù)安德烈斯介紹，Woodflow的未來在于其可擴(kuò)展性、適應(yīng)性和多樣化應(yīng)用的潛力。Strong by Form公司正在完善其制造工藝，以使該技術(shù)成為傳統(tǒng)材料的大規(guī)?？尚刑娲?。一個重大突破是成功復(fù)制了沖壓金屬部件，這意味著Woodflow部件可以無需大規(guī)模重新設(shè)計即可與傳統(tǒng)部件互換使用。
對于傳統(tǒng)上較為保守的建筑行業(yè)而言，Woodflow證明了創(chuàng)新與可持續(xù)性可以并存。作為一種生物基、輕質(zhì)且可重復(fù)使用的材料，它符合建筑行業(yè)向可持續(xù)性發(fā)展的更廣泛趨勢。一項關(guān)鍵創(chuàng)新是它在預(yù)制方面的作用，通過在受控環(huán)境中進(jìn)行施工，減少浪費(fèi)并提高資源效率，從而提高生產(chǎn)力。Woodflow-Core就是一個典型例子，它在保持性能的同時，減輕了結(jié)構(gòu)部件的重量，并降低了對梁、柱和基礎(chǔ)的需求。
除了功能上的優(yōu)勢，Woodflow還具有碳捕捉能力，能夠無縫融入可持續(xù)設(shè)計理念，并激發(fā)設(shè)計師和建造者做出更環(huán)保的選擇。通過這種方法，它不僅成為了一種替代材料，更是行業(yè)變革的催化劑，樹立了效率和可持續(xù)性的新標(biāo)準(zhǔn)。
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