UCL B-Pro AD组算法奖 | 如何赋予建筑生命，让建筑“自我生长” / 开普饭

这周五，我们将为大家带来又一精彩作品——IRSILA

「 课程录屏 」

「 自我介绍 」

Yifei Jia

UCL,the Bartlett

Architecture Design

加州大学圣地亚哥分校

「 项目成果展示 」

「 项目概述 」

IRSILA是一个“有生命的”，可以“自我成长”的建筑系统，致力于打破现有固定的建筑生命周期，根据环境的变化，用户需求的变化不断地自我调整和“生长”。在此项目中，有三个不同尺度的设计和搭建过程：Spatial Planning - Voxelization of Spatial Units - Robotic Assembly。

「 背景介绍 」

Living architecture认为建筑是能够拥有生命的，并非是一个建成后就一成不变的建筑，而是一个可以根据周边环境变化和用户需求不断进行自我调整的建筑。RC3参照生命法则，游戏规则，对于建筑进行生命细胞模拟活动，模仿生命演变，从生物学角度出发让建筑更具备生命力，成为巨型的人工智能。

「项目介绍」

该项目目的是打破城市建筑仅有100年建筑周期的传统，IRSILA作为一座大型的文化类建筑，同时具备画廊展厅，咖啡休闲等建筑功能，根据外在环境变化用户需求等不断进行自我调整，以此匹配不同的功能需求。

项目存在3种不同的尺度关系，从大到小分别为Spatial Planning&Assembly（通过大的空间体，以代码形式进行不同排列组合拼接，形成大的建筑体），Voxelization of Spatial Units（单一空间体像素化到小尺度的拼搭单元），Robotic Assembly（拼搭单元机器人的帮助下进行搭建并重组），最后实现整个建筑的改变。

「项目细化 」

通过研究生学习生涯前期对机器人的学习，作者了解掌握了相应的机器人基础知识，并其行为模式进行测试分析，积累了一定的机器人制作经验，最后得到了由3D碳纤维打印而成的“Coco Robo”的机器人系统。

该机器人仅具有3个座机，在三个方向的自由度上进行3D攀爬，并且可以在3D空间中对像素化过的模块进行抓取。同时机器人元件的设计结合了仿生学思考，使得该机器人身体具备最小质量，却能够承受足够多的力。

对于机器人在3D空间中走路或攀爬的工作原理：作者通过多次尝试，最后通过代码程序的辅助，利用电磁铁磁力完成机器人在3D空间中移动的任务，机器人存在两只脚，一只脚锁住，而另一只脚松开链接到目标位置，循环往复实现空间移动。

为了让机器人具备自我意识，而并非完全利用代码操控，作者在机器人的设计中利用到了机器学习，即通过机器自我学习产生机器的自我行为逻辑和规则。例如在机器人训练中，设置绿色和红色的体块，当机器人移动触碰到体块时即可触发奖励或惩罚机制，通过40w步的训练后机器人即可具备良好的行动逻辑。在此基础上加深训练机制（改变2D网格样式，3D网格训练等），最后甚至实现了多个机器人在3D空间中的合作移动，共同完成目标形状，大大提高了工作效率。

同时，项目介入了人机互动的概念，机器人可以识别感应人的手势变化从而做出相应动作。

通过对机器人行为模式的学习研究，项目推进到相对大一些的空间体量。在空间体量的设计中，为增加模块实用趣味性，作者设置了多个不同的空间体模块形状，材料，并对不同空间体模块从稳定性，重量，体积，透明度等方面进行归类。通过对空间体像素化操作，配置不同的空间体模块，最后得出200多种空间体产出。

对于每个空间体的生成过程，可被细分为以下几步：1.在unity和grasshopper联动过程中完成像素化，并在unity的帮助下进行简单的结构模拟计算，以确保空间体在像素化后具备基本稳定的空间结构；2对空间体进行手工的排列组合，尝试获得更大的建筑体；3.计算机自动形成建筑体。

在算法设计过程中，200多种空间体，根据一定的连接逻辑，以代码形式在3D空间中自动形成方案。在此基础上，形成的方案结构具备一定多样性，但又不会过于复杂。同时在生成方案过程中，计算机也可根据使用者定义的因素，从稳定性，人口流动模拟，连接性等多个角度进行自我排查思考，进行多次空间组合不断自我迭代优化，最后获得理想方案。在此过程中，计算机也可不断自我学习了解定义一个好的方案。