转自：RAC设计留学
本日我们约请了来自加州大学洛杉矶分校MArch专业的Mavis学姐来分享她的毕设项目《Scale Weave》。如何利用鱼鳞系统揭示仿生学在建筑领域的创新潜力？接下来让我们一起看看学姐是如何将项目做到兼具都雅和功能的吧~
Scale Weave
作品关键词：
#鱼鳞 #鳞片编织 #3D打印 #CFD仿照 #建筑更新
作品获奖：
Distinction毕业
项目作者
Mavis
UCLA MArch
我的毕业设计以参数化为工具，研究自然系统的构成逻辑，并通过3D打印技能运用于旧建筑立面的改造。与以往课程项目不同，毕业设计历时三个学期，共计一年。第一学期紧张进行研究，探索自然系统的形式与功能之间的相互浸染，并将其转化为可控的设计措辞。第二学期重点实践，制作样本测试不同的3D打印技能和材料。而在末了一个学期，设计事情深入到详细的建筑立面改造中。
01.
项目背景｜Background
我研究的是鱼鳞系统，紧张关注其适应自然环境的机制，并将其运用于Sparkle Building的立面改造。通过CFD和热辐射仿照，我剖析了鳞片的形状、开合角度、尺寸、密度和曲面的曲率，评估其在风能捕获和辐射防护方面的效果。保留历史建筑原立面的同时，鱼鳞系统作为第二层立面，以其独特的排列办法、节奏感以及金属质感和多样的色彩，为建筑增长了当代活力。
▎目标策略和设计目的
项目结合前辈的3D打印技能与材料，探索了仿生学在建筑领域的创新运用。通过剖析不同类型的鳞片构造，如圆鳞、栉鳞、硬鳞和盾鳞，揭示了这些自然元素如何为水生生物供应防护、降落阻力并调节温度。将这些特性融入建筑设计，创造出不仅功能上高效且在城市环境中极具视觉冲击力的外墙系统，展现了仿生学在建筑美学与性能领悟中的巨大潜力。
02.
设计过程｜Process
1.0 研究鱼鳞系统的形状特色的逻辑和性能之间的联系，并考试测验用gh归纳逻辑：
正如我在早期研究中提到的，鱼鳞紧张分为四种类型：圆鳞、栉鳞、硬鳞和盾鳞，它们各自具有独特的特色，适应不同的环境和生存需求。在调研过程中，最引起我兴趣的是鱼鳞的保温功能。鳞片通过在皮肤间保存水分，形成具有热缓冲效果的水层，帮助鱼类应对温度变革。鉴于水和空气同为流体，且有相似的特性，我开始思考如何将这一机制运用于建筑设计。于是，3D打印鱼鳞状建筑外墙成为我的研究方向，以磋商其在管理气流、优化建筑热掌握中的潜力。
2.0 制作实体模型小样，测试一种或多种3d打印技能以实现鱼鳞仿生：
我开始制作鱼鳞系统的模型时，首先从真实鱼类中汲取色彩灵感，选择了光固化树脂3D打印技能来实现这些繁芜的设计。这项技能不仅能确保鳞片的风雅度和强度，还能制作出薄而坚韧的构造。为了增强视觉效果，我在打印完成后进行了手工上色，授予鳞片金属般的光泽、鲜艳的色调以及半透明的质感，营造出逼真的反射效果。
借鉴同样的设计理念，我创造了一款鱼鳞面具，模拟鱼鳞在自然界中的排列办法、组织构造、色彩及材质展开。这种设计不仅大幅提升了面具的视觉美感，还具备实际的功能优化。通过风雅调度鳞片的开合角度、曲率及材料构成，面具能够灵巧适应多种面部防护需求，兼顾都雅与实用。
鳞片防护罩的紧张浸染之一是防止阳光直射。其鳞片的独特排列和曲率设计有效阻挡了有害紫外线，从而保护佩戴者的面部。此外，这些鳞片还促进了空气流利，有助于防止佩戴时的不适和湿气积聚，确保在酷热景象下佩戴者能够保持舒适和风凉。研究创造，随着利用韶光的增加，热空气会在鳞片面罩和面部之间积聚，而冷空气则在该区域聚拢，这种征象有助于坚持面部的适宜温度。
鳞片防护罩通过其创新的设计元素确保了舒适的佩戴感想熏染。部分覆盖的鳞片使面罩保持柔韧，能够适应各种面部构造。这种适应性对付用户的舒适性至关主要，可以防止永劫光佩戴时的不适或束缚感。
3.0 量化测试和验证新设计的物理性能：
为了评估鳞片系统在实际运用中的性能，我进行了打算机流体动力学（CFD）仿照，研究了鳞片尺寸、位置和角度变革对系统效果的影响。结果显示，鳞片密度和尺寸最大的区域险些完备阻挡了外部热空气，从而在另一侧实现了最大的温度低落。仿照覆盖了三个不同的截面，结果表明速率和压力残差整体低落，表明解的收敛性良好。湍流指标 epsilon 和 k 的颠簸反响了流动的繁芜性，但总体低落趋势显示了热量和气流管理的有效性。比较剖析结果显示，密度较低的区域许可更多热量通过，而密度较高的区域则有效阻挡并重新勾引热流，证明了鳞片系统的密度与热性能之间的直接关系。
接着，我对不同形状的鳞片进行了性能测试。创造三维设计的鳞片通过其互锁机制显著增强了系统的稳定性和隔热性能。这种构造创建了许多眇小的气囊，使得系统能够有效地捕捉和保持空气，类似于鱼鳞如何夹住水。这一点在CFD仿照中得到了明确验证。剖析结果显示，三维鳞片在热管理方面优于较平面的设计，其收敛程度在三个截面图中均表现出更好的效果。
4.0 结合鱼鳞系统的研究进行旧建筑里面改造设计：
遵照相同的思路，这一系统可以有效地运用于建筑外墙设计。为了提高鱼鳞系统在建筑外墙中的功能，我对原有构造进行了改造。首先，我保留了住宅单元的原始外墙，但拆除了其上半部分，形成了前辈的鱼鳞系统与传统建筑外墙的光鲜比拟。随后，我从底部到顶部向西扩展并旋转了阳台，创造了新的户外空间，将当代设计与旧有构造奥妙结合。末了，我在每层楼单独安装了鱼鳞系统，以便于透风和阳光透过，同时简化了施工过程。
同时，我通过CFD仿照对三种不同的鳞片布局方案进行了比较。将立面分割成多个部分不仅简化了安装过程，还提升了系统性能。仿照结果显示，方案3表现最佳，创造了最大的降温区域。通过这种分割布局和C型鳞片设计，外墙能够在每个小气囊之间有效阻挡或捕捉空气，从而减少夏冬两季室内温度的颠簸。
考虑到构造，外墙系统的构造框架设计为防止变形，采取了与3D打印鳞片不同的金属支撑。通过3D打印制成的单个鳞片面板被组装在铝线框架上，并由额外的钢层固定。
为了再现鱼鳞系统的鲜艳色彩，我们在模型和实际运用中采取了不同的策略。在模型制作中，我们选择了光固化树脂3D打印技能，由于它在精度、细腻度、薄度和强度方面均能达到哀求。只管打印过程中须要支撑构造来整合鳞片和支撑框架，但与熔融沉积建模（FDM）比较，这些支撑构造显著减少且在固化后随意马虎去除，从而提高了成品的强度。每片鳞片都经由UV颜料的手工上色，以确保外不雅观的同等性，并授予其金属光泽、丰富的色彩和适度的透明度。
03.
终极成果｜Outcome
总结来说，这项研究深入磋商了鱼鳞的构造和功能适应性，揭示了仿生学在建筑领域的创新潜力。通过对圆鳞、栉鳞、硬鳞和盾鳞等多种鳞片类型的研究，我们得到了关于这些自然元素如何保护水生生物、减少阻力和调节温度的深刻理解。结合前沿的3D打印技能和材料，这一研究不仅优化了外墙的性能，还授予其独特的视觉吸引力，使其成为城市景不雅观中的显著亮点。
04.
问与答｜Q&A
Q：叨教是如何决定作品主题的呢？灵感来源来自哪里？
A：由于毕设主题是用参数化来研究自然系统的组成逻辑，并通过3d打印技能利用到旧建筑的立面改造上。在挑选自然系统的时候我就首先想到了鱼鳞。这种构造的排布和组织很有规律，但每一片鱼鳞又不尽相同，这使得这个自然系统很适宜参数化设计。同时，由于水和空气同为流体，鱼鳞在水中的功能与建筑表皮在空气中的功能可以类比，以是就确定了这个研究工具。
Q：这个项目设计作品中个人最满意的是哪里，做项目的时候有什么脑洞大开的地方可以跟我们分享吗？
A：最满意的地方是这个项目看似异想天开，但研究性和落地性实在很强，鳞片的形状、组织都是根据流体力学仿照的数据量化决定的；对3d打印的研究也是和3d打印建筑公司互助，由模型尺度到1：1建筑尺度都进行了打印测试，全体研究过程真的非常完全。
Q：对付园地研究和调研，还有信息搜集阶段有什么可以分享的嘛？
A：这个不太多，由于这个项目是建筑表皮研究，以是我对园地的剖析紧张就在朝向上，包括日照方向和风向的研究。
Q：通过该设计你想达到怎么样的一个目的？在项目的设计过程中有没有碰着什么难题，又是怎么办理的呢？在做这个项目的时候有没有发生什么冲破常规的事情？
A：大略来说我想达到的便是让这个项目兼具都雅和功能，不是纯挚的空中楼阁的艺术品，也不是纯运算剖析的功能主义产物。在做CFD仿照时有碰着挺大困难的。作为建筑师而非工程师，我对这个领域完备不理解，不知道用什么工具实现，也不知道如果看懂末了的结果，以是推进的特殊困难，常常一整体什么都没仿照出来。末了我乞助了来给我们评图的工程师，考试测验了三四种软件才做出来。这对我来说是从没有过的。
Q：在全体项目中，都利用到了哪些设计工具呢？
A：PS，AI, blender， Rhino, Grasshopper, Butterfly, Rubby, 树脂3d打印，FDM3d打印
Q：如果韶光许可的话，这个项目还有什么地方想要进一步深入的吗？
A：项目早期想做一个可动的立面，能更好的在不同韶光段对建筑进行风骚管理，但后来创造难度太大而放弃了。如果韶光许可我可能会找类似领域的构造工程师互助，会往这个方向再探索一下
末了再次感谢同学的精彩分享！
图文来源 ：Mavis
文中图纸版权归作者本人所有