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工業4.0不只是傳統製造業，包括各類型工廠的變革。在建築業越來越具備工業化生產特徵的今天，其進化也已經成為工業4.0不可或缺的一部分。
在過去數十年中，數位化、機器人和自動化技術顯著提升了製造業的產品質和生產效率。然而，在建築領域，儘管數位化已經成功地實現了自動化設計，但建築設計與製造之間仍然脫節。
現在一些製造商已經使用創新技術，從大規模生產轉向大規模客製化，而建築行業仍然只是採用DFMA（Design for Manufacturing and Assembly，設計製造和裝配）來重複大規模生產標準化的建築部件。
英國建築工程公司Newtecnic，將數位化和自動化技術，融入最新的建築項目，為我們思考如何推動，建築設計與製造的協同進化，提供了一種範例。
在沙烏地阿拉伯利雅得的King Abdullah，金融區地鐵樞紐項目中，該公司透過無人機、機器人、3D列印、數位孿生等創新技術，實現從概念設計到製造、模組化構件、外牆和內部設施的工程設計與創新，從而使設計與製造環節無縫銜接，充分保證建築項目的綠色、經濟和可持續性發展。
本地化建材和人員
Newtecnic公司沒有採用設計–遠端工廠製造–交付–現場組裝的方式，而是透過建築實驗室，在施工當地建立臨時工廠，並部署生產設備，採用當地人員和材料，從而實現建築材料本地化生產。
這些小型、高效的製造單元，專門用於生產大規模客製化組件，機器人與建築實驗室進行互動、生成、交付和安裝新的，或需更換的建築部件。
在公司為沙特利雅得King Abdullah金融區（KAFD），設計的地鐵樞紐項目中，使用機器人和自動化設備，進行現場部件生產和維護。
上圖顯示了到2038年，建築工人和無人機共同維護沙烏地利雅得KAFD地鐵樞紐的外觀。
公司目前正在監督建築圍護結構的施工，在此過程中，公司審查並批准了幾個承包商的工程，以確保工程項目高效準確地完成。
公司職責範圍，還確保所有建築構件和製造物，在到達現場之前都能得到品質保證，公司透過設計工程，為機器人、無人機、3D列印和增材製造等，不同類型設計進行維護。
現場工作站
KAFD地鐵樞紐位於人口密集的城區，是包括六條新地鐵線路、85個車站和100多英里軌道在內的，全市交通系統的核心，因此，中斷地鐵服務，以進行結構維護和改善，是非常不可取的。
由於建築物的圍護結構寬而低，完工後，起重機進入非常不方便，且易造成破壞，成本很高。此外，由於該建築是城市的中心部分，其設計壽命至少為60年，因此，項目啓動後，自動清潔、維護和更新建築等問題，則是必須要考慮的因素。
地鐵樞紐的封套，包括一個模組化的盒式系統，使用可調節的鋼「蜘蛛」固定裝置，以支撐防水膜上的高性能混凝土面板。
該系統經過精心設計，適用於未來的機器人接入、移動和操作。這意味著機器人引用建築物的3D數位孿生模型，結合GPS，可以計算建築立面上的路線和位置。
透過使用機器人負責起重、更換和搬走損壞的部件，使用無人機進行檢查和清潔工作。這種自動化技術，提供了更好和更安全的近距離訪問，允許施工人員遠端遙控，從而避開施工現場的危險環境。
KAFD地鐵樞紐的設計，旨在利用配備雷射雷達和攝影機的小型無人機和機器人，來執行檢查工作，從而對建築物內部隱藏區域，進行檢測、監控和精準測量。
透過這種方式收集高分辨率的建築數據，並配備3D列印機的現場施工實驗室共享數據，從而列印出完全符合結構的建築部件。
在全球其他正在建設的項目中，這家公司計劃從建築初期，就部署建築實驗室。透過這種方式，20世紀中期工業時代的大規模生產方法和設備，正在被新興的自動化、高度靈活、可控和強適應性的工具設備所取代，並在一線施工現場進行有效操作。
經濟成長
這種工作方式，可以推動建築項目所在國家或地區的經濟發展，有助於減少進口成本，創造當地就業崗位，培訓當地人員技術，並降低繁複的運輸環節和財務成本。
此外，小規模的靈活製造資產，很容易在建築生命週期內擴展，而不是建造一個單用途的DFMA工廠，這需要多年的營運才能盈利。這意味著始終可以使用合適的設備，來滿足當前的需求。
隨著建造和維護建築物產生的廢棄物正在成為過去，建築方式的變化對工業和社會都具有重要意義。
據歐盟委員會估計，歐洲所有廢物中有25－30％來自建築。全球其它地方也類似。建築廢棄物回收困難，且處理成本高。
數位技術的引入，使得施工與其它先進的製造技術一樣高效，其中精確的零組件數量，是按訂單生產的，並保證精準的建構結構和品質規範，確保與建築結構相匹配，並在生命週期內具有可預測的性能。
新技術的附加價值，還在於透過客製化，實現無浪費生產，如同現代大規模客製化汽車工廠，每個零組件都被考慮在內，沒有浪費。
部署模組化和盒式外觀設計方法，意味著可以輕鬆修改建築物，以便當出現新技術時，可以快速應用。未來幾年，高性能混凝土和鋼構件，將逐漸發展成為更堅固、更輕、更耐用的材料。
新型建築材料也將被開發出來，並在現場或非現場快速部署3D列印機，利用新型機器人裝配優化零組件。透過這些方式，建築商和營運商可以在建築物的生命週期內，快速適應、更新、翻新以滿足當代需求。
輕量級建築的未來
20世紀20年代，美國建築師巴克明斯行·富勒，在推廣輕型多功能的Dymaxion房屋時，曾向買家詢問：「你房子的重量是多少？」
現代建築設計時，也需要詢問同樣的問題，因為每增加一公斤重量，就需要更多的能源和資源來製造，同時，運輸和組裝、施工後的供熱制冷、清潔維護等環節，都需要消耗更多的成本。
目前，Newtecnic公司對所有建築項目，進行精確的重量計算，以便準確核算出真實和相應的擴展成本。
在重新利用或回收組件時，計算重量非常重要，這意味著當設計人員，確切知道這些組件需要提升多少時，可以更精確地優化具有處理組件能力的機器。
就像不斷更新的電子版用戶手冊一樣，建築物與其聯接的機器和系統，所需的所有資訊，都可以存於建築物的3D數位孿生模型中。
從最早的設計階段開始，就可以在雲端進行調查、檢查和測試。機器人和無人機的概念將涉及製造、構造和拆卸說明、方法。
這些先進技術的融合表明，建築業正面臨新一輪的革命，新技術應用將解決，傳統建築業面臨的諸如成本、環境、能源、物流和廢棄物等眾多問題。
適當的技術和建築思維，不僅僅是一個整體，而是可以隨著時間的推移，能夠進行改變、發展和適應的系統，可以延長建築使用壽命，同時保持與後續設施、服務的緊密聯繫。
當創新的想法、高級技術人員與令人興奮的新技術相結合時，會使建築行業更加靈活、環保和可持續，同時，建造出能夠令人印象深刻的建築物，增強並改善城市和社會的功能。
如何部署數位化和機器人
有效部署數位化和機器人，涉及到從設計到建造，再到後期維護等各個環節：
使用自動化來彌補設計和製造之間的脫節
為創新和更好的建築結構，提供大規模客製化服務
為現場製造部署現場施工實驗室
面向未來的建築工程的協作機器人
創建數位孿生建築模型，作為生活用戶手冊
在施工和維護期間減少起重機的使用，利用機器人在危險條件下，進行重物吊裝
利用無人機檢查建築物更安全、更準確，而無需腳手架
使用配備雷射雷達的無人機與數位孿生模型相配合，進行檢查
通過現場製造和交付組件來減少浪費
計算建築物重量，可以更好地瞭解建築物造成的環境影響，和真實營運成本。
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