数字怪诞 I Digital Grotesque I (2013)
我们追求一种拒绝分类和简化解读的建筑。我们通过开发基于纯几何过程的构图策略，探索建筑中前所未有的分辨率和拓扑复杂性。在“数字怪诞”项目中，这种方法产生了一种悖论式的综合——一个既精雕细琢又不断生长的空间，算法的精准性与有机的丰富性在此碰撞。这种设计方法巧妙地处理了意图与涌现之间的张力：尽管底层算法完全是确定性的，但它们的迭代展开却产生了令其创造者都惊叹的结果，揭示了无法预知的潜在可能性。
挑战还原论
最终呈现的作品超越了视觉速记或风格分类。这些算法过程催生出超越传统建筑想象的地形和空间逻辑，创造出手绘难以企及的复杂形态，却又如此连贯，以至于不会被视为混乱。
拥抱模糊性
数字怪诞艺术栖息于混沌与秩序、自然与人工之间，既不陌生也不熟悉的模糊境界。任何对自然或既有风格的引用均未融入设计过程，而仅作为观者眼中的联想。
作为一个思辨性的叙事空间，“数字怪诞”项目关注的并非功能性，而是数字技术在形式上的表达潜力。它探索这些技术所带来的全新空间体验和感知。因此，“数字怪诞”是一个奢华而令人振奋的空间，充满了感知边缘的细节，等待着人们去发现，并激发人们对尚未构建的未来世界的想象。
算法设计
在计算设计中，建筑师不再用笔在纸上或鼠标在CAD程序中开发形式，而是定义生成形式的程序。将设计过程转移到这个抽象的层面上，产生了巨大的影响：在设计过程的层面上，可以生成数千种形式的变体，并且可以并行地进一步开发。一个单一的过程就可以创建一系列的形式，并经过几代人的培育。
从形态本身来看，算法设计能够实现几乎手工无法绘制的复杂性和丰富性，在3D CAD程序中绘制也同样费力。这些复杂的形态可以通过增材制造技术从计算机中生成。比特和字节可以直接转化为现实。
计算设计与增材制造的结合，可以创造出非标准化、高度差异化、空间复杂的建筑，其定义精确到毫米级。在“数字怪诞”项目中，建筑的每个细节都通过定制算法生成，无需任何人工干预。
Digital Grotesque 背后的算法始于简单，逐渐复杂化。它从基本输入形式开始，通过递归细分迭代地细化和丰富几何图形。每个曲面分割成更小的曲面，然后再次分割，如此反复。每一次修改都会向下级联，影响整个“子”曲面谱系。通过调整分割比例，几何图形以精确、可控的方式演化。
从最小规则出发，诞生最大的复杂性。即使只有几个细分步骤，也能产生令人惊叹的复杂形状。值得注意的是，核心流程保持不变——只有分割参数有所不同，却能创造出极其丰富的形状。
这个序列演示了一个正方形被细分成越来越小的正方形，随着比例的变化，其表现形式也随之改变。虽然这里以二维空间为例，但同样的逻辑可以延伸到三维空间，从而生成细节丰富的体积形状。
数字怪诞颠覆了计算几何的惯例。建筑通常包含平滑的曲线和极简的表面，而我们在这里追求最大的表达力——通过超精细的表面雕刻出体积深度。光线在无数方向上反射，建筑的边界在空间上弥散。
用于表达形体的细分过程能够生成多种尺度的信息。人们越接近形体，就越能发现更多特征。这种层次化的区分在古典建筑中也能找到。然而，与传统的建筑设计流程不同，这里采用单一流程来塑造整体形体，并创造细微的表面细节。这种程序化的表达方式可以用来创造超越触觉和视觉感知界限的特征。
制作：沙子城堡
数字怪诞 Digital Grotesque 是首个完全由 3D 打印砂岩构建的人体尺度沉浸式空间。它由数百万个独立面片组成，以几分之一毫米的分辨率打印成一个 3.2 米高的封闭空间。每一条曲线、每一条缝隙、每一条纹理，都源自定制算法。
目前，3D打印技术在建筑领域的应用仅限于原型设计或小规模模型的制作，材料成本高昂，打印设备规模有限，且大多数材料的强度不足以满足施工要求。
砂印技术近年来应运而生，作为一种增材制造技术，它克服了这些局限性。目前，这项技术主要用于制造工业应用的铸模。然而，它的独特之处使其也适用于制造建筑构件。具体来说，它能够以极具竞争力的价格和较短的时间制造出高分辨率和高精度的大型构件（目前最大尺寸可达8立方米）。在压缩状态下，这些打印构件的性能类似于天然砂岩。
使用这项3D打印技术，装饰和自由形状的几何图形不再是高昂的成本因素。潜在的三维差异化规模被提升到微观层面。这项技术有望带来更大的构图和建造自由，并实现独特、非标准化建筑的合理化建造。
我们为 Digital Grotesque 开发了一套基于智能砖块离散组装的创新建造系统。这些 3D 打印砖块拥有前所未有的精细表面细节。其内部包含一个部分空心的子结构，该结构基于力流优化，可提高材料效率。砖块集成了标签以及对齐和提升细节，可实现无砂浆组装。所有这些特性都直接打印在砖块上，无需任何二次材料或工艺。
在“数字怪诞”系列中，这些自支撑砖块的尺寸经过精心设计，可装入标准欧式托盘（120x80厘米），方便运输。其材料厚度根据位置和承重要求进行策略性变化，但外部比例保持均匀。
该系统代表了制造领域的范式转变：装饰、结构和组装特征融合成单个印刷组件，将艺术抱负与结构严谨性融为一体。
Digital Grotesque 的元素采用基于砂基的 3D 打印工艺制作，其中硅酸盐颗粒层通过粘合剂选择性粘合。打印机拥有 4.0 × 2.0 × 1.0 米的超大打印体积，可实现高效生产——既可以打印出巨大的单个组件，也可以同时打印出多个较小的元素。每层打印厚度仅为 0.3 毫米，精度极高，平面分辨率高达 300 dpi。打印一个完整的盒子需要一到两天的时间。.
打印完成后，未粘合的松散沙子会被真空吸出打印箱，残留的沙子会被刷掉或吹掉，只留下粘合的结构。
打印成本是根据打印表单边界框的尺寸来衡量的。这意味着，一个细节复杂、算法复杂的结构，其成本与同等尺寸的简单实体块完全相同，而且生产时间也更短。此外，制造数百个独特的组件，其经济可行性与打印完全相同的副本一样。在这种新模式下，复杂性和定制化不再是设计的障碍，而是有待探索的机遇。
自史前时代以来，天然砂岩就被用作建筑材料。大教堂、寺庙和其他装饰性建筑通常用砂岩建造，因为砂岩是一种相对较软的材料，易于加工，同时又具有结构强度。3D打印砂岩经过后处理后，其性能也与砂岩非常相似。
为了增强石窟的细微细节（部分区域厚度不足2毫米），并提高整体结构稳定性，打印的砂岩被注入了树脂。这一工艺密封了材料的孔隙，增强了其强度，并保留了复杂的细节。
为了打造光滑的表面，同时又不至于损失太多细节，我们测试了不同的涂层。与高科技的制造工艺不同，我们采用了瑞士历史砂岩建筑保护专家的传统方法。在对镀金和其他涂层进行了大量试验后，我们采用了一种传统的虫胶基饰面——一种由颜料、酒精和天然树脂混合而成的饰面。这种解决方案在尊重材料遗产的同时，也实现了光滑度和细节保留之间的最佳平衡。
印刷建筑
纵观历史，新材料和制造技术推动了建筑设计的变革，成为其发展的关键催化剂。如今，增材制造有望带来一场设计革命。然而，在建筑领域，这项技术迄今为止仅限于小比例模型的制作。
Digital Grotesque 通过将增材制造技术缩放到真实的建筑尺寸，重新定义了其潜力。Digital Grotesque 呈现了一个完全沉浸式、实体化、人体尺度的封闭结构，其细节令人叹为观止。它的几何形状由数亿个独立的平面组成，这些平面的分辨率为十分之一毫米，构成了一个 3.2 米高的封闭空间。
增材制造为建筑开启了前所未有的可能性。建筑细节可以触及人类感知的极限。复杂性无需任何成本：打印这个高度精细的石窟的成本与打印一个原始立方体的成本相同。同样，定制也无需额外费用，高度个性化的元素与标准化建筑一样经济实惠。装饰和形式表达也因此不再是奢侈的。我们可以用这种新获得的自由做什么呢？路易斯·康在1971年的一次学生讲座中说道：
You say to brick, "What do you want, brick?" ... Brick says to you, "I like an arch."
If you say to the brick, "Arches are expensive, I can use a concrete lintel over an opening.
What do you think of that brick?" ... Brick says, "I like an arch."
今天的问题是：一粒沙子想成为什么？
Digital Grotesque I数据
虚拟：
- 算法生成几何体
- 2.6亿个独立表面
- 420亿体素
- 78 GB生产数据
物理：
- 砂打印元件（硅酸盐+粘合剂）
- 6平方米占地面积，3.2米高度
- 5.8公吨重量
- 0.3毫米层分辨率，300 dpi
- 4.0 x 2.0 x 1.0米最大打印空间
设计开发： 打印： 组装： |
1年 1个月 1天 |
团队
| 制造 和组装： |
Maria Smigielska Miro Eichelberger Yuko Ishizu Jeanne Wellinger Tihomir Jajusevic Nicolás Miranda Turu Evi Xexaki Akihiko Tanigaito |
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| 视频/摄影： |
Demetris Shammas Achilleas Xydis |
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合作伙伴和赞助商
| 苏黎世联邦理工学院CAAD系，Hovestadt教授 |  |
| 苏黎世联邦理工学院建筑系 |  |
| Voxeljet AG |  |
| FRAC Centre |  |
| Strobel Quarzsand GmbH |  |
| Pro Helvetia |  |