基于连杆机构的轻型可变形结构建成环境系列产品

1. 痛点问题

轻型可变形结构又称动态结构，主要是将机械结构用于建筑具有可调节或适应性要求的环境场景。由于建筑主体结构具有高冗余度、高稳定性的要求因此可变形结构并未得到足够重视与充分发展，随着大规模建设时代的完成，以及对建筑性能与环境品质不断提高的要求，附着在建筑主体结构上的环境界面结构，如屋面、立面等等开始具有动态可调节倾向。目前，可变形结构用于新型动态建筑技术主要存在以下两个痛点问题：

（1）可变形结构的尺度、自由度与稳定性问题。主要体现在两个方面：第一，较大的尺度往往意味着更高的效率，而高自由度则带来更大的可调节范围，这两个方面对某些环境变量意味着更高的性能指标，但是同时也对结构的耐久性与可靠度提出了严峻挑战。第二，建筑生命周期长达几十年，可变结构的对抗环境可变荷载的稳定性方面有较高的要求。因此可变形结构兼顾性能的选型可靠性是其能否在建筑工程上得到发展与应用的关键。

（2）可变界面的环境性能问题。与外界环境交互的建筑界面是可变形结构主要应用场景，太阳辐射、光辐采能以及对室内自然光照的调节是光热环境相关领域关注的重点问题，此外还有风环境性能。如何通过计算机模拟在设计初期针对多种几何可变界面进行性能分析给出性能数据参考是可变界面的环境性能领域的关键问题。

2. 解决方案

针对以上轻型可变形结构建成环境的核心痛点问题，主要的解决方案是：

（1）确定几种兼顾性能与可靠性的可变形结构选型,讨论其能够驱动的动态立面类型；

（2）在可变形结构选型确定的条件下，讨论可变界面的具体几何形式以及其环境性能问题及效率；

（3）机械结构中的连杆机构是适用于可变形结构主要范围，连杆机构较为常见的是平面连杆，通过阵列的方式形成空间可变形结构（平面转动较节点），同时也存在较为复杂的空间连杆（空间转动较节点）。

项目提出一种基于空间连杆的将登高塔与动态游乐体验相结合的环形与三角形嵌套的动态机械结构轻型景观塔:该装置六根直线驱动器的连接与运动方式符合斯图尔特平台机械结构的运动原理，具有六个自由度。

项目提出一种基于平面连杆的电机驱动多连杆传动的三角形分面开合幕墙：相比于被动式幕墙技术，自适应幕墙与采能模块的结构由于采用了动态结构，具有主动调节以提高获取物理环境能量效率的能力。适用于以下多种场景，1. 当用作围护性幕墙时，开合幕墙单元可以通过控制开合角度避免环境光污染，并起到通风效果。2. 用作装饰性幕墙时，可以缩小单元尺寸选取镜面为三角形面板材质，开合幕墙可以通过单元开合响应人的靠近，为城市景观广场周边商业聚拢人气。3. 当用作遮阳构件时，开合三角形遮阳板可以根据日光角度和强度控制打开角度，通过可调节遮阳降低能耗。

三角形分面开合幕墙与效果模拟分析