Multi-scalar modelling for robotic prefabrication

Abstract

Planning practice in the building sector is characterized by repeating similar modelling tasks over and over again. In particular, it is expressed in current modelling strategies by modelling and remodelling digital representations of a building at each stage of the project development. This destructive way of handling data leads to long development processes which loses data and accuracy on its way and increases labour costs. Approaches that combine precision, speed and collaboration are required to keep pace with increasing complexity and volume of construction projects.This thesis investigates the current practice and development in the field of open col-laborative multi-scalar modelling and planning strategies for the AEC industry in the field of robotic fabrication. A prototypical workflow was developed generating a free form grid-shell with doubly curved glulam beams. Utilizing tools for planning the structure from conception to fabrication in a process thought to be as open as possible for collaboration. Introducing connected multi-scalar modelling in a parametric environment from the design stage to robotic fabrication using a six-axis robot. By using web-based services, accessibility of the necessary data for each stakeholder can be achieved, building a coherent model open for collaboration and dataflow across different platforms and software packages. Consisting of multiple models of different level of detail (LOD) each reacting on changing parameter and running on cloud services. Making them independently accessible from the location and on hand computational power for qualified personal. Invoking re-computation on one model can inform and, if needed, update models downstream the dataflow.Focus was on testing usability of current tools and identifying passages where feed-back loops are expedient. Needed information as well as possibilities for robotic fabri-cation and control was evaluated.

Die Planungspraxis im Bauwesen ist geprägt von immer wiederkehrenden ähnlichen Aufgabenstellungen. Insbesondere kommt es in aktuellen Modellierungsstrategien zum Ausdruck, indem digitale Modelle eines Gebäudes in jeder Phase der Projektentwicklung umgestaltet und neu modelliert werden. Dieser destruktive Umgang mit Daten führt zu langen Entwicklungsprozessen, die durch wieder-holte überarbeitung information und Genauigkeit verlieren bzw. neu erstellen und somit die Arbeitskosten erhöhen. Um mit der zunehmenden Komplexität und dem Volumen von Bauprojekten Schritt halten zu können, sind Ansätze erforderlich, die Präzision, Schnelligkeit und Zusammenarbeit vereinen. Diese Arbeit untersucht die aktuelle Praxis und Entwicklungen im Bereich der offenen kollaborativen multiskalaren Modellierungs- und Planungsstrategien für die Bauindustrie. Im Hinblick auf robotergestützte Fertigung wurde ein prototypischer Arbeitsablauf entwickelt, der eine Freiform-Gitterschale mit doppelt gekrümmten Brettschichtholzträgern generiert. Durch die Verwendung webbasierter Dienste konnte die Zugänglichkeit der erforderlichen Daten für jeden Beteiligten erreicht werden. Dadurch konnte ein kohärentes Modell, welches für die Zusammenarbeit und den Datenfluss über verschiedene Plattformen und Softwarepakete hinweg offen ist, aufgebaut werden. Bestehend aus mehreren Modellen mit unterschiedlichem Detaillierungsgraden, die jeweils auf sich ändernde Parameter reagieren können, wird so ein Workflow beschrieben der Standortunabhängig und nicht auf lokale Rechenleistung angewiesen ist. Das Aufrufen einer Neuberechnung einzelner Modelle kann nachfolgende Modelle informieren und so bei bedarf das aktualisieren von Informationen veranlassen.Der Fokus lag darauf, aktuelle Möglichkeiten zu testen und Schwachstellen zu identifizieren, an denen es Verbesserungspotenzial gibt, sowie Abschnitte im Designprozess zu ermitteln an denen Feedbackschleifen sinnvoll erscheinen.