大界机器人科技接到 Wutopia Lab 主持建筑师俞挺的委托，于 2019 年白色情人节为风语筑公司在桐庐的集群设计项目，建造一栋全碳纤维结构的建筑展亭，命名为结缘堂。

碳纤维编织技术一般耗时耗力。例如，德国斯图加特大学的计算研究所设计（ICD）和建筑结构研究所（ITKE）至今已有近十年的碳纤维编织技术积累，即便如此，制作一个展亭仍需要十多人的团队花费一年的时间设计与搭建。而这项技术在国内还没有人触碰过，没有任何可参考的研究与案例，这意味着团队要在 3 个月的期限内完成这近乎不可能的任务。

结缘堂设计师俞挺的设计理念是用一根红线来塑造整个空间结构。最直观的方法就是用线来建造，但一般认知的线材都不具有结构性，需要搭配外框架结构来塑形。大界机器人科技选取碳纤维丝，一种像线一样的柔软材料，通过与环氧树脂结合能形成坚固具有结构性的复合材料，无需任何金属框架作为辅助结构，实现了纯碳纤维自承重的结构体，完成了用一根线编织成空间建筑。

中国第一座碳纤维结构建筑构筑物落地浙江桐庐。

碳纤维丝作为一种高性能的新式材料，其比重仅有钢的 1/4 却具有极高的结构抗拉性。一般工业上使用的复合材料碳纤维兼具了碳纤维的抗拉性与树脂的抗压性等优势。大界通过大范围的材料试验来寻找结构表现较佳的复合材料搭配。在模型框架上进行以碳纤维，树脂，丝束粗细，缠绕方式四个变量交替组合的样品实验，在成形之后统一送到材料检验机构进行结构测试。

结缘堂的设计是个三边体，高度 4米，底边宽度有 3.8米。其体量已经超过了机械臂可加工的范围以及货车运输尺寸的限制，必须模块化拆分。大界在数字化的界面里进行了不同的拆块方案模拟，其中量体拆分模块数量虽少，但视觉上易产生拼接的线条，影响了一条线编织的设计概念；而拆成五片的方案在设计和编织组装上更为合理，单片的加工尺寸也刚好满足机械臂的加工范围极限。

基于机器人加工范围和建造工艺的建筑产品数据优化和拆块示意图。

建筑师在两个三角面上分别设计了圆形与水滴形的留空，且希望由下到上呈现从密到疏的视觉变化。团队利用丰富的参数化设计经验，通过演算法来控制这一根线需要经过的锚点以及该避开的地方，并通过结构算法来优化编织的密度，以求达到建筑师想要的留空以及疏密变化。

另外一个难以实现的技术难点，就是底部编织平面的承载能力。结缘堂的设计需承受三到四个人的荷载，但整个碳纤维建筑悬空而设，唯一的支撑只有正中央靠得非常近的四根短柱，这意味着整个展亭就像一个跷跷板；所有的重量，包括整个展亭的重量和内部荷载的重量，都要集中在底面上，这对材料和结构的考验非常大。

机械臂建造流程设计图

经过与结构设计师张准的讨论，大界大幅度增加了具有张拉结构特性的编织层，加强底面对来自上部荷载的承载能力。同时在底面空间结构中增加了四道桁架形状的编织面，来帮助传递直接作用于底面的人的荷载。最后事实证明碳纤维装置的结构完美成立。

整套机器人编织的加工流程是：多卷碳纤维丝形成一束并通过环氧树脂浴缸，混合成未固化的碳纤维复合材，并引导到机械臂的编织工具头上，在编织框架上进行编织，完成编织后整个框架会进入量身定制的大型烤箱加热至 80摄氏度来固化碳纤维同时增加结构强度。

位于六轴机械臂末端的编织工具头

张力是个很敏感的因素。如果张力过小，当牵扯力瞬间消失时，碳纤维卷就会因为惯性继续往前滚动，带出过多的碳纤维丝，影响了其他碳纤维丝的输送路径以及树脂浴缸的运作；如果张力过大，就会为其他所有的硬件设备带来不必要的阻力，增加硬件的损坏率和碳纤维丝断裂的可能性。随着碳纤维束进入树脂浴缸，让碳纤维束到达工具头之前，能充分浸润于环氧树脂之中，同时又必须沥掉多余的树脂。树脂浴缸的设计是整个过程中最具挑战的一部分，斯图加特大学也是不断地在改良做法。此次团队开发出了与斯图加特大学所使用的截然不同的树脂浴缸体系，体积极小，10 秒内实现快速拆卸，清洗方便；自行研发的树脂过滤器，更是使树脂的重复利用率高达 95%。

大界自主研发的全自动化机器人碳纤维编织系统与工艺，在编织底面四道结构桁架。  

在编织正式的所有部件之前，大界先进行了样品面的编织在编织底面四道结构桁架。（三角形面），来检验所有硬件与建筑工艺；实际上，团队也克服了很多问题，比如说调整纱架上碳纤维丝的张力，优化自行研发的树脂浴缸，增加工具头的机械稳定性，调整机械臂的速度来减少张力导致的碳纤维丝脱线(起毛)的问题、优化锚点形式减少缠线的问题等等，让每片面的生产时间达到了 16 小时以内。

大界采用先进的智能算法，把工业机械臂从工厂流水线解放，用于建筑定制化智造场景

加上安装与拆卸等配置时间，编织完 5 片面只用了两周的时间。由于项目开始阶段，大界就考虑到了安装、拆卸和运送的便利性，而且每片构件都非常的轻，因此整个装置运输到桐庐青龙坞现场后，团队只花费了一天的时间便完成了结缘堂的现场搭建。

整个建筑装置使用了 7200 米的碳纤维丝，总重却不到 140 千克，通过大界独创的多层复合空间结构编织技术，将建筑的密度控制在每立方米 18 千克，并可以实现 400 千克的承载力。结缘堂项目通过融合先进的机器人技术，为建筑新材料、新结构、新工艺的探索和突破提供了无限的想象空间。