参数化设计 · 3D打印 · 仿生结构

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火星基地课程
跨学科PBL科学·数学·信息科技·工程 · G5–G8 · 32课时

设计第一座火星基地
火星基地

以「第一座火星基地如何设计建造」为核心驱动问题,历经两阶段32课时,从参数化设计到3D打印实体模型,成为真正的火星建筑工程师。

课程理念
🚀

任务驱动学习

以「第一座火星基地如何设计建造」为核心驱动问题,学生以先遣设计团队身份全程参与,真实感受工程决策的复杂性。

🔬

跨学科系统思维

建筑不再只是空间容器,而是由结构、材料、能源、生态、气候响应、数字模拟与机器人建造共同组成的复杂系统。

🖨️

数字制造实践

结合参数化设计、激光切割与3D打印,将虚拟设计方案转化为可触摸的实体模型,培养数字制造能力。

🌍

可持续未来视野

通过ISRU就地资源利用、BLSS生命支持系统等前沿概念,培养学生对可持续发展和人类未来的深度思考。

科学数学/几何信息科技工程技术生态美术
创新能力
01参数化建筑设计
02仿生结构分析
033D打印与激光切割
04ISRU资源利用
05数字孪生建模
06BLSS生命系统
07工程方案路演
08可持续未来设计

课程模块

红色星球任务启动
PART 01
任务启动

红色星球任务启动

— 课时1–4

火星环境调查,提取核心建筑需求与挑战图谱,学生以先遣设计团队身份进入项目。

生存需求定义·BLSS
PART 02
需求定义

生存需求定义·BLSS

— 课时5–8

拆解核心功能,绘制BLSS闭环生命循环图,规划基地功能分区与生命支持系统。

参数化建筑设计
PART 03
参数化设计

参数化建筑设计

— 课时9–12

用算法生成形态,比较各类方案对火星低压、强辐射环境的适应性,建筑形态成为「环境应对策略」。

仿生结构研究·抗压测试
PART 04
仿生结构

仿生结构研究·抗压测试

— 课时13–16

向蜂巢、骨骼与贝壳学习轻质高强工程逻辑,完成抗压测试,转化为基地支撑系统。

地外建造技术·ISRU
PART 05
地外建造

地外建造技术·ISRU

— 课时17–20

学习ISRU就地资源利用,体验「勘测—采集—3D打印—装配」的完整建造流程。

气候响应与数字孪生
PART 06
数字孪生

气候响应与数字孪生

— 课时21–24

构建虚拟监测系统,模拟火星沙尘暴、极端温差等极端气候场景,设计气候响应策略。

火星基地模型冲刺
PART 07
模型冲刺

火星基地模型冲刺

— 课时25–28

将所有设计方案转化为1:50比例实体模型,完成激光切割、3D打印与手工装配。

火星基地发布路演
PART 08
发布路演

火星基地发布路演

— 课时29–32

举办正式发布会,每组10分钟展示:设计逻辑→技术方案→模型演示→可持续愿景,邀请评审答辩。

课程材料

💻数字设计工具
  • 参数化建模软件(Grasshopper/Rhino)
  • 数字孪生模拟平台
  • 激光切割控制软件
🔧制作材料
  • 激光切割木板(3mm椴木板)
  • 3D打印耗材(PLA)
  • 火星地貌模拟沙盘底板
🧪实验材料
  • 仿火星土壤(赤铁矿粉+沙)
  • 压力测试装置
  • BLSS生命系统模型套件
📋展示材料
  • A1展板与设计图纸
  • 方案册印刷材料
  • 评审记录表

课程成果

火星基地模型
发布路演
课程成果1
课程成果2
课程成果3
课程成果4