Digital Craftsmanship - Enhancing Architectural Design with BIM and Robotic Hot-Wire Cutting for Parametric Formwork : master thesis

Bagheri, Parastoo (author), Bosiljkov, Vlatko (mentor), Ferreira de Figueiredo, Bruno Acácio (comentor)

This research investigates the integration of Building Information Modelling (BIM), parametric design, and Robotic Hot-Wire Cutting (RHWC) to advance the design, fabrication, and interoperability of prefabricated concrete components for the CREE building system. While prefabrication is increasingly recognized as a pathway to sustainability, efficiency, and scalability in construction, traditional moldmaking methods often limit design complexity, increase material waste, and hinder automation. By combining computational design workflows with robotic fabrication and BIM-based data management, this study develops a scalable and automated methodology for producing two types of prefabricated components: façade panels and prefabricated shower slabs, to deliver scalable, precise, and sustainable solutions. The research methodology follows a parametric-to-robotic workflow. Geometric, structural, and fabrication constraints are first encoded into parametric models in Grasshopper and Rhino, enabling dynamic control of drainage slopes, reinforcement layouts, fixing system details, and façade geometries. These models are translated into RHWC-compatible geometries and toolpaths using robotic programming platforms. The two case studies demonstrate the workflow’s versatility within the CREE system: BIM supports modular façade panels and optimizes shower slabs for drainage, reinforcement, and installation. By embedding fabrication constraints into BIM, the process reduces errors, improves automation, and ensures lifecycle traceability. Results show BIM-integrated robotic fabrication improves accuracy and scalability. The produced components achieved high-quality surfaces, structural integrity, and performance reliability, confirming industrial viability. Overall, the research delivers a replicable workflow that unites parametric modeling, BIM interoperability, and robotic hot-wire cutting, adaptable across façades, bathroom modules, and prototypes, advancing sustainable and automated prefabrication for next-generation construction.

• Language: English
• Keywords: master thesis, BIM integration, robotic hot-wire cutting, prefabrication, digital fabrication, parametric design, automation in construction
• Work type: Master's thesis/paper
• Typology: 2.09 - Master's Thesis
• Organization: FGG - Faculty of Civil and Geodetic Engineering
• Place of publishing: Ljubljana
• Publisher: [P. Bagheri]
• Year: 2025
• Number of pages: 1 spletni vir (1 datoteka PDF (X, 78 str.))
• PID: 20.500.12556/RUL-173940
• UDC: 004.42:69(043.2)
• COBISS.SI-ID: 254280963
• Publication date in RUL: 25.09.2025

Secondary language

• Language: Slovenian
• Title: Izboljšanje arhitekturnega načrtovanja z BIM in robotskim rezanjem z vročo žico za parametrične opaže : magistrsko delo

Abstract

Ta raziskava preučuje integracijo informacijskega modeliranja stavb (BIM), parametričnega načrtovanja in robotskega rezanja z vročo žico (RHWC) za izboljšanje načrtovanja, izdelave in interoperabilnosti montažnih betonskih komponent za gradbeni sistem CREE. Medtem ko je montaža vse bolj prepoznana kot pot do trajnosti, učinkovitosti in skalabilnosti v gradbeništvu, tradicionalne metode izdelave kalupov pogosto omejujejo kompleksnost načrtovanja, povečujejo odpadke materiala in ovirajo avtomatizacijo. Z združevanjem računalniških delovnih procesov načrtovanja z robotsko izdelavo in upravljanjem podatkov na osnovi BIM izpeljana študija razvija skalabilno in avtomatizirano metodologijo za izdelavo dveh vrst montažnih komponent: fasadnih panelov in montažnih kopalniških plošč s ciljem, da bi zagotovila skalabilne, natančne in trajnostne rešitve. Raziskovalna naloga sledi parametričnorobotskemu delovnemu procesu. Geometrijske, konstrukcijske in proizvodne omejitve so najprej sprogramirane v programskih orodij Grasshopper in Rhino v obliki parametričnih modelov, kar omogoča dinamičen nadzor nad drenažnimi nakloni, postavitvami ojačitve, podrobnostmi pritrdilnih sistemov in geometrijami fasade. Ti modeli so s pomočjo robotskih programskih platform prevedeni v geometrije in delovne tokove orodij, združljive z RHWC. Študiji primerov prikazujeta vsestranskost delovnega toka znotraj sistema CREE: BIM podpira modularne fasadne plošče in optimizira kopalniške kabine za odvajanje vode, ojačitev in montažo. S postavitvijo robnih pogojev projektiranja v BIM-u postopek zmanjšuje napake, izboljšuje avtomatizacijo in zagotavlja sledljivost življenjskega cikla. Rezultati kažejo, da robotska izdelava, integrirana z BIM-om, izboljšuje natančnost in skalabilnost. Izdelane komponente so dosegale visokokakovostne površine, konstrukcijsko celovitost in zanesljivost delovanja, kar potrjuje industrijsko izvedljivost. Na splošno raziskava zagotavlja ponovljiv delovni tok, ki združuje parametrično modeliranje, interoperabilnost BIM in robotsko rezanje z vročo žico, prilagodljiv za fasade, kopalniške module in prototipe, s čimer spodbuja trajnostno in avtomatizirano montažo za gradnjo naslednje generacije konstrukcij.

• Keywords: magistrska dela, integracija BIM, robotsko rezanje z vročo žico, montaža, digitalno podprta izdelava, parametrično načrtovanje, avtomatizacija v gradbeništvu