王雨涵

摘 要 近年來，3D打印在建筑行業(yè)的應(yīng)用得到了大眾的關(guān)注，有些是民間自發(fā)的實(shí)踐，有些是有組織的實(shí)踐。3D打印建筑一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，實(shí)現(xiàn)3D打印混凝土建筑是住宅工業(yè)化發(fā)展的必然趨勢(shì)之一，是適應(yīng)現(xiàn)代建筑技術(shù)發(fā)展的必要需求，同時(shí)也是提高整個(gè)建筑行業(yè)技術(shù)水平和技術(shù)創(chuàng)新的重要途徑。

關(guān)鍵詞 3D打印建筑;今生;未來

1關(guān)于3D打印建筑

現(xiàn)如今，3D打印技術(shù)在建筑、醫(yī)療、航空航天、工業(yè)制造等領(lǐng)域有著深入的影響。3D打印建筑是利用三維動(dòng)畫技術(shù)，進(jìn)行建筑的制造的過程，很好地繼承了制造業(yè)流水線生產(chǎn)和智能化制造的思路，徹底打破了建筑施工不能采用工業(yè)化生產(chǎn)的制約，為建筑工業(yè)化發(fā)展提供了無限的可能。

在我國(guó)3D打印房屋進(jìn)入大眾視線是騰訊在2014年的關(guān)于上海3D打印房屋的一篇報(bào)道，當(dāng)時(shí)大眾對(duì)3D打印房屋這一新鮮事物感到驚嘆不已。2018年12月4日在廣州市荔灣區(qū)西塱村大橋西園巷，南方電網(wǎng)公司廣州供電局正在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)建筑3D打印技術(shù)建設(shè)配電房，這在全國(guó)尚屬首例[1]。據(jù)悉，該技術(shù)大大提高了工作效率，施工工期比傳統(tǒng)建設(shè)縮短30%，同時(shí)也降低了對(duì)環(huán)境和市民的影響。

23D打印建筑的今生

2.1 3D打印建筑技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3D打印建筑是與傳統(tǒng)建筑建造方式和理念完全不同的方式，有其先天性的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要的是：①運(yùn)用系統(tǒng)思維進(jìn)行3D建模和設(shè)計(jì)，加快了生產(chǎn)效率、提高了集約化、整體化建造的科技含量，將常規(guī)的建筑工藝模塊化、系統(tǒng)化、集成化，達(dá)到提高建筑建造工期的目的。②3D打印建筑可以節(jié)省人力、物力、管理等費(fèi)用的投入成本。據(jù)有關(guān)報(bào)道，從測(cè)算來看采用3D打印建筑技術(shù)，可節(jié)約建筑材料30%至60%，工期縮短50%至70%，節(jié)約人工50%至80%，整體建筑成本至少節(jié)省50%以上。③3D打印建筑的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挿?，可個(gè)性化定制。業(yè)界相關(guān)公司在浙江嘉興成功實(shí)現(xiàn)了圍墻、景觀小品及小區(qū)道路的施工試點(diǎn)。而且，利用3D打印技術(shù)還可以定制個(gè)性化的房子，打印各種異形構(gòu)件，做到一套房一張?jiān)O(shè)計(jì)圖。

2.2 3D打印在建筑行業(yè)的應(yīng)用局限性分析

上海的盈創(chuàng)科技自2014年在上海打出全球第一座3D打印1100平別墅，2015年打印了全球首棟最高的3D打印建筑。2016年該公司更是開始在全球布局和建立盈創(chuàng)3D打印夢(mèng)工廠和3D打印建筑產(chǎn)業(yè)園。另外，蘇州某團(tuán)隊(duì)建造的3D打印的徽派四合院，從外觀上看就可以看到墻上類似FDM的紋路，實(shí)則也是通過類似的方法來建造的。

在全球建筑業(yè)掀起3D打印建筑浪潮的同時(shí)，3D打印建筑的質(zhì)疑也未間斷，主要的局限性可能體現(xiàn)在：①3D打印建筑的安全問題：一方面，3D打印房的安全性。3D打印建筑最大的問題是內(nèi)部沒有鋼筋結(jié)構(gòu)加固，使得房子的牢固性被質(zhì)疑，而且3D打印房屋最高只有兩三層，導(dǎo)致技術(shù)本身并不被大眾看好。通過3D打印技術(shù)能否把房屋的梁體、墻體和柱體做到和傳統(tǒng)行業(yè)一樣堅(jiān)固，還有待檢驗(yàn)。另一方面，建筑的抗震性。打印的房子使用超輕的全新材料，自重會(huì)小于傳統(tǒng)房屋，抗震性也就更好，但如果打印房的自重大于普通房屋，抗震性的問題就值得考慮了。此外，建筑的耐撞擊性，不管怎樣由于材料的關(guān)系，打印的建筑的耐撞擊性可能不如傳統(tǒng)房屋。②打印材料的限制.3D打印機(jī)使用的是真實(shí)的金屬、陶瓷、塑料、尼龍玻纖等材料，相比傳統(tǒng)建筑材料，這些材料較昂貴和稀缺。另外，打印機(jī)也還沒有達(dá)到成熟的水平，無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。③打印機(jī)器的限制在三維打印領(lǐng)域，打印建筑需要打印機(jī)比建筑物大。機(jī)器越大越難制造，機(jī)器越大其打印精度和打印速度會(huì)越差。一旦出現(xiàn)巨型打印機(jī)，將會(huì)為整個(gè)商品混凝土行業(yè)帶來巨大的改變。所以，現(xiàn)階段解決3D打印房屋的一些基本問題：材料，控制，精度等還有很大的發(fā)展空間?；诖?，認(rèn)為3D打印技術(shù)不可能完全替代傳統(tǒng)建筑方式。

33D打印建筑的未來

無可厚非，3D打印技術(shù)是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，其不受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制的特性，決定了它在許多行業(yè)中具有極大的用武之地。對(duì)于3D打印混凝土建筑來說，結(jié)構(gòu)安全、原材料和成本，是其未來發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)[2]。

未來，3D打印建筑在結(jié)構(gòu)方面：要突破半預(yù)制結(jié)構(gòu)體系，采用全裝配結(jié)構(gòu)，甚至全過程3D打印，才能實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)由傳統(tǒng)施工完全蛻變?yōu)橹圃鞓I(yè)的過程。除了基礎(chǔ)部分，未來甚至包括基礎(chǔ)全部采用3D打印，實(shí)現(xiàn)真正的智能化制造，并運(yùn)用虛擬裝配技術(shù)。虛擬裝配是采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過仿真模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真裝配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)劃、加工制造和現(xiàn)場(chǎng)裝配的最優(yōu)化方案。

未來，3D打印混凝土的原材料方面：來源更廣泛、品種更繁多，其凝結(jié)硬化和強(qiáng)度產(chǎn)生的機(jī)理也會(huì)突破傳統(tǒng)混凝土的理論范疇，耐久性、安全性也有待研究論證。未來普通混凝土在3D打印建筑原材料中所占的比例將會(huì)大幅下降，纖維混凝土、泡沫混凝土、輕骨料混凝土、水泥—樹脂基混凝土、聚合物混凝土、水玻璃混凝土等種類的混凝土將會(huì)得到更大規(guī)模應(yīng)用，甚至可能出現(xiàn)新型材料混凝土。此外，在打印機(jī)器方面，也呼喚性能更加強(qiáng)大的巨型打印機(jī)出現(xiàn)。

3D打印建筑的前景寬闊，有著傳統(tǒng)建筑方式不具備的優(yōu)勢(shì)。但也有缺點(diǎn)，如行業(yè)內(nèi)缺少相關(guān)規(guī)范、建筑的表面粗糙、技術(shù)研發(fā)還不夠成熟宏觀規(guī)劃及投入不足和技術(shù)人才的短缺等[3]。無論是今生還是未來，3D打印建筑的新技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝是一種互補(bǔ)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上結(jié)合3D打印技術(shù)，建造一些科幻建筑、概念建筑等，還有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用領(lǐng)域。比如在設(shè)計(jì)體系、模型制作、鋼筋混凝土很難塑造的個(gè)性的效果方面，3D打印也能發(fā)揮不可替代的作用。

4結(jié)束語(yǔ)

筆者認(rèn)為，隨著3D打印混凝土技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)對(duì)商品混凝土行業(yè)既是一次機(jī)遇，也是前所未有的挑戰(zhàn)。只有堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，緊跟建筑技術(shù)發(fā)展潮流，才能在未來的商品混凝土市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，贏得先機(jī)，獲得持續(xù)健康的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李丹.建筑3D打印應(yīng)用：國(guó)內(nèi)首個(gè)3D打印配電房[N].信息時(shí)報(bào)，2018-12-05（001）.

[2] 佚名.大咖揭秘：3D打印建筑技術(shù)及材料大科普[EB/OL].http：//www.zwggb.com/index/news/articles.html？id=2478，2019-05-21.

[3]李清.3D打印在建筑業(yè)的應(yīng)用研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2017.