3D打印技術+集約化建筑在當前農村的發展前瞻性探討

李仕川　陸薪宇　李歡　楊琴

摘要：第三次科技革命方興未艾，當國前際競爭的實質仍是以經濟和科技為核心的綜合國力的較量。隨著3D打印技術快速發展，3D打印建筑的理念應運而生。與此同時，另一種高效率的建筑生產模式—工業化建筑也不斷發展。為此，本文主要探索將二者相結合的建筑新模式，并將此模式率先運用于農村，探究其發展前景。

關鍵詞：3D打印技術；工業化；建筑；農村

筆者設想，將3D打印技術與工業化建筑相結合，探索“建筑3D+”的新模式，為此建筑新模式的廣泛應用打下基礎，以此推動建筑行業的大革命。從理論角度看，3D打印技術又稱“快速成型”技術，其主要由快速成型技術發展而來；是一種以數字模型為基礎，運用粉末狀金屬、特殊蠟材或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來對目標物體進行構造[1]。3D打印機的材料主要是金屬、陶瓷、塑料、砂等粉末，是實實在在的原材料，其原理是通過電腦控制把打印材料用噴頭一層層疊加起來[2]，最終把計算機上的設計圖變成現實。而工業化建筑即將整個建筑生產活動系統化、集約化、標準化，同時將建筑物各部件進行預制后直接裝配的建筑模式。工業化建筑正在逐步走向建筑行業之中。

一、國內外3D打印技術發展現狀

近幾年，3D打印技術正在逐漸被運用到各個行業，3D打印技術運用于建筑領域開創了建筑業技術創新的先河，這項技術在建筑領域的運用將徹底顛覆傳統的建筑行業，一種新型的建筑模式正在悄然興起。

近年來，3D打印建筑在國內受到高度青睞，并在多地成功運用到實際建造過程中。2014年4月全國首批3D打印建筑物在上海高新青浦園區亮相，僅花費24小時就成功的打印出10幢小屋；2015年1月，在蘇州成功地打印出別墅；在山東，計劃運用3D打印技術建造世界上最大的3D打印建筑群—月亮灣濕地公園；同樣在山東，將利用三維彩色打印機打印出第一個彩色的創意建筑。2016年3月，盈創建筑科技（上海）有限公司在蘇州的工廠內，運用3D技術打印出兩幢蘇州園林般的中式庭院，受到了參觀者高度的贊譽；據中國3D打印網報道，北京通州區耗時45天，打印出了一幢兩層高、400平米、可抗八級地震的別墅。

據報道，荷蘭的建筑師簡加普·魯基森納斯（JanjaapRuijssenaars）與意大利發明家EnricoDini（D-Shape3D打印機發明人）一同合作，3D打印全球首個商業建筑----別墅式酒店；美國教授比赫洛克·霍什內維斯成立的3D打印技術項目——“輪廓工藝”欲進軍房屋建造領域；2016年5月全球首座3D打印辦公室在迪拜開幕，這一辦公室建設時間僅17天；“3D打印建筑和新打印材料”成為2017年美國科學促進會（AAAS）討論的重點。近日硅谷公司公布的一項3D打印技術，將過去逐層堆疊打印方式改變為在液體中直接打印。其速度不僅提高了25-100倍，而且可以打印出高強度、形狀各異的更加細膩精致的物品。這恰好迎合了當下人們多樣化的審美需要，也為3D技術的發展開拓了更為廣闊的前景。

二、工業化建筑方面的發展現狀

我國已成為全球第二大經濟體，但我們的發展卻是以環境和能源為代價的粗放式發展。為此，轉變建筑發展方式已成為建筑業的必經之路。2006年國家住建部就首次提出建筑工業化，自此以來，國家不斷鼓勵建筑工業化、產業化。在歐美，建筑工業化率已經達到70%-80%以上，在國內則剛剛起步。根據住建部公布的數據顯示，2014在全國新開工的建筑中，產業化建筑面積僅占新開工總面積的0.34%，此后兩年在此基礎上小幅上升。所以加快建筑工業化已成為我國建筑業發展的迫切需要。

2016年我國的建筑工業化趨勢正在逐步形成，湖南長沙遠大可建集團和中南集團的NPC體系（預制裝配技術體系）技術研究正在逐漸向建筑工業化靠攏。國家也出臺了相關政策引導建筑工業化，而且整個社會對建筑工業化的認知度也提高了，處于整條產業鏈上下游的公司也都爭先搭上這一發展快車，積極向工業化靠攏和轉型。

2017年，舉辦的中國國際建筑工業化及裝配式建筑產業博覽會上，展覽了大批裝配式建筑樣板房和裝配式結構系統；在北京開展的以“共筑明日之家，發展低碳經濟”為主體的第十六屆中國國際住宅產業博覽會上，展出的也多為裝配式結構的建筑；杭州、寧波和紹興等地的相關部門甚至要求在中心城區出讓或劃撥的土地上新建的項目，全部實施裝配式建造。一時之間，我國掀起了一股發展工業化建筑的熱潮。

但總體來說我國的建筑工業化起步晚于西方一些國家，發展規模與速度也是遠不如這些國家。二戰后，在西方國家亟需解決大量的住房問題，然而勞動力卻嚴重缺乏的情況下，就開始推行建筑工業化，如日本、美國、英國很早就開始積極推動建筑工業化。占相當大的市場份額的模塊化建筑是英國住宅產業化的主要模式，世界上率先在工廠生產住宅的國家當屬日本。總之，中國與發達國家在建筑工業化方面相差逾10倍。

三、我國建筑業現狀

近年來，我國經濟不斷發展，城市化進程加速推進，與此同時，政府大力加強基礎設施的建設，因此建筑行業也取得舉世矚目的成就。

進入21世紀，我國建筑業總產值和增加值都實現了飛躍式的發展。2015年，我國的國內生產總值為67.67萬億元，同比增長6.9%，建筑業總產值為18.07萬億，同比增長卻只有2.3%。這足以證明建筑業在整個國民經濟中的分量，但其發展速度卻不利于整個國民經濟的發展。這更加說明了我國建筑業轉型升級的必要性。

我國的建筑業總產值不斷增大，勞動生產率也在逐步提高，但其經濟效益卻一直穩步不前。如何提升我國建筑行業市場同世界市場競爭力，使其更好地促進我國經濟持續健康發展，是我國建筑行業必須解決的一大難題。因此，轉變建筑業的發展方式，提升其科技競爭力，推動傳統建筑模式的改革，走綠色、工業化建筑之路已成為建筑行業健康發展的迫切需要。

綜合上述因素，本文們提出的3D打印+集約化建筑正好順應了建筑業發展的趨勢，為推動建筑行業的革新提供了契機。

四、農村建筑發展現狀

在國家新一輪改革浪潮的推動下，農村改革更是上升到了歷史的新高度，國家要求全面推動農村改革，以實現全面建成小康社會的目標。眾所周知，改善農村住房條件，是建設社會主義新農村的必經之路。另一方面，許多農村大力發展鄉村旅游業，風格各異的觀光建筑也成為農村建筑的一大方面。農村廣闊的建筑市場也為3D打印建筑走進農村提供了價值支撐。

然而農村住房建設卻面臨著許多問題，建筑結構粗略，質量差，采光、通風等沒有得到較好的處理，保溫隔熱效果較差，房屋性能差；另外，由于許多農村地處山區，運輸不便，建筑成本高。再者由于農村住房建設較為粗放，濫砍亂伐的現象依然十分突出，因此對環境的威脅依舊十分嚴峻。恰好，3D打印建筑能滿足農村建筑風格多樣的需求，并且有利于改善建筑物的性能和優化建筑物的結構，提高建筑物的質量。另外，農村多為低矮的單體建筑，這也這正好解決了3D打印機體積上的難題。

五、發展前景

雖然3D打印建筑的理念才誕生度短短的幾年，但許多國家紛紛進行試驗和探究，欲占領這一發展先機。迪拜市政府欲制訂新法例以規范3D打印技術在建筑領域的應用，希望到2030年之前使迪拜成為全球主要3D打印技術的中心之一；韓國直接對3D打印實行減免稅，以鼓勵其發展；2016年8月23日，國家住建部發布《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》，規定積極開展建筑業3D打印設備及材料的研究。由此，不難看出3D打印建筑的重要性和戰略性，所以盡快抓住3D技術的發展機遇，必將對社會產生重大的影響。

3D打印技術不僅可以降低成本，綠色環保、高性能；更重要的是可以打印出復雜、特殊、個性化的建筑產品。但由于現在3D打印只能斷續打印大的構件再拼接。對于高層住房的應用有一定困難，所以，農村低矮建筑是優先進行實踐的最優方向。但是隨著相關難題的攻克，3D打印將使建筑風格更加多樣化，結構更加穩定合理。

裝配式建筑實現設計模數化、標準化[3]。不僅戶型優化設計，極大提高了效率；而且預制建筑構件工廠化、標準化生產質量保證。節省了大量的人力、物力、原材料、時間等，省去了許多工序，同時也符合國家節能、低碳、節約經濟的發展要求，順應了住宅產業現代化和人居質量提升的發展方向。

通過將3D打印技術與工業化建筑相結合的模式，率先在農村發展，也為其進一步推廣到整個建筑行業做了充分的實踐基礎和理論來源，這一模式必將被廣泛運用于建筑行業，甚至于其它制造業。為此將推動整個社會生產力的大變革。

結語

總之，推動建筑行業的革新，創新建筑模式和建筑生產方式已成為建筑發展的必然。而“3D打印+集約化”的建筑模式正好代表了建筑行業的最新發展方向。目前，有必要群策群力，解決好這一模式的難題，成功的運用并推廣這一模式必將引領建筑行業走向新的高度，從而推動整個生產力的變革，進而推動人類文明的進步。

參考文獻：

[1]方興未艾的3D打印[J].安徽科技，2015，5；55-56.

[2]高峰.可能改變世界工業格局的打印技術[J].高中生之友（青春版），2013，5；45-46.

[3]崔璐.預制裝配式鋼結構建筑經濟性研究[D].山東；山東建筑大學，2015.

作者簡介：李仕川，陸薪宇，李歡，楊琴，皆為重慶工商大學管理學院2015級工程管理專業一班學生。

注：本文是重慶工商大學2016年度學生科技創新基金項目《探究“3D打印技術+集約化建筑”在農村的發展》（編號：163010）相關成果。