論3D打印技術在建筑設計領域的應用與發展

胡世明

黑龍江省工程咨詢評審中心 黑龍江 哈爾濱 150008

智能化經濟時代，如何讓建筑設計與施工更加智能，3D打印技術為建筑設計提供了更多的可能性。本文介紹了3D打印技術及其發展現狀，綜合分析了其應用于建筑行業的可行性及其相在建筑行業發展趨勢。3D打印技術與建筑行業相融合，必將給建筑行業帶來巨大的變革，促進建筑行業的發展。

3D打印技術屬于一種增材制造技術，在建筑領域應用主要是以無機膠凝材料如混凝土、干混砂漿等與水或膠黏劑混合為可塑性狀態，然后通過水化反應硬化，形成不同形狀堅固可靠的建筑實體或模型[1]。

1 3D打印技術在建筑設計中的應用

1.1 在建筑設計中的應用

建筑施工設計會對建筑項目的規劃、實施、驗收及維修等工作產生重要影響，所以建筑施工的相關人員要對建筑施工設計更加重視，實現創新性建筑設計的目標。3D 打印技術在建筑設計方面的應用不但能夠反映各類人群對于建筑設計的需求，還能夠切實地表現出建筑的自身價值。除此以外，從整體的角度來說，能夠達到很好的經濟效益。并且，3D技術在建筑的施工設計過程中，還能夠對建筑進行特殊的設計，方便工程計價，獲得預算，使得人們得到直觀的感受，能夠進行對應的輔助工作，解決其中存在的問題，確保建筑施工質量的安全[2]。

1.2 在建筑施工中的應用

3D打印技術在建筑的施工階段應用，可很好的控制施工誤差，提高施工效率，可通過控制系統控制3D建筑打印設備按照不同的切片方案進行打印，打印精確度可控制到mm級別，在建筑打印過程中可以隨時終止，再次打印時，3D打印系統可實現精確定位之前打印位置。這與傳統的建筑施工工序有很大的區別。比如：在鋼筋的布置方式，可選擇邊打印邊布置，也可打印過程中預留孔洞，打印后布置鋼筋或鋼筋籠，再進行澆筑，最終滿足建筑標準要求。

2 3D打印技術在建筑設計中的未來發展趨勢

2.1 在建筑設計方面

傳統的建筑設計需要考慮的因素較多，尤其會受到施工技術的限制，許多建筑設計理念會由技術限制很難實現。傳統建筑設計以圖紙設計為主，但3D打印技術能夠進行三維模型設計，將傳統圖紙與地理信息、建筑掃描等電子數據進行結合，并以實物形式展現出來，可通過實景建模形式，展現真實三維場景。前期設計模型可經過分割、單體化和比例縮放等步驟制作成等比例三維模型，再利用3D打印技術便可將模型1:1打印出來。3D打印可以靈活處理模型，直接在文件上進行編輯修改，就可實現調整，同時，也可方便實現多色彩打印，甚至可以給模型增加透明、金屬等不同元素[3]。

2.2 在建筑材料方面

目前，3D 打印技術已經應用于陶瓷、黏土等建筑材料的施工中，這也是與傳統的建筑材料形式是不同的，并且，在3D打印技術未來的發展過程中，也會在以纖維材料、化學材料及復合材料等為核心的特別的建筑材料中應用，對建筑的剩余建材進行分解及重建，實現材料的循環使用，提高建筑材料的利用率，減少生產成本。除此以外，3D打印技術使用的材料的物理性能要比傳統材料更加優質。例如混凝土在3D打印技術的使用下，其原材料會有很大改變，在混凝土中可以加特配的水泥、樹脂等，使其符合3D打印的要求[4]。

2.3 在工程造價方面

傳統工程造價主要依據與設計圖紙來計算工程量，在依據市場價格、相關定額標準進行計價取費，綜合后得出工程的預算價格，也就是工程成本。而設計的調整、變更等，對計價工作有很大影響，一個小的設計調整，都會導致計價工作很大的工作量。而采用三維建模后，可在施工前期充分對建筑施工各階段進行分析，調整、計價也都非常方便，并可分析對比不同施工技術、施工流程對造價的影響。目前，由于我國3D打印技術發展還處于起步階段，結合3D打印的工程計價成本要比傳統計價成本高很多。隨著3D打印技術在未來的發展，與之相關的數字建模、設計及材料學等方面技術的進步，3D打印技術成本也會隨之降低。當3D 打印的設備慢慢普及后，施工企業只需購買并對其定期進行維護保養、及時的更新程序，就能夠使成本大大減少，提高企業的經濟效益。

2.4 在功能技術方面

今后，3D打印技術的發展將會趨向于多元化、多樣化，也就是說3D技術的應用不再只是某一部分的行業，而是能夠應用在各個行業中，3D打印的設備也會獨立進行設計、施工等過程，為建筑設計提供了更多的設計空間。3D打印的設備也會更加智能化，大大提高制作水平及效率，能夠在不同復雜施工環境中應用[5]。

3 結束語

總而言之，3D打印技術對于現代化的建筑設計來說是未來建筑領域的一大發展方向，它能夠有效促進建筑施工設計更加趨向于智能化，提高建筑施工的工作效率和施工質量，減少建材垃圾材料，使得建筑施工變得更加節材環保，大大降低施工的難度，確保工作人員的安全。

[1] 岑立,楊建琛,元斐斌,等.3D打印技術對建筑行業發展的影響[J].科技創新導報,2015,12(12):37.

[2] 宋尚霖,趙千,汪林兵.3D打印建筑技術的發展及其材料結構——智能一體化展望[J].中外建筑,2015,(9):110-112.

[3] 丁烈云,徐捷,覃亞偉.建筑3D打印數字建造技術研究應用綜述[J].土木工程與管理學報,2015,(3):1-10.

[4] 蘇有文,李超飛,楊婷惠,等.3D打印混凝土技術的建筑工程應用研究[J].建筑技術,2017,40(1):98-100.

[5] 徐步光,李丹榮,寧銳劍.3D打印技術在建筑領域的應用及對工業發展的革命性影響[J].中國醫療器械信息,2015,(8):13-18.