關(guān)于探討建筑渣土3D打印技術(shù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的調(diào)研報(bào)告

趙文濤

中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100080

一、我國(guó)建筑渣土現(xiàn)狀

中國(guó)現(xiàn)在存在著很多建筑施工企業(yè)。在進(jìn)行房屋和各類(lèi)建筑物的新建、改建、擴(kuò)建和拆除時(shí)，就會(huì)不自覺(jué)地產(chǎn)生大量的棄土、棄料和其它的廢棄物。而這些廢棄物便是建筑垃圾。建筑垃圾主要分為土地開(kāi)挖垃圾和舊建筑物拆除垃圾這兩大類(lèi)，其中土地開(kāi)挖垃圾就是前文中提到的建筑渣土。目前我國(guó)對(duì)于建筑渣土的傳統(tǒng)處理方式大致分為兩種：一種是將一些土質(zhì)比較好的渣土存留在一個(gè)特定地點(diǎn)并做好防護(hù)措施以便后續(xù)回填使用，而剩下的渣土則是讓專(zhuān)業(yè)承包單位找一個(gè)消納地點(diǎn)進(jìn)行填埋；另外一種則是將所有渣土作為生產(chǎn)再生磚等其他物品的原材料。

二、當(dāng)今存在的主要問(wèn)題

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前大多數(shù)正在執(zhí)行建設(shè)任務(wù)的施工現(xiàn)場(chǎng)每天大約產(chǎn)生渣土總量為3000立方米左右，而絕大部分建筑工地目前所采取處理這些建筑垃圾的方法通常是租賃政府所要求的自卸式渣土運(yùn)輸車(chē)進(jìn)行渣土外運(yùn)。由于各地區(qū)政府大多要求各個(gè)建筑工地只能在午夜期間使用渣土車(chē)輛向指定的渣土消納場(chǎng)所運(yùn)送渣土，因此每運(yùn)送一車(chē)渣土所需要花費(fèi)的價(jià)格就會(huì)提高至30元(假設(shè)建筑工地和渣土消納場(chǎng)所的運(yùn)距為15km)。一輛自卸式運(yùn)輸車(chē)所能承受的渣土總量最多為20方，因此對(duì)于一般的建筑工地來(lái)說(shuō)想要把每天所產(chǎn)生的所有渣土在當(dāng)天全部運(yùn)送完畢的話(huà)就需要150車(chē)次。在這同時(shí)還需要加上住建部對(duì)于建筑工地渣土的額外收費(fèi)：每一立方米的渣土費(fèi)用為25元。經(jīng)過(guò)計(jì)算后可以發(fā)現(xiàn)建筑工地僅一天就需要支付高達(dá)7.95萬(wàn)元(渣土費(fèi)用+運(yùn)費(fèi))。

當(dāng)計(jì)算完建筑渣土在消納產(chǎn)業(yè)鏈中的直接經(jīng)濟(jì)消耗外，建筑施工企業(yè)還需要考慮到這些渣土對(duì)于社會(huì)資源的間接消耗。雖說(shuō)政府要求各建筑工地在運(yùn)輸渣土過(guò)程中使用的是綠色環(huán)保渣土運(yùn)輸車(chē)，但是因?yàn)橛行┧緳C(jī)的不文明行為，例如在夜晚作業(yè)時(shí)隨意鳴笛或是開(kāi)遠(yuǎn)燈，因此在運(yùn)輸過(guò)程當(dāng)中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的噪音和光污染。甚至有些公司為了盡可能的降低成本而選用一些不達(dá)標(biāo)的運(yùn)輸車(chē)輛，比如：車(chē)輛保養(yǎng)不到位及密封性較差，造成泄露渣土從而對(duì)路面帶來(lái)污染。有些公司為了減少每天運(yùn)輸?shù)能?chē)次便在每輛運(yùn)輸車(chē)中裝入過(guò)多的渣土，使得運(yùn)輸車(chē)輛超高超重，對(duì)城市道路路基損害極大。

除了上述討論的兩點(diǎn)外，建筑垃圾還會(huì)對(duì)動(dòng)植物及人類(lèi)帶來(lái)不可忽略的影響。有些承包商將未經(jīng)任何處理的渣土隨意傾倒，進(jìn)而污染周?chē)牧帜尽⒒ú莺秃拥溃踔劣谡加么罅康母孛娣e。這些固體廢物長(zhǎng)期堆放還會(huì)使其中的有毒成分滲透至就近的土壤中，使得這些土地的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大改變，從而導(dǎo)致其不能再被利用種植植物，這也成為了間接導(dǎo)致土地資源浪費(fèi)的原因。這些廢物中的粉塵不僅會(huì)通過(guò)風(fēng)等其他媒介的傳播污染空氣，還會(huì)通過(guò)雨水污染水資源，最終勢(shì)必會(huì)對(duì)人類(lèi)及動(dòng)植物帶來(lái)巨大且不可逆轉(zhuǎn)的危害。

三、3D打印技術(shù)在建筑渣土處理方面的優(yōu)勢(shì)

近幾年來(lái)，我國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部以及相關(guān)部門(mén)相繼出臺(tái)了很多對(duì)于智能制造及3D打印技術(shù)有利的政策和文件。住建部大力支持施工類(lèi)企業(yè)和工程總承包類(lèi)企業(yè)將專(zhuān)項(xiàng)信息技術(shù)和BIM技術(shù)完美集合并融入到日常工作中，以更好地提高工作效率。3D打印技術(shù)正是這些專(zhuān)項(xiàng)信息技術(shù)中的一種。政府同時(shí)也在大力鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)單位積極探索利用3D打印技術(shù)打印產(chǎn)品和部件。隨著《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》的出臺(tái)，我國(guó)在工業(yè)領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)要將各大建筑企業(yè)轉(zhuǎn)型成為發(fā)展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的優(yōu)良企業(yè)單位。3D打印技術(shù)不僅可以用于處理建筑渣土，而且可以有效地解決城市霧霾天氣出現(xiàn)的頻率、減少渣土外運(yùn)、路面材料回運(yùn)、汽車(chē)尾氣排放和污染。同時(shí)3D打印技術(shù)還可以提高效率，降低大量的建材加工、運(yùn)輸、施工等生產(chǎn)施工成本，達(dá)到縮短生產(chǎn)周期的效果。完全符合國(guó)家的政策。

從技術(shù)方面來(lái)看，3D打印技術(shù)所需要的打印材料（建筑渣土與添加劑合理配比加工而成），打印出的建筑制品強(qiáng)度可以達(dá)到20Mpa。同時(shí)抗?jié)B性、抗疏化、抗凍性都能達(dá)到較好的標(biāo)準(zhǔn)，使得最終打印出來(lái)的成品具備凝結(jié)快、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。當(dāng)代的建筑渣土3D打印機(jī)采用了單片機(jī)和PLC全自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)渣土上料、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以及下料閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟與關(guān)閉等。

四、3D打印技術(shù)替代傳統(tǒng)處理方式的可行性

首先從技術(shù)方面來(lái)對(duì)比建筑渣土3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)建造技術(shù)。建筑渣土3D打印技術(shù)在施工效率、施工難度、維護(hù)費(fèi)用、表面質(zhì)量以及回收價(jià)值這五方面要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)建造技術(shù)。利用全自動(dòng)化機(jī)器替代人工不僅可以避免人力疲憊所帶來(lái)的生產(chǎn)效率低下以及易產(chǎn)生錯(cuò)誤和不可忽略的誤差等種種缺點(diǎn)外，還能夠保證員工在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)后即可操作而并非像砌磚、抹灰等傳統(tǒng)建造技術(shù)那樣需要經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐才能保證其施工質(zhì)量。

其次從經(jīng)濟(jì)方面對(duì)建筑渣土3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)建造技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。為了使結(jié)果更有說(shuō)服性，以一個(gè)使用紅磚砌成10米長(zhǎng)，2.4米高，0.24米厚墻體的工程造價(jià)來(lái)進(jìn)行此次對(duì)比。使用建筑渣土3D打印技術(shù)打出的墻體，造價(jià)為1694.89元（見(jiàn)附件1）。而傳統(tǒng)砌筑墻體，造價(jià)為4164.89元（見(jiàn)附件2）。由此得出結(jié)論：建筑渣土3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)建造技術(shù)可以在每5.76立方米(上述物品的體積)節(jié)約2468.59元。可見(jiàn)3D打印技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益是極其顯著的。

五、總結(jié)

綜上所述，建筑渣土3D打印技術(shù)不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)處理渣土方式所帶來(lái)的環(huán)境的污染降至最低，而且能夠十分有效地提高工作效率和降低額外成本。它還能很好地在符合時(shí)代潮流且緊隨國(guó)家政策需求的前提下保證打印出來(lái)的產(chǎn)品的可用性和耐用性。此技術(shù)有著廣闊的社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

附件一：對(duì)建筑渣土3D打印技術(shù)打出的10m長(zhǎng)、2.4m高的土墻，預(yù)估造價(jià)1694.59元，明細(xì)表如下

附件二：對(duì)10m長(zhǎng)，2.4m高，0.24米厚磚墻的工程造價(jià)進(jìn)行了計(jì)算。明細(xì)如下表所示：（表一）