3D打印技術在建筑景觀設計中的有效應用

侯濤 李佳男

摘 要：越來越多的新技術隨著科技發展而逐漸產生，且3D打印技術應運而生，逐漸獲得各行業關注，在醫療、建筑、工業設計、機械制造等行業中均獲得廣泛化應用。該文將主要致力于展開在建筑景觀設計中，3D打印技術的應用效果，首先指出建筑景觀設計領域中，3D打印技術的存在優勢，并具體闡釋出其具體化應用，最終給出建筑3D打印的發展思考，以期在建筑景觀設計中，3D打印技術能夠獲得有效性應用。

關鍵詞：景觀設計 有效應用 3D打印技術 建筑

中圖分類號：TU741.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（b）-00-02

3D打印是一種應用塑料或粉末狀金屬，并以數字模型文件為基礎，經逐層打印構造物體技術，其是所謂的快速成形技術。而傳統二維打印，產生的二維平圖圖像是經油墨進行噴刷產生。3D打印技術能夠將模型的結構和細節進行真實性還原，是立體化的打印，以三維模型為基礎，所以傳統和3D打印技術存在極大不同。3D打印制造更快速、更高效，加工和制作過程簡單快捷，工藝流程短、全自動[1]。所以，特別是在工業設計、建筑領域中，獲得極大的歡迎及關注度。

1 建筑景觀設計領域中3D打印技術的存在優勢

1.1 加工材料的多樣性

3D打印技術較傳統制造方式，有極為豐富的可用材料，包含鎂鋁合金、陶瓷、光敏樹脂、有色金屬等，abs、pa、ep包含于工程塑料中，pla、petg等包含于生物塑料中。可用的材料多，實現的可能性更高，決定這一技術有更廣的適用面，對于樹脂、金屬、abs等材料，無需經再次翻制，能夠直接輸出為模型。

1.2 小批量生產成本低

傳統模具開發及機械加工生產線均屬于大批量生產方式，成本因生產數量多而越低，且其模具開發及生產線的費用高昂。3D打印技術相較于大批量生產，生產多件或一件成本幾乎一致，且小批量加工成本更具優勢，更適合于停產稀缺零件復刻、樣品展示模型、個性化定制產品、模具制作等層面。小批量生產的優勢在景觀設計表達層面更具優勢，因其設計開發周期很長，多為概念方案模型，方案的最終確定需經設計多次調整獲得，但是不管獲得怎樣調整之后的樣式，為了提升效率，獲得更低成本，僅僅需替換打印修改部分的模型[2]。

1.3 可實現復雜造型

三軸或五軸的三維雕刻機，以及傳統的切割加工，是一種減材制造加工方式，均是選擇刀具行材料切削去除。此種加工方式通過去除材料實現成型，開始于已有的零件毛坯，所以，無法精準加工完成減材制造，受刀具及刀頭可實現空間深度限制，因此復雜的外觀造型及三維空間結構很難以制造出。相較于傳統生產方式，3D打印技術加工原理完全不一樣，在制造實體模型的時候，需選擇打印材料盤柱疊加方式，其被稱為是增材制造。此種方式較三維雕刻加工技術，為“自下而上”制造方式[3]，模型負角加工難題，可巧妙地通過增材制造而解決，最終實現整個產品過程、零件電子、數字化模型。所以，3D打印技術，是在打印機中將產品數字化模型輸入，以其作為直接驅動，不管其有多高的復雜程度，均可實現快速制造，將最終產品模型完整、準確“輸出”，無需大量人力用于提升工作效率本質特征。

2 在建筑設計領域中3D打印技術的應用

我國城市建筑垃圾的數量已占到城市垃圾總量的30%～ 40%。截至2011年，中國城市固體生活垃圾存量已達70億t，建筑垃圾總量約為28億t，每年新產生建筑垃圾超過5億t。近兩年，北京、上海、廣州等地一些建筑工人年收入超過10萬元。

2.1 應用于建筑設計方案中

對于項目方案層面，在初始階段中不管是客戶方或者是團隊成員均存在不同認識及想法。不同客戶因專業背景及知識架構的不同，所以對于傳統二維設計稿圖而言，也存在不同理解程度。整個項目的全貌，因二維圖無法完整展現，在實現過程中，后期的建設及彼此意見不統一，均會造成項目不斷停工或更改，難以滿足前期意圖及設想。3D打印可將項目整個過程完整展現出來，通過對初始方案建模打印實體，可及時按照實體模型做出調整，便于各方的討論及溝通。特別是在道路交通、橋梁設計、城市設計及規劃層面，需考慮交通、景觀、道路，同時涉及幾個單體建筑，3D打印能夠將建成后的全景真實地展現出來。在設計中，這些建筑每一階段環環相扣、相互聯系，一個環節失誤會產生項目損失。經3D打印，會影響到周邊居民及環境，反映出方案的全貌，縮小若干年方可完成的項目，同時避免設計者造成項目失敗，獲得建筑方及公眾的認可及接受。

2.2 應用于建筑設計方法中

3D打印可在短時間直觀、快速看出最真實效果，其是一個快速成型的技術。除此之外，建筑師之前在繪制建筑物的時候，選擇的是手繪的方式，一個很好的構思及想法，假設無扎實的繪畫功底，則難以表達出。而二維平面永遠是手繪效果圖的效果，設計師的創意較難以表達出。更全面、快捷的方式，3D打印可為建筑師提供，經配合打印機，以及拍照、基底建模進行實體打印，更便于理解設計者意圖，受眾可從多角度實現觀察。

2.3 應用于建筑構件中

建筑師在打印時依據選擇性激光燒件，以及節點式方式，同時按照前期設計圖紙比例，實現每一節點分段打印，最后完成的建筑物制作，通過組合拼接方式實現，極大程度節省物力、人力，較為方便簡潔，保證構件實用性及美觀性。在一些附屬建筑裝飾物上，3D打印技術獲得廣泛應用，像中式古典建筑、歐式壁雕裝飾物表面結構異常復雜化，效率低且人工制作時間長，難以保證一致化制作出的結構及細節，且將3D打印設置好比例之和，并進行基底建模，可精確地在較短時間中進行批量生產，打印出每一局部細節。在建筑裝飾中，3D打印技術不管是外部或者是內部裝飾，均轉向風格展現、技術的設計及細節處理。

2.4 3D打印技術應用領域

文物保護中。通常情況下，博物館為了保護原始作品不受意外事件或環境的傷害，會選擇替代品進行。陜西博物館之前打印出的國寶文物“金怪獸”，長11cm、高11.5cm，花費了14h的時間。相較于文物原件，打印出來的復制品幾乎和其一模一樣。

3 建筑3D打印的發展思考

在工程施工中，當前的建造3D打印應用，并無成熟設計方法及理論能夠借鑒，依舊屬于探索階段。相較于傳統鋼筋混凝土、砌體結構和3D打印建筑，在建造工藝及材料性能層面存在極大差別，所以需對構件及材料性能有充分了解，找出適用的設計方法及理論。

在廣州、北京、上海等地，近些年建筑工人的年收入超10萬元，勞動密集型的建筑業在近些年勞動力越來越緊張，逐漸步入老齡化的時代中面臨巨大挑戰。建筑3D打印，24h可打印出出10棟200m2的建筑，信息化和機械化為技術手段，節約人工80%，縮短工期70%，上降低建筑工人的勞動強度，縮小對勞動力的依賴，提升工作效率，改善工作環境。

建筑3D依舊屬于探索階段，盡管其擁有廣闊化發展前景，均有一系列問題存在于打印方法、設備、材料及工藝層面，而解決上述的問題，則是建筑3D打印當前主要的發展任務。

參考文獻

[1] 張躍.3D打印技術在建筑景觀設計表達中的應用與創新——超寬幅面3D打印機的研發[J].絲路視野，2018（1）：154-155.

[2] 秦建華.3D打印技術在文化藝術中的應用[J].美術教育研究，2014（7）：93.

[3] 王子明，劉瑋.3D打印技術及其在建筑領域的應用[J].混凝土世界，2015（1）：50-57.