3D打印建筑的今生與未來相關研究

王雨涵

摘 要 近年來，3D打印在建筑行業的應用得到了大眾的關注，有些是民間自發的實踐，有些是有組織的實踐。3D打印建筑一項非常復雜的系統工程，實現3D打印混凝土建筑是住宅工業化發展的必然趨勢之一，是適應現代建筑技術發展的必要需求，同時也是提高整個建筑行業技術水平和技術創新的重要途徑。

關鍵詞 3D打印建筑;今生;未來

1關于3D打印建筑

現如今，3D打印技術在建筑、醫療、航空航天、工業制造等領域有著深入的影響。3D打印建筑是利用三維動畫技術，進行建筑的制造的過程，很好地繼承了制造業流水線生產和智能化制造的思路，徹底打破了建筑施工不能采用工業化生產的制約，為建筑工業化發展提供了無限的可能。

在我國3D打印房屋進入大眾視線是騰訊在2014年的關于上海3D打印房屋的一篇報道，當時大眾對3D打印房屋這一新鮮事物感到驚嘆不已。2018年12月4日在廣州市荔灣區西塱村大橋西園巷，南方電網公司廣州供電局正在應用現場建筑3D打印技術建設配電房，這在全國尚屬首例[1]。據悉，該技術大大提高了工作效率，施工工期比傳統建設縮短30%，同時也降低了對環境和市民的影響。

23D打印建筑的今生

2.1 3D打印建筑技術的應用優勢

3D打印建筑是與傳統建筑建造方式和理念完全不同的方式，有其先天性的技術優勢，主要的是：①運用系統思維進行3D建模和設計，加快了生產效率、提高了集約化、整體化建造的科技含量，將常規的建筑工藝模塊化、系統化、集成化，達到提高建筑建造工期的目的。②3D打印建筑可以節省人力、物力、管理等費用的投入成本。據有關報道，從測算來看采用3D打印建筑技術，可節約建筑材料30%至60%，工期縮短50%至70%，節約人工50%至80%，整體建筑成本至少節省50%以上。③3D打印建筑的應用領域寬泛，可個性化定制。業界相關公司在浙江嘉興成功實現了圍墻、景觀小品及小區道路的施工試點。而且，利用3D打印技術還可以定制個性化的房子，打印各種異形構件，做到一套房一張設計圖。

2.2 3D打印在建筑行業的應用局限性分析

上海的盈創科技自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3D打印夢工廠和3D打印建筑產業園。另外，蘇州某團隊建造的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，實則也是通過類似的方法來建造的。

在全球建筑業掀起3D打印建筑浪潮的同時，3D打印建筑的質疑也未間斷，主要的局限性可能體現在：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部沒有鋼筋結構加固，使得房子的牢固性被質疑，而且3D打印房屋最高只有兩三層，導致技術本身并不被大眾看好。通過3D打印技術能否把房屋的梁體、墻體和柱體做到和傳統行業一樣堅固，還有待檢驗。另一方面，建筑的抗震性。打印的房子使用超輕的全新材料，自重會小于傳統房屋，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系，打印的建筑的耐撞擊性可能不如傳統房屋。②打印材料的限制.3D打印機使用的是真實的金屬、陶瓷、塑料、尼龍玻纖等材料，相比傳統建筑材料，這些材料較昂貴和稀缺。另外，打印機也還沒有達到成熟的水平，無法支持日常生活中所接觸到的各種各樣的材料。③打印機器的限制在三維打印領域，打印建筑需要打印機比建筑物大。機器越大越難制造，機器越大其打印精度和打印速度會越差。一旦出現巨型打印機，將會為整個商品混凝土行業帶來巨大的改變。所以，現階段解決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展空間。基于此，認為3D打印技術不可能完全替代傳統建筑方式。

33D打印建筑的未來

無可厚非，3D打印技術是一種先進的制造技術，其不受產品結構限制的特性，決定了它在許多行業中具有極大的用武之地。對于3D打印混凝土建筑來說，結構安全、原材料和成本，是其未來發展的關鍵點[2]。

未來，3D打印建筑在結構方面：要突破半預制結構體系，采用全裝配結構，甚至全過程3D打印，才能實現建筑產業由傳統施工完全蛻變為制造業的過程。除了基礎部分，未來甚至包括基礎全部采用3D打印，實現真正的智能化制造，并運用虛擬裝配技術。虛擬裝配是采用計算機仿真與虛擬現實技術，通過仿真模型在計算機上進行仿真裝配，實現產品的工藝規劃、加工制造和現場裝配的最優化方案。

未來，3D打印混凝土的原材料方面：來源更廣泛、品種更繁多，其凝結硬化和強度產生的機理也會突破傳統混凝土的理論范疇，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得到更大規模應用，甚至可能出現新型材料混凝土。此外，在打印機器方面，也呼喚性能更加強大的巨型打印機出現。

3D打印建筑的前景寬闊，有著傳統建筑方式不具備的優勢。但也有缺點，如行業內缺少相關規范、建筑的表面粗糙、技術研發還不夠成熟宏觀規劃及投入不足和技術人才的短缺等[3]。無論是今生還是未來，3D打印建筑的新技術，與傳統工藝是一種互補，在鋼筋混凝土結構的基礎上結合3D打印技術，建造一些科幻建筑、概念建筑等，還有很大的發展空間和應用領域。比如在設計體系、模型制作、鋼筋混凝土很難塑造的個性的效果方面，3D打印也能發揮不可替代的作用。

4結束語

筆者認為，隨著3D打印混凝土技術的發展，3D打印技術對商品混凝土行業既是一次機遇，也是前所未有的挑戰。只有堅持技術創新，緊跟建筑技術發展潮流，才能在未來的商品混凝土市場競爭中，贏得先機，獲得持續健康的發展。

參考文獻

[1] 李丹.建筑3D打印應用：國內首個3D打印配電房[N].信息時報，2018-12-05（001）.

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

[3]李清.3D打印在建筑業的應用研究[D].廣州：華南理工大學，2017.