“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”主體結(jié)構(gòu)完成——
“打印”出來的房子啥模樣
“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”效果圖,。
3D打印墻體特寫照片,。
施工人員在3D打印墻體施工中,。
?。▓D片由中建二局華南公司提供）
隨著3D打印建筑技術(shù)的不斷發(fā)展,，其對整個建筑行業(yè)的影響在不斷加深,。日前,，“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”在廣東成功完成主體結(jié)構(gòu),，意味著我國建筑3D打印技術(shù)在某些應(yīng)用方面已經(jīng)超越國外同行，未來有望深入改變我們的生活,。
兩層小樓,，7.2米高，一層層疊起的墻體,，顏色灰突突的,。在一棟棟摩天大廈拔地而起、眾多地標性建筑彰顯特色的今天,，這樣一棟小樓,，顯得很平常。
但是,，如果這棟小樓是“3D打印”出來的呢,？
這棟小樓不尋常
11月17日，中建二局廣東建設(shè)基地,。一個高大的金屬框架立在地面,，噴吐混凝土材料的“打印頭”懸掛其上,，可以實現(xiàn)XYZ軸3個方向上的自由移動。此時,，連續(xù)“噴墨”幾十個小時的建筑3D打印機已經(jīng)完成了工作——這棟其貌不揚的小樓就是它的作品,。
小樓有個響當當?shù)拿枴笆澜缡桌?D打印雙層示范建筑”。其特殊性在于,，它是一棟“原位3D打印”出來的建筑,，是一棟不用拼裝、在現(xiàn)場直接將主體打印成形的建筑,，也是一棟首次運用這項技術(shù)并成功完成的雙層建筑,。同時，這也意味著我國建筑3D打印技術(shù)與國際同步發(fā)展,，甚至在某些應(yīng)用方面已經(jīng)超越國外同行,。從這個角度看，這棟小樓不尋常,。
3D打印技術(shù)誕生于上世紀90年代中期,。一般認為，這是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料,，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)，在航空航天,、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域都有應(yīng)用,，而應(yīng)用在建筑方面還很少見。
中國建筑技術(shù)中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹：“3D打印建筑的基本原理與一般打印機一樣,，要有打印機體,、噴頭、油墨,、紙張,。”如果把建筑四周搭建的金屬框架視作打印機的機體,，那么噴吐混凝土的“打印頭”就相當于打印機的噴頭,。建筑打印用的“油墨”可不是普通的混凝土，而是為打印施工特殊配制的打印材料,。當然,，“紙張”也十分重要。在施工前,，工人在地下預(yù)埋鋼筋,，這就相當于“紙張”了,。打印頭通過一圈一圈連續(xù)噴吐寬5厘米,、厚2.5厘米的打印材料,，經(jīng)過層層堆積建造墻面，不到30個小時就能打印完占地面積約120平方米的一層樓墻面,。而且在打印過程中,，隨著墻體不斷升高，還需要按照圖紙加裝鋼筋,，使“紙張”實現(xiàn)動態(tài)延伸,。
“工人可以趁著混凝土砂漿尚未凝固時在墻體底部開洞，為墻體內(nèi)的鋼筋籠與地基中的鋼筋焊接預(yù)留出空間,?！敝薪ǘ謴V東建設(shè)基地有限公司科技部副經(jīng)理黃云補充說，“手感像是切蛋糕,，操作起來相當方便”,。
打印技術(shù)不尋常
且不說現(xiàn)場觀感，從技術(shù)層面描述建筑的“打印”過程也不復(fù)雜：先是通過計算機軟件完成模型分割,；接著將三維圖形信息轉(zhuǎn)化成打印路徑,，同時計算出打印速度；然后輸送泵將打印材料送至打印頭,，打印頭再按照設(shè)定程序進行三維走位,，建筑構(gòu)件就被“打印”出來了。此次打印完成占地面積約120平方米的一樓墻面,，用時不到30個小時,。
然而，新技術(shù)簡單易行的背后是科技力量的強大支撐,。
一是打印材料不尋常,。寬5厘米、厚2.5厘米的混凝土材料一層覆蓋一層,，如果下層混凝土凝結(jié)慢,，強度不夠，就無法支撐上層材料的重量,，有可能導(dǎo)致墻面變形甚至垮塌,；如果凝結(jié)得太快，每一層材料與上層材料的有效黏合又難以實現(xiàn),。如何讓混凝土滿足3D打印建筑的需求,，本身就是個難題?！拔覀兺ㄟ^反復(fù)試驗,，在普通混凝土中添加了外加劑，通過調(diào)節(jié)材料黏稠度和凝結(jié)時間，解決了這一問題,?！被袅琳f。
二是原位3D打印建筑技術(shù)不尋常,?？陀^地看，在建筑行業(yè)引入“3D打印”技術(shù)已有先例,，但大部分應(yīng)用都在工廠中完成,。工廠打印出能夠組合拼裝成形的各種建筑構(gòu)件，然后搬運到建筑所在地進行拼裝,。而原位3D打印建造技術(shù)可以實現(xiàn)原位打印,，即在現(xiàn)場直接將主體打印成形，無需二次拼裝,，這需要克服戶外環(huán)境變化帶來的一系列挑戰(zhàn),。對此，施工人員在建筑周邊裝備噴霧設(shè)施,，用于打印中的保濕和打印后的混凝土養(yǎng)護,。“飯要一口一口吃,，樓要一層一層印,。在一層墻體打印完成后，我們還需養(yǎng)護至少3天,，確保材料強度達到可開展下階段施工的條件,。”中建二局廣東建設(shè)基地有限公司總工程師蘇鎧說,。
三是建造難度不尋常,。此次實踐，他們采用輪廓工藝,，分內(nèi)外兩層打印,，打印出的墻體是“空心”的，方便添加保暖填充物,。而將這項技術(shù)成功運用到難度更大的雙層建筑建造上,，更是一種突破。
在不尋常中求索“尋?！?/span>
研制3D打印建筑,，意義何在？
蘇鎧向記者介紹：與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比,，3D打印技術(shù)的機械化程度更高,、成本更低,；而且整個施工過程不需要模板，不但能節(jié)約材料約60%,，還可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗,；由于3D技術(shù)打印房屋全部使用機械自動化操作，以往要十幾名工人操作的項目完全可以減少一半人力,；特別重要的是,，整個施工過程更加安全,，工人的勞動強度也降低不少,。
站在更大的格局上看，建筑3D打印技術(shù)對整個建筑行業(yè)的影響亦在不斷加深,。一方面,，應(yīng)用這一技術(shù)可實現(xiàn)更高的設(shè)計自由度，這為建筑設(shè)計師的自由創(chuàng)作提供了更多可能,；另一方面,，這一技術(shù)可實現(xiàn)更高的定制化要求，能推動建筑的標準化與個性化更好結(jié)合,?！斑@將是一個打破傳統(tǒng)束縛、使建筑結(jié)構(gòu)順應(yīng)個性化需求的過程,?！被袅琳f。
無論技術(shù)有多牛,，能否實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用才是關(guān)鍵,。于是，在一系列不尋常中求索“尋?！?，是建筑3D打印技術(shù)研發(fā)團隊始終關(guān)注的問題。此次原位3D打印技術(shù)的成功應(yīng)用,，克服了需要大量機械吊裝預(yù)制構(gòu)件,、構(gòu)件二次運輸?shù)葐栴}，為3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的推廣奠定了基礎(chǔ),。
現(xiàn)實地看,，從技術(shù)突破到應(yīng)用推廣，建筑3D打印還有很長一段路要走,，還有一些難題尚未解決,。比如，3D打印具有無模板的優(yōu)點,，但是打印墻體中的橫向鋼筋,、豎向鋼筋、箍筋的布置和連接在目前的工藝中還不能有效解決；又如,，不同建筑環(huán)境對打印材料的要求也不同,，研發(fā)具有更優(yōu)越強度及耐久性的建筑3D打印材料，也是建筑3D打印技術(shù)更好推廣的重要基礎(chǔ),；再如,，建筑3D打印機也需要進一步強化能力、實現(xiàn)更多功能,，能夠根據(jù)建筑的體量大小,、建筑場地附近的施工條件以及施工進度的要求，進行全尺寸打印,、分段組裝式打印,、群組機器人集合打印等。
因此,，霍亮特別強調(diào)：“建筑3D打印技術(shù)與現(xiàn)有施工技術(shù)是互補的,、相互依靠的關(guān)系。研發(fā)及應(yīng)用這一技術(shù)不是要替代現(xiàn)有施工技術(shù),，而是將其作為對現(xiàn)有施工技術(shù)的一個強有力補充,。”
雖然未來的不確定性很多,，但可以預(yù)見的是,，由于建筑3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，整個建筑行業(yè)的設(shè)計,、施工思路與方法必將隨之變化,。建筑師、工程師和建筑工人將借助科技之力,，將建筑與3D打印結(jié)合,，完成對現(xiàn)有建筑技術(shù)的再造。
