3D打印技术对施工管理的影响分析

廖艳屏

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

0 引言

现如今，人工智能发展如火如荼，其应用于各个行业的同时也在行业内发挥着越来越重要的作用，对各行业的传统从业者及管理模式都带来了极大的冲击，其影响不言而喻。传统的建筑业除运输运用到各种大型机械外，更多的施工过程仍然依赖于人工。人工成本不断增加，但人工效率并没有同时得到大幅度的提升，且施工质量、施工进度也因施工人员的技术水平与建筑公司的管理水平的不同而参差不齐。尽管3D打印技术相较于传统施工工艺有着较多的优点，但由于技术上的限制目前尚未在市场上广泛应用，且当前学术界和企业界的研究都侧重于3D打印技术的行业应用上，有小部分学者着重研究3D打印材料的问题，鲜有学者研究3D打印在建筑行业施工管理中存在的问题。因此，除了要加大对3D打印技术的研究外，也应就管理方面映射出的问题作出总结和寻找解决问题的发展思路，以便未来3D打印技术成熟普遍应用于市场后，从传统施工管理模式顺利转变为新技术下的施工管理模式。

1 3D打印技术在建筑业的应用现状

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，将提供的可粘合材料进行连续的物理层叠加，通过设备打印的方式还原或构造的快速成型技术。现阶段，就建筑业而言，3D打印技术基本处于实验与摸索阶段，但也取得了一定的成绩。苏州的盈创建筑材料公司于2014－08－21，使用一台巨大的3D打印机，以混凝土作为打印机的“墨水”进行打印，主要利用可回收材料在一天内建造了10栋200m2的毛坯房；于2014年在上海张江高新区青浦园，利用3D打印技术仅花费一天的时间就完成了10栋二层办公用房的建造；2015年初位于苏州工业园区东方大道的1栋1 100m2的别墅和6层住宅楼的墙体均由3D打印而成。从以上案例不难看出，建筑行业使用3D打印技术相较于人工施工最显著的优点是：高效省时并且无需使用模具；有效节约了建筑材料，减少了建造过程中的能源消耗；在施工力量方面，大大降低了人工成本和对施工队技术水平的依赖；能降低生产时的噪音，保护环境，实现绿色化生产并节省成本，其经济效益显著。虽然3D打印技术高效省时，但该技术目前仍仅多用于赈灾重建时所需的临时建筑的建造。

2 3D打印技术对施工管理的影响

全建筑生命周期一般划分为四个阶段，即规划阶段、设计阶段、施工阶段、运营阶段。而施工阶段是将建筑作品从虚拟转化为现实的最重要的阶段，同时也是检验3D打印技术优劣的应用阶段，因此3D打印技术对于施工阶段各方面的管理必定有着最直接的影响，主要体现在成本、质量、安全管理等方面。

2.1 成本管理的问题

建筑项目是否盈利、盈利多少是一个建筑项目最受人关注的问题，同时也是体现建筑团队管理水平的一个指标。一旦引入3D打印技术，其涉及各方所承担的成本以及所应分配的利益也将成为焦点，比如，昂贵的3D打印机成本如何考虑？无论是参与建设项目的任何一方要独立承担，其经济压力都是可想而知的；假如由参与建设项目的多方共同购买，其成本如何分配？假如引进3D打印机的是制造商，则仍然涉及成本和利益分摊的问题：项目完成后3D打印机如何处置？机器残值如何估量？

由于3D打印技术的特点，在施工过程中不需要脚手架和模板支撑，则项目措施费也相应减少；同时由于机器高效省时，人工费的支出必然降低，工期也会大大缩短，这些对项目成本的影响都是值得关注的。

2.2 质量管理的问题

首先能够被3D打印机使用的建筑材料范围较小、要求较高，且打印材料的强度、保温节能等性能如何保证都是需要在质量体系范围内考虑的问题。其次，在3D打印的建筑物中并不含有钢筋，那么建筑物的抗震性能如何保证？若使用了高强度的建筑材料那么将来在拆除房屋时，建筑垃圾又如何处理？3D打印技术是新兴的前沿技术，应用正处于摸索阶段，尚不成熟，与有成熟的设计规范、施工规范、质量规范的传统施工方式相比，在设计标准、施工标准以及质量标准的制定及体系的形成方面都亟待研究。

2.3 安全管理与责任划分的问题

利用3D打印机打印出来的建筑物或构筑物，一旦发生质量问题，责任应该由谁承担？是3D打印机的制造商或材料供应商或设计方还是施工方？目前3D打印的方式有两种：一种是工厂打印；另一种是实时打印。对于超大尺寸的构件，运输及安装都存在安全问题。

3 3D打印技术在施工管理中的发展思路

3.1 研发性价比高的打印材料

由于突出的实用性获得首都青年创新创业大赛银奖的北京崇建公司自主发明的建筑渣土3D打印技术，利用了建筑渣土作为打印材料。在我国，每年产生约20亿吨建筑垃圾，建筑渣土约占比10%。该技术不仅有着丰富的材料来源，同时也实现了资源的循环利用，并减少了建筑渣土对城市的污染。由于所使用的材料各方面的性能会影响建筑物的安全性、使用性，因此在3D打印技术中对于材料的应用有着十分严格的要求。虽然目前建筑渣土3D打印技术多用于打印施工现场的围挡墙和护栏等临建设施，但它同样给研究者们提供了一个明确可行的思路：充分利用废弃资源，变废为宝。此方向不仅实现了资源循环利用，降低建筑成本，同时还有利于环境保护和治理。

3.2 与优势技术的有机结合

BIM技术通过具体的设计参数进行三维模型设计，3D打印技术实现了三维模式的打印，两者在虚拟与现实之间的转化在维数上是吻合的。利用BIM技术可视化、直观化的技巧及对工程量的反映以及有效的碰撞试验，能规避设计上的缺陷，能减少设计变更的产生，在3D打印参数设置时能提供更有效和更具参考性的数据。同时将BIM技术与3D打印技术应用于装配式建筑，不仅能提高施工效率和施工质量，更能减少成本投入，两者的结合应成为新技术下的施工管理模式重要的发展方向。

3.3 小范围试点推广应用

要建立完善的质量安全标准体系，离不开真实数据的支撑。可通过试点工程研究和构建标准体系，总结和建立如打印数据、质量和成本等各项数据库，为出台国家标准提供有利的数据支持。同时在试点工程中可尝试成本与利益分配的各种组合，为项目参与各方获得最佳的项目收益提供经验。

3.4 政府与社会各界参与推广

新兴的技术需要社会各界的参与和推动。政府、建筑企业、高校和科研机构应通力合作，在政府政策的扶持和引导下，校企联合并依托科研机构进行3D打印技术的研发、实践、修正与更新。

4 结语

3D打印技术是新兴的技术类型，目前学术界对其研究也多集中在技术应用上，但在推广应用的同时也应重视与其相适应的施工管理问题。目前存在着与新兴技术匹配的成本、质量、进度及安全等方面的问题。从目前的研究来看，配合3D打印技术的应用，在施工管理上可以从研发合适的材料与优势技术的有机结合，小范围试点推广应用3D打印技术和依托政府与社会各界的参与推广等方面进行突破，以更好地促进建筑施工的自动化发展，为传统施工管理模式顺利转变为新技术下的施工管理模式提供理论依据。