BIM与3D打印应用模式的探究

章伟豪 刘欣欣

摘要：文章以造型复杂建筑物的施工为切入点，将BIM技术与3D打印技术相结合，探讨“BIM+3D打印”新型模式，从材料性能和成本费用方面对该模式进行可行性探究。分析了该模式在实际应用中的价值和问题。

Abstract： The article takes the construction of complex buildings as the entry point， combines BIM technology with 3D printing technology， discusses the new model of “BIM+3D printing”， and explores the feasibility of this model in terms of material performance and cost. The value and problems of this model in practical applications are analyzed.

关键词：BIM技术;3D打印;成本;造型复杂;价值

Key words： BIM technology;3D printing;cost;complex;value

中图分类号：TU17                                       文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2019）17-0225-03

0  引言

随着人民日益增长的物质文化需求，建筑物的功能已经不单单局限于为人们提供居住，设计师赋予建筑物的设计语言也使建筑物造型愈发美观灵动。外观新颖、吸引眼球、打破常规的设计成为当前功能性建筑物的流行趋势，这类建筑造型独特，具有不可复制性，并且内部结构复杂，异形构件繁多，无先例可供参考。在2018年3月召开的“两会”上，政府工作报告明确指出“大力改造提升传统产业，加强智能化制造，推进污染防治取得更大成效”[1]。这一理论的提出，充分肯定了BIM技术的发展前景。

目前，作为工业组成部分之一的建筑业，发展速度相比制造业仍显落后。造成这一差距的主要原因之一便是BIM等先进技术的应用大部分是各司其职，相互独立，各技术之间缺乏配合与辅助。在施工过程中，除了依靠BIM软件对建筑物进行信息技术方面的支撑，也需要创新施工技术来完成建造任务。若能辅助提高复杂施工现场与三维模型之间的认识关系，对建筑业对BIM技术应用深度会有显著提高。

本文通过精细的文献调研，分析了BIM技术和3D打印技术应用在施工过程中的成本材料优势并指出该模式下现今仍需要研究的问题。

1  “BIM+3D打印”模式的建立

BIM技术的出现，首先解决了二维图纸平面化的抽象概念。在复杂结构节点的施工中，土建工程的模板及其支撑体系、钢筋曲率以及施工作业平台的空间都制约着建设过程的顺利进行，不规则结构支模板工序繁琐，传统模板不可二次利用，浪费材料，使高空作业的程序复杂，工地现场的安全性降低，而3D打印技术的出现，为异形结构的施工提供了可供参考的解决方案。同样，在机电安装工程中，管线排布也是施工的重难点，使用BIM建立管综模型后，利用3D打印机打印出效果模型，工人在安装之前可以自己动手拼装模型，了解设备的安装，设备的定位，以实物模型指导机电的安装，提高了现场作业的效率。

将BIM与3D打印技术相结合，应用于建筑生产领域，以BIM模型搭建的数据库为核心，通过与3D打印机控制系统相连接，实现由三维虚拟模型向实物的智能转化，这一组合模式的构建，满足了异形构件和机电安装的施工需求，同时，也为处于建筑行业盈利水平末端的施工企业，提高了营业收入，增加了降低安全风险的途径，是改善施工企业生产经营状况的重要方式之一。因此“BIM+3D打印”模式是值得研究和分析的。

2  3D打印技术的可行性分析

2.1 3D打印建筑材料的可行性分析

3D打印建筑材料的研发是实现建筑物实体的核心技术。目前，国外已有部分学者就3D打印建筑材料进行了尝试性研发，如荷兰专家采用树脂及塑料类材料进行研发;美国专家采用树脂砂浆类、黏土类、混凝土类材料进行试验。通常情况下，3D打印材料主要分为四类：塑料，金属，陶瓷和蜡等[2]，这些材料成本高，力学性能差，且不环保应用于建筑物以后宜居性差。

有两种材料适合作为3D打印的原材料，一种是水泥基复合材料（Fiber-Rein-Force Concrete，以下简称FRC）具备制作建筑承压构件的前提条件，它在竖直堆积性能、材料强度上比较符合目前混凝土结构构件的特点;另一种是以经过加工研磨后废弃混凝土和煤渣作为原材料，其主要作用于建筑物的装饰性构件[3]。

3D打印建筑结构的力学性能在宏观方面主要受制于以下两个影响因素：第一是材料自身的性能，;第二是由于3D打印机的工作原理属于分层叠加形式，在材料强度固定的情况下削弱了结构的整体性能，在抗剪切力破坏中存在薄弱环节。

如何使其在没有钢筋的配合下保持抗剪切力破坏，目前主要方法是通过掺加玻璃纤维、复合纤维等材料增加抗拉性能，虽然与钢筋混凝土结构的抗剪切性能有一定差距，但作为建筑装饰性部位的非承重结构，强度上仍然满足要求。3D打印建筑材料由于还没有形成固定的标准，对大多数有关材料性能的探究仍处于试验阶段[4][5]。