3D打印建筑的今生与未来相关研究

王雨涵

摘 要 近年来，3D打印在建筑行业的应用得到了大众的关注，有些是民间自发的实践，有些是有组织的实践。3D打印建筑一项非常复杂的系统工程，实现3D打印混凝土建筑是住宅工业化发展的必然趋势之一，是适应现代建筑技术发展的必要需求，同时也是提高整个建筑行业技术水平和技术创新的重要途径。

关键词 3D打印建筑;今生;未来

1关于3D打印建筑

现如今，3D打印技术在建筑、医疗、航空航天、工业制造等领域有着深入的影响。3D打印建筑是利用三维动画技术，进行建筑的制造的过程，很好地继承了制造业流水线生产和智能化制造的思路，彻底打破了建筑施工不能采用工业化生产的制约，为建筑工业化发展提供了无限的可能。

在我国3D打印房屋进入大众视线是腾讯在2014年的关于上海3D打印房屋的一篇报道，当时大众对3D打印房屋这一新鲜事物感到惊叹不已。2018年12月4日在广州市荔湾区西塱村大桥西园巷，南方电网公司广州供电局正在应用现场建筑3D打印技术建设配电房，这在全国尚属首例[1]。据悉，该技术大大提高了工作效率，施工工期比传统建設缩短30%，同时也降低了对环境和市民的影响。

23D打印建筑的今生

2.1 3D打印建筑技术的应用优势

3D打印建筑是与传统建筑建造方式和理念完全不同的方式，有其先天性的技术优势，主要的是：①运用系统思维进行3D建模和设计，加快了生产效率、提高了集约化、整体化建造的科技含量，将常规的建筑工艺模块化、系统化、集成化，达到提高建筑建造工期的目的。②3D打印建筑可以节省人力、物力、管理等费用的投入成本。据有关报道，从测算来看采用3D打印建筑技术，可节约建筑材料30%至60%，工期缩短50%至70%，节约人工50%至80%，整体建筑成本至少节省50%以上。③3D打印建筑的应用领域宽泛，可个性化定制。业界相关公司在浙江嘉兴成功实现了围墙、景观小品及小区道路的施工试点。而且，利用3D打印技术还可以定制个性化的房子，打印各种异形构件，做到一套房一张设计图。

2.2 3D打印在建筑行业的应用局限性分析

上海的盈创科技自2014年在上海打出全球第一座3D打印1100平别墅，2015年打印了全球首栋最高的3D打印建筑。2016年该公司更是开始在全球布局和建立盈创3D打印梦工厂和3D打印建筑产业园。另外，苏州某团队建造的3D打印的徽派四合院，从外观上看就可以看到墙上类似FDM的纹路，实则也是通过类似的方法来建造的。

在全球建筑业掀起3D打印建筑浪潮的同时，3D打印建筑的质疑也未间断，主要的局限性可能体现在：①3D打印建筑的安全问题：一方面，3D打印房的安全性。3D打印建筑最大的问题是内部没有钢筋结构加固，使得房子的牢固性被质疑，而且3D打印房屋最高只有两三层，导致技术本身并不被大众看好。通过3D打印技术能否把房屋的梁体、墙体和柱体做到和传统行业一样坚固，还有待检验。另一方面，建筑的抗震性。打印的房子使用超轻的全新材料，自重会小于传统房屋，抗震性也就更好，但如果打印房的自重大于普通房屋，抗震性的问题就值得考虑了。此外，建筑的耐撞击性，不管怎样由于材料的关系，打印的建筑的耐撞击性可能不如传统房屋。②打印材料的限制.3D打印机使用的是真实的金属、陶瓷、塑料、尼龙玻纤等材料，相比传统建筑材料，这些材料较昂贵和稀缺。另外，打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。③打印机器的限制在三维打印领域，打印建筑需要打印机比建筑物大。机器越大越难制造，机器越大其打印精度和打印速度会越差。一旦出现巨型打印机，将会为整个商品混凝土行业带来巨大的改变。所以，现阶段解决3D打印房屋的一些基本问题：材料，控制，精度等还有很大的发展空间。基于此，认为3D打印技术不可能完全替代传统建筑方式。

33D打印建筑的未来

无可厚非，3D打印技术是一种先进的制造技术，其不受产品结构限制的特性，决定了它在许多行业中具有极大的用武之地。对于3D打印混凝土建筑来说，结构安全、原材料和成本，是其未来发展的关键点[2]。

未来，3D打印建筑在结构方面：要突破半预制结构体系，采用全装配结构，甚至全过程3D打印，才能实现建筑产业由传统施工完全蜕变为制造业的过程。除了基础部分，未来甚至包括基础全部采用3D打印，实现真正的智能化制造，并运用虚拟装配技术。虚拟装配是采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造和现场装配的最优化方案。

未来，3D打印混凝土的原材料方面：来源更广泛、品种更繁多，其凝结硬化和强度产生的机理也会突破传统混凝土的理论范畴，耐久性、安全性也有待研究论证。未来普通混凝土在3D打印建筑原材料中所占的比例将会大幅下降，纤维混凝土、泡沫混凝土、轻骨料混凝土、水泥—树脂基混凝土、聚合物混凝土、水玻璃混凝土等种类的混凝土将会得到更大规模应用，甚至可能出现新型材料混凝土。此外，在打印机器方面，也呼唤性能更加强大的巨型打印机出现。

3D打印建筑的前景宽阔，有着传统建筑方式不具备的优势。但也有缺点，如行业内缺少相关规范、建筑的表面粗糙、技术研发还不够成熟宏观规划及投入不足和技术人才的短缺等[3]。无论是今生还是未来，3D打印建筑的新技术，与传统工艺是一种互补，在钢筋混凝土结构的基础上结合3D打印技术，建造一些科幻建筑、概念建筑等，还有很大的发展空间和应用领域。比如在设计体系、模型制作、钢筋混凝土很难塑造的个性的效果方面，3D打印也能发挥不可替代的作用。

4结束语

笔者认为，随着3D打印混凝土技术的发展，3D打印技术对商品混凝土行业既是一次机遇，也是前所未有的挑战。只有坚持技术创新，紧跟建筑技术发展潮流，才能在未来的商品混凝土市场竞争中，赢得先机，获得持续健康的发展。

参考文献

[1] 李丹.建筑3D打印应用：国内首个3D打印配电房[N].信息时报，2018-12-05（001）.

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

[3]李清.3D打印在建筑业的应用研究[D].广州：华南理工大学，2017.