环保又高效的3D打印建筑

李伟

随着3D打印技术不断发展，将建筑物直接打印出来的工艺，应用前景越来越广阔。它不仅能够简化建筑过程，还能精确计算所需建材的数量，而且几乎不会产生建筑垃圾。

用于打印建筑的巨型3D打印机

美国硅谷的“新故事”公司设计建造的3D打印民居

据英国路透社报道，在德国海德堡市，“欧洲最大的3D打印建筑”于今年7月完工，未来将作为一个计算机服务器中心投入使用。据该项目的开发商介绍，3D打印机按照预先输入的程序，从喷嘴中“挤”出建筑材料。工程人员对打印出的建筑部件进行简单组装，即可完成建造过程。这是3D打印技术在建筑业的应用中取得的重大进展。

“轮廓工艺”

3D打印建筑技術本质上属于一种增材制造工艺，设计师将数字化设计模型输入打印机，转化为打印指令，打印机按照设计要求将特殊材料层层叠加，形成特定形状的建筑部件。

在大多数人的概念中，油墨是液态的。而3D打印建筑使用的“油墨”，是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料，其强度和使用年限大大优于钢筋混凝土。“油墨”挤出后很快会凝固，保证打印机能连续打印。空心的墙体不但大大减轻了建筑物本身的重量，还可以按需求填充保温材料，并可任意设计墙体结构，解决承重问题。因此，无论是桥梁、简易工房、剧院，还是宾馆和居民住宅，其建筑体的强度和牢固度都符合甚至高于建筑行业标准。

3D打印建筑在效率提升和可持续发展方面拥有优势。美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克·霍什内维斯正在研发一种新的工艺。这种新工艺利用3D打印技术，可在不到20小时的时间内建造一幢面积达230平方米的建筑。该项目获得美国航空航天局的支持和资助。霍什内维斯把这种工艺称为“轮廓工艺”，他认为，该工艺得到推广，可以帮助全球10亿人改善居住条件。

“轮廓工艺”在概念设计上比较简单，但实施起来比较复杂。它需要一台巨型3D打印机，其工作原理很像我们办公室中使用的打印机，不过它喷出的不是油墨，而是混凝土。在“轮廓工艺”系统的喷口上，齿轮传动装置可以创建房屋的基础和墙壁。这种建筑能够抵御地震和其他自然灾害。霍什内维斯称，使用该工艺不仅成本低、建造速度快，而且对环境友好。

早在2015年6月，阿联酋迪拜就宣布，将尝试利用3D打印技术建造办公楼。迪拜致力于率先利用各种领先的技术，从而成为全球创新中心——利用3D打印技术建造办公楼是该计划的组成部分。这个项目证明了3D打印技术应用于建筑行业实现的高效率和创造性，有望改写建筑和设计行业。

这栋建筑的使用面积为250平方米，所有零部件由一台6米高、36米长、12米宽的大型3D打印机打印完成，所使用的“耗材”是一种新型建筑材料，融合了混凝土、石膏和塑料。施工方仅用2天就完成了零部件的安装工作。除了建筑本身，其室内的所有家具也都是利用3D打印技术制造的。

2016年，这个当时最先进的3D打印作品完成了，它也是第一座投入实际运营的3D打印建筑。迪拜宣布，它将成为“未来博物馆”的一部分。

优势所在

相比传统的建筑方式，3D打印技术在建筑行业中的应用有哪些优势？

首先，使用3D打印技术建造一座建筑所需的时间大大缩短。例如，上文提到的德国海德堡的“欧洲最大3D打印建筑”占地600多平方米，传统建造方式需要现场有十几名工人协同工作，而使用3D打印技术，只需要一台大型设备，由两名工人在现场监督工程进度即可。

其次，3D打印技术可以实现更高的精度和更大的自由度。传统建筑方式可能会受到建筑规划、建筑结构以及工人技能等因素的限制，而3D打印技术可以根据设计者的意愿直接打印出最终建筑的模型，从而实现更高水平的设计创意和更大的自由度。

3D打印建筑的牢固度怎么样？能推广作为居民住宅吗？

据英国《新科学家》报道，3D打印不仅是一种全新的建筑方式，也是一种颠覆传统的建筑模式。它坚固耐用、高效节能，不仅在建造过程中节省了人力，还能大幅降低建造成本。

3D打印技术的最大亮点是可以让建筑垃圾实现再利用，而且在建造过程中不会产生新的建筑垃圾。采用这种工艺，建筑工地不会杂乱无章，城市空气质量也会得到改善。

未来，随着3D打印技术的不断创新和进步，其在建筑领域的应用也将继续拓展。例如，人们可以将3D打印技术应用于建筑维护和改造，以减少损坏和浪费。此外，建筑设计师还可以利用3D打印技术将更多的创意和想象付诸实践，创造出“唯美”“功能性强”“具未来感”的建筑。

未来预期

3D打印建筑质量可靠，与传统建筑相比可节约30%—60%的材料，缩短工期50%—70%，减少人工50%—80%，建筑成本降低50%。

3D打印建筑市场潜力巨大。据联合国人类住区规划署发布的数据显示，到2030年全球将有近30亿人需要改善居住环境，这意味着每天需要新建9.6万套住房。面对巨大的市场需求，需要一种成本更低、效率更高、安全性更强的建筑模式。

欧洲数字建筑领域的专家格蕾丝·爱丽丝表示，3D打印建筑技术正以日新月异的速度发展，将带动建筑领域的自动化和数字化，为当前住房短缺和劳动力紧缺的全球性难题提供解决方案。

当前3D打印建筑技术的发展仍处于初期，实现规模化尚面临不少挑战。比如，3D打印建筑仍沿用传统的建筑标准，尚缺乏统一的国际标准。德国3D打印建筑部门负责人法比安·布伦茨表示，未来3D打印建筑将向多户型住宅社区的方向发展，真正解决规模化发展问题。

丹麦知名3D建筑打印机生产商COBOD的创始人亨里克·尼尔森认为，随着技术的进一步发展和成熟，3D打印建筑的成本会大幅下降，推动整个建筑行业发生革命性改变。

荷兰韦伯建筑公司首席执行官胡伊斯曼表示，3D打印建筑将提供一种全新的建筑方式和商业模式，包括项目承包商、技术人员、电路技工等在内的行业从业者，需要实现观念转变，接受技能培训。这是3D打印建筑未来市场化取得成功的重要因素。

有业界专家指出，3D打印在建筑新材料开拓和建筑工艺创新上的探索值得称赞，不过，3D打印住宅要真正普及，还需斟酌。其“油墨”的成分主要是水泥和玻璃纤维，而一些国家禁止建筑物大量使用玻璃纤维，因为它会影响人的呼吸系统。

迪拜最早投入使用的3D打印建筑

编辑：姚志刚  winter-yao@163.com