国内数字建筑增强打印技术现状

3D打印技术的流行也就是这两三年的事，众多的极客、研究人员及创业者在该技术的基础上进行各种各样的尝试。有使用沙子打印艺术品的，有使用石墨打印电路的，那么，用3D打印技术打印的房子是什么样的？实际上，随着技术的成熟，3D打印已经成为建筑业的革命性技术。2014年，苏州的数幢使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州工业园区，见图7-1，施工单位为盈创新材料（苏州）有限公司和中国建筑第八工程局。这批建筑包括一栋面积约1100平方米的别墅、一栋5层居民楼和一栋简易展厅等，建筑的墙体由大型3D打印机喷绘而成，使用的“油墨”则是混合了高标号水泥、工业废料和回收利用的建筑垃圾制成，所有材料用玻璃纤维加固。

图7-1　苏州工业园内3D打印技术建造的建筑

施工用打印机高6.6米、宽10米、长32米，底部占地面积有一个篮球场大，高度有三层楼高。打印的材料宽度只能是1.2米，但长度可拉至150米。根据计算机设计图纸和方案，由计算机操控一个巨大喷口喷射出“油墨”，喷头像奶油裱花一样，油墨呈“Z”字形排列，层层叠加，很快便能筑起一面高墙。之后，墙与墙之间还可像搭积木一样垒起来，再用钢筋水泥进行二次“打印”灌注，连成一体。在24小时内可打印出10幢200平方米建筑。

图7-2　3D打印的毛坯房

走进3D打印的别墅和五层楼房，房子的墙体看上去跟用水泥建造出来的一样，呈现出年轮蛋糕般的螺纹结构，用手指敲敲墙体，可以听到空空的声音。虽然手感粗糙，但每层之间密不透风，看上去浑然一体。3D打印的墙体强度是普通水泥的5倍，而且是中空的，更加保温。5层高楼房由地下一层和地面五层组成，每层的建筑面积为200平方米。建造一层这样的房子，打印材料要一天，5个工人只需要花三天的时间就可以建造好。当然，五层楼房的施工准备得花费数月。

3D打印建筑的好处是节能环保、节省材料。打印建筑的原料可采用建筑垃圾、工业垃圾和矿山尾矿，另外的材料主要是水泥和钢筋，另有特殊助剂。因为3D打印建筑不产生任何扬尘和垃圾，可节约建筑材料30%到60%，工期缩短50%到70%，成本可至少节省50%以上，并且顾客可以私人定制家居和房子风格。在造价方面，2014年上海浦东售价8000万的别墅如用3D打印土建施工成本只要100多万。图7-2为上海张江高新青浦园内的3D打印毛坯房，和图7-1的建筑为同一台打印机施工完成。(www.xing528.com)

尽管3D打印进入建筑行业的最初表现形式是建筑模型，此类模型或用来为客户展示房屋样式，或被摆在家中当作艺术品欣赏，虽创意十足，但却是3D打印在该行业中最低级的应用。目前，从建造技术角度，用3D打印建造一栋实体房屋有多种方式：一是打印出各房屋部件，再由工人负责进行现场组装；二是直接打印出成型房屋，后期仅需按要求安装门窗和管路，这又可分为全尺寸打印和群组打印。由于3D打印结构是一层一层建立起来的，无论哪种方式，都允许工程师在建筑材料、建筑结构改造等方面有更多的发挥余地。

国内已实现的3D打印零能耗建筑墙板之一，其主要材料是聚苯颗粒与C形钢，与传统人工砌墙相比，具有不扬尘、无噪音、不排废水、抗震功能强、易于拼装、厚度可调节等优势。目前后期组装是3D打印建筑可行的模式，见图7-3，但一次性打印实体房屋会是未来主流发展趋势。

图7-3　3D打印技术建造住宅

3D打印建筑的优点总结：第一，传统房屋成品都是通过人工修砌、机械切割等方式制造而出，站在房屋设计者角度，或许会在精度和美观度方面有所偏差，而3D打印机由计算机操控，只要有数据支撑，便可将任何复杂的设计模型快速、精确地制造出来；第二，3D打印可满足客户个性化、定制化的需求，同时大大降低制造门槛和时间周期；第三，3D打印可极大节省人力成本及材料成本。由于摒弃钢结构，目前3D打印房屋主要材料来自混凝土、塑料等，部分材料甚至可用回收废料代替；第四，为建筑智能化提供了基础，如开发一种可随气候变化而产生反应的材料系统，通过3D打印技术实现房屋对外界气候变化产生感知的能力，提升人们的居住体验。

当然，3D打印的建筑，其刚度、强度和耐久性等综合性能还待国家实验室进一步验证，目前还没有专门的国家标准，今后需要住建部对3D打印建筑系列标准进行修订、完善。