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建筑3D打印:从概念到现实

来源:中国建设报

谈起3D打印技术,人们的第一反应是那是梦幻般的高科技产业,主要用于智能制造业,建筑3D打印技术从概念到成为现实还为时尚早。事实果真如此吗?笔者结合近期在上海同济大学召开的盈创建筑3D打印技术全球新闻发布会上了解到的一些情况,谈谈个人对该技术对建筑企业发展战略影响的思考。

3D打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字化增材制造技术(增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除-切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。),它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透。用3D打印机打印建筑物,近期已得到较全面的实现。据盈创公司的相关介绍,其自主研发3D打印设备、打印油墨和连续打印技术,让全球首批3D打印的建筑呈现在了世人面前。一部长×宽×高分别为150米×10米×6.6米的打印机、一种特殊的“油墨”、一台电脑、一个按键,便可以轻轻松松打印出一栋真实、可以居住的房子。现在,3D打印技术已经可以在24小时内“打印”出10栋200平方米的建筑,可以打印各种建筑材料及工艺品。

新闻发布会上介绍的房屋建筑打印的主要技术包括3D打印建筑的“油墨”,它是以高标号水泥与玻璃纤维为主,依靠自主研发的打印机设备连续线性挤出式打印而成,与传统建筑无异。打印油墨的主要特点是液态、零能耗、自然凝固成型、弹性大、可塑性高、对人体无伤害、对环境无污染、自重轻、自带保温与就地取材。3D打印建筑目前主要是打印墙体,通过不同需求,可以任意设计墙体结构。墙体预留梁与柱的浇筑空间,采取当前现行混凝土结构施工工艺,解决房屋受力结构问题。打印空心的墙体不但大大减轻了建筑本身的重量,可在其空心墙体中填充保温材料,让墙体成为整体的自保温墙体,也可以将墙体打印成空心双面模板,内部浇筑混凝土。在打印过程中可以把门窗等位置预留出来,并且可以根据需要安装预埋件。目前现行各种标准件门窗、水电管线等都可以在空心的墙体中自由布置。

3D打印建筑的优点很多,比如3D打印建筑的“油墨”实质是建筑垃圾的再利用,包括工业垃圾、尾矿等,并可就地取材,回收建筑垃圾,通过技术处理、加工分离使之成为3D打印建筑“油墨”的一部分原材料,让建筑垃圾回到建筑中。3D打印可以充分利用打印智能控制,使建筑一次成型,减少建筑中的材料损耗和工艺损耗。3D打印建筑让未来的建筑工人劳动强度大大降低,工作环境大大改善,工作更高效。3D打印建筑可以做到让建筑能耗大幅度降低,3D打印建筑可有效地改善施工粉尘和噪音的影响,避免对环境造成污染,让天更蓝、山更绿、水更清。3D打印还能打印出各种房型,也能打印出平滑表面等各种外立面造型的房屋,让建筑的艺术性通过3D打印技术一次性实现。3D打印建筑对各种特殊设计结构、空间结构、研发性产品、单一样品具有比常规施工技术更明显的优势。3D打印建筑的建造成本大大降低,3D打印技术的广泛推广将彻底改变现行建造方式,让世界上更多的人住得起房子。

目前,中国房屋建设每年新产生建筑垃圾达3亿吨,建筑垃圾占中国城市垃圾的30%~40%,建筑垃圾总量达28亿吨;当前中国劳动力越来越紧张,人力成本越来越高;中国能源消耗巨大,已面临着不得不寻求改变的紧迫局面;在经济取得大发展的同时,我国环境保护承担的压力越来越大,基于这些原因,中国建筑业摆脱高耗能、粗放型发展模式已成为全社会共同的呼声。个人认为具有诸多优点的3D打印建筑在中国的推广应用是必须的,也是必然的。3D打印技术离我们很近,3D打印建筑已不再仅限于纸上的概念,相信5年内,3D打印技术将颠覆整个行业的传统观念,让建筑市场充分认识到3D打印技术的力量。

面对成为第三次工业革命重大标志与开启第三次工业革命大门的3D打印技术,笔者建议建筑企业积极参与和跟进,分4步逐步展开3D打印技术的推广、应用工作。

1.学习阶段。设专人跟踪当前社会的3D打印技术、产品,掌握第一手资料,并积极在企业可能的建筑产品中推广应用现行较成熟的3D产品、工艺及技术。

2.研发阶段。企业可以针对各自的企业发展阶段和业务状况,开展3D打印建筑技术的基础研究。以中国核工业二四建设有限公司为例,可以重点研究核电与军工特种结构打印机的设计与制造,重点研究高层民用建筑3D打印机的设计与制造,重点研究各种核电与军工产品中3D打印“油墨”和3D打印建筑半成品、成品,研究3D打印建筑的建筑技术与设计技术。可联合高等院校及企业共同开发,形成一整套有企业独特优势的3D打印建筑技术。

3.全面承接3D打印技术的房屋建设设计与施工。提供3D打印机、3D打印“油墨”等普通民用3D打印成品或原材料服务;供应3D打印建筑产品、设计、技术服务和施工等。

4.参与制定3D打印建筑的各种标准及规范,向服务型企业转型。(作者单位:中国核工业二四建设有限公司)

 邓国平


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