3D打印：让梦想照进现实

来源：中国建材报

在互联网时代，数字化催生各个行业的变革与创新，对于建筑业来说也不例外。

“当前，智能建造已成为建筑业发展的必然趋势和转型升级的重要抓手，是解决建筑行业低效率、高污染、高能耗的有效途径之一。作为创新型房屋智能建造技术，混凝土3D打印技术迎来了前所未有的发展机遇。”近日，清华大学建筑学院教授徐卫国在接受《中国建材报》记者采访时表示，混凝土3D打印技术本身不是一个单项技术，而是一个技术的集成，包含数字建筑设计、机器人系统、打印技术、材料技术等，优势在于具有高效率、免模板、省人力、节省材料、低碳环保等优点，不仅适合传统房屋造型设计建造，还能实现各种优美不规则曲面形体的建造，未来大有可为。

应用混凝土3D打印技术建造的农宅 徐卫国/供图

3D打印推动数字建筑发展

徐卫国从2003年以来一直从事数字设计及数字建造研究。多年来，他通过教学、工程、策展、出版等多种渠道推动了数字建筑在我国的迅速发展。

谈到自己的数字建筑梦想，徐卫国表示，建造是一个过程、一个体系，目前这个体系有建筑师、结构设计师、水暖电工程师、施工队等，是相互割裂的。然而，进入信息社会，生产模式已经发生了根本性地变化，每个环节都应体现智能建造的特点。

为了实现这一梦想，徐卫国团队研发了基于数字建筑设计及机器人自控系统、3D打印技术与特种混凝土材料技术相结合的机器人3D打印混凝土建造技术。

正在打印的混凝土构件 徐卫国/供图

“该技术是一种智能建造技术，其建造工艺流程包括算法生成创意设计、数字形态建模、打印路径规划、打印程序编码、虚拟打印建造模拟、现场原位打印、或现场预制打印及装配，它不仅将房屋或景观建设全过程进行了数字化集成，并分为虚拟建造及实物打印建造两大部分，建造过程中连续的数字信息流及物质性建造流相辅相成，形成了一体化智能建造流程。”

徐卫国指出，该技术涉及不同的行业参与，包括基于算法生成的建筑创意设计、路径规划及控制软件的开发、机器人及打印设备的集成制造、打印材料的混合生产、建筑施工的数字工地等。它的推广使用不仅将传统房屋建设产业升级，而且将带动新的数字建造产业链的形成。

一定要有广义混凝土的概念

作为一种创新型房屋及环境智能建造技术，机器人3D打印混凝土建造技术最大的优势就是节省人力、提高效率、降低造价、保证质量等。

对此，徐卫国指出，智能建造将推动我国建筑工业的转型升级，3D打印作为智能建造的一种重要方式，将对工程建设的智能化发展发挥重要作用。这一技术由于使用了智能系统及智能设备，其建造精度大大提升，从而能够保证建造质量。而且，基于算法生成的数字设计，同时使用了可空间运动的智能机器臂进行建造，该技术不仅可以建设传统的建筑形体，还可以建造各种丰富的有机建筑形态。据了解，这一技术正在进行产业化应用，并首次在深圳宝安区实现了世界最大规模的3D打印混凝土绿化公园建设尝试。到目前为止，新农村住宅、肯尼亚3D打印经济适用房、步行桥、图书屋等项目都应用了该技术。

工程施工现场 徐卫国/供图

“尽管目前3D混凝土打印建造方面还存在着许多需要解决的瓶颈问题，且这一领域技术研发及实际应用的竞争也日益激烈，但该技术目前最大的阻碍就是人们对于这项技术的不了解。”针对目前存在对混凝土3D打印技术的质疑声，徐卫国认为，混凝土本身的配比是可发生变化的，配比不同会导致混凝土性能的变化，比如超高性能混凝土（UHPC）等，一旦这种材料应用于3D打印，混凝土3D打印将拥有更多可能性。“现在是个合作的时代，要推动技术的发展需要各行业联手努力，在这个过程中，人们一定要有广义混凝土的概念。”徐卫国说。

推动改善农村人居环境

采访时，徐卫国的团队正在忙于贵州农宅项目。不管是河北省下花园武家庄农户住宅、非洲低收入住宅的样板房，还是贵州农宅项目，徐卫国团队把很多创新技术都带到了农宅项目现场。

对此，徐卫国说，乡村改造是目前社会发展的重要任务，但不少乡村的改造仅仅实现了公共环境的改善，如修路、铺设市政管道、重新装饰住宅外观等。实际上，这些乡村农宅本身的居住空间及室内生活条件并没有实质性改变。“机器人3D打印混凝土移动平台”及“混凝土房屋快速建造体系”可采用有机更新的方式逐个重建乡村农宅，为乡村住宅建设作出贡献。

“从2003年开始，我一直从事数字设计的研究，在我看来，我们这个团队最大的特点就是把研究从实验室搬到了工地上。”徐卫国认为，实验室的研究与实际工程的应用相去甚远，有时候明明在实验室很成功的技术在实际工程中却没法应用。在实际工程中进行研发，在成百上千的试验中找到系统最优，这正是徐卫国团队不断取得成绩的关键。