干货——杨继全：3D打印建筑与传统建筑将会融为一体

3D打印应用在建筑领域的时间还比较短，也就是最近几年才开始。近期，媒体有关3D打印建筑的相关报道不断走进人们的视野。但是，专业研究3D打印的资深专家的采访中获悉，现在关于一些3D打印在建筑上的工作绝大部分还是处于一个探索性的初创期，是属于概念性的建筑模型，还没有一个具有功能性的、真正实际意义上的实体建筑。

南极熊认为，近来，虽然建筑3D打印行业的发展势头相当不错 ，建筑3D打印机的性能越来越好，已经可以建造出实用的房屋了，而且世界多国对这个行业的支持都在加大。但是由于技术不成熟，而且有局限性，材料等也没有达到行业标准的认可，3d打印建筑还有很长的一段路要走。

中国3D打印产业联盟顾问、江苏省三维打印装备与制造重点实验室主任、南京师大电气与自动化工程学院副院长杨继全认为，要想3D打印在建筑领域中大显身手，实现未来生态化建设中不可或缺的得力助手这个终极目标。

3D打印对建筑领域是一种革命还是“昙花一现”的新技术？

目前，中外有一种声音，认为3D打印对于建筑领域来说具有一种革命性的意义。杨继全认为，3D打印对于建筑领域而言，它是有一定的创新性，但是否如外界所说的那样真正具有革命性的意义，还要取决于今后在技术上的发展趋势。比如，能否在关键核心技术上有所突破，能否同时推进相关产业化政策的出台，能否在推广和普及化的实际应用中有所进展等等因素，都决定了3D打印对建筑领域到底是一种革命，还是一种“昙花一现”的新技术。

从总体上而言，3D打印出来的建筑相对于传统的建筑，杨继全认为具有以下几大突出的优势。

第一、打印出来的建筑，从理论上说，它比传统的建筑抗冲击度会更强。因为打印出来的建筑从头到尾只是相当于一个“零件”，而传统建筑则是由千百万个（或者块）不同的砖头、混凝土以及石块等“零件”组成。

第二、打印出来的建筑是自由式的。它在设计以及打印的时候，给予了设计师在创作思路上很大的自由发挥空间。比如内部中空的，中间做成一些孔洞的，任意形状的管道等等。

第三、打印出来的建筑具备功能与艺术融于一体的特点。比如说，打印出来的房子，它不是一个传统的四四方方的建筑，而是一种看上去充满了艺术感的造型。在艺术体现上发挥打印建筑的所长，杨继全觉得这也许是未来发展的一个方向或者重点。

第四、在建造时间、成本控制、环保性、节能方面，打印的建筑都比传统的建筑具有一定的优势。


尽管3D打印的建筑比传统的建筑具有以上这些理论优势，但是，在真正实际应用上，杨继全坦言，它还需要一个验证的过程。而且，虽然3D打印出来的建筑相对于传统建筑而言，它的劣势目前还不太明显，但是，它毕竟还没形成一个产业化，从理论上而言，它还是具有以下一些劣势：

第一、抗拉性弱。从理论上而言，因为没有钢筋，它的抗拉性相对于有钢筋的传统建筑而言，可能会比较弱。目前媒体报到的中外一些通过3D打印出来的建筑，基本上用的都是特种的混凝土。我们都知道，特种的混凝土在受压上具有比较好的承受力，但是在受拉方面的承受力就比较弱。

第二、没有一套非常成熟的工艺与质量评价标准。我们都知道，传统建筑在整个建设过程中，有一套非常成熟的工艺，比如从前期的图纸设计、审核、施工以及到后期的验收等。相比之下，3D打印建筑的整个建设过程，目前还没有形成类似传统建筑方面一样的很完善的标准化工艺。另外，3D打印的建筑，它的安全和可靠性也没有一个完整的评价体系，即使打印出来了一个模型或者实物，它在稳定性、可靠性、安全性等方面还没有相关的法律法规、行业标准去保证。这对于3D打印建筑未来的普及和应用，还是存在着一定的障碍。

3D打印建筑的成本与寿命

正如我们很关注传统建筑的建造成本以及使用寿命一样，3D打印出来的建筑它的成本与寿命也是很多人所关注的方向。

我们都知道，在传统建筑中，有一个很完善的成本核算标准。但是，目前国内外在3D打印建筑的技术上还不成熟，不管是成本核算标准还是具体到某一个项目、某一类产品上，它都没有一个统一、科学的核算标准。目前，一些企业处于宣传的目的，他们可能有意识和选择性地罗列出一些成本数据，这并不具有科学的说服力以及代表性。所以，在这种情况下，非常迫切需要我们在这个行业里设立一个科学和标准的核算方法或体系，然后我们根据这个统一的核算标准去测算，到底3D打印建筑的成本是多少，这样才更有说服力。据杨继全的研究团队在目前实践过程中所得出的实验统计数据表明，扣除设备本身与其它研发成本，仅仅是建筑物施工、耗材、人工等费用，3D打印建筑和传统建筑的成本是相近的，没有特别大的差异。

3D打印出来的建筑，它到底有多长的使用寿命，这不是以目前业内个别公司或者企业他们公布那些标准来判定，它应该是在一个科学和统一的标准下才能具体地估算出。杨继全表示，从理论上说，虽然3D打印建筑的寿命会比传统的建筑在使用寿命上有一定的延长性，但是，不同的建筑物造型它的使用寿命也是不一样的。如果是一栋几米的小高层范围内的房子，3D打印出来的建筑和传统建筑相比，两者之间的使用寿命时间相差不大。

3D打印建筑的壁垒亟待打破

杨继全表示，从目前了解以及研究的情况来看，无论是国内还是国外，3D打印建筑在技术上有几个核心的部分还未能得到有效的突破：

第一、关键核心部分

1、软件方面
首先是面向3D打印的建筑物造型设计软件，如何才能让一个普通的设计师轻松地设计出符合打印要求的一个建筑实物？其次就是结构设计软件，仅有一个很好的外观造型软件还不够，在墙体、内部管道、电线的布置等属于功能性的东西，还需要一个结构性的设计软件来做支撑。最后就是数据处理软件，当设计师把造型和结构都设计好后，他（她）怎么去打印，这中间的数据处理应该怎么做？

2、专业的打印装备
未来，3D打印建筑的设备与现在我们传统建筑当中所使用的各种吊车、输送、搅拌等都不一样，需要有一个全新的、适合打印建筑的设备及装备。现在我们看到媒体报道的正在打印或者已经打印完成的设备，都是从传统设备当中做出改进的，还比较粗糙，无论是精度还是运行速度以及效率上，在我们看来，它们还不具备真正意义上的3D打印建筑设备的相关功能和特点。所以，专业的建筑打印设备这一空白，亟需填补。

3、建材耗材
相对于关键核心技术中的软件和装备部分而言，材料比较成熟一些。现在打印建筑的材料大部分都是基于传统的建材去做出改进，比如说常用的混凝土的改进，材质比较单一。虽然也有一些相关报道采用了玻璃纤维、废塑料、废垃圾等，但是杨继全认为这些材料不具备代表性，以后也不太可能有很好的普及性。

另外，相对于传统建筑材料而言，3D打印建筑材料的也有劣势：为了保证效率和实践，往往要求相关耗材要有非常快的凝固速度，但这样一来就会造成一些隐患。我们都知道，传统的建筑材料凝固的过程比较长，能够有效的释放建筑本身的内应力。3D打印的建筑因为耗材凝固时间过快，自身所形成的建筑内应力没有得到有效释放，时间长了，当这些内应力释放出来后，可能就会造成建筑墙壁的损伤以及建筑整体性能的降低。如何让打印建筑的耗材能够迅速和有效地释放掉这些内应力，也是未来业界需要研究和解决的问题。

所以，要让这些打印建筑的材料形成系列化、多样的产品，业界的工作还有很长的路要走。

第二、关键核心部分以外相关行业标准

目前，3D打印建筑在技术、质量以及成本等方面，相关评判标准的空白对于整个行业来说都是一个很大的欠缺。如何形成一套科学可靠的标准体系对于3D打印建筑在未来实现产业化发展至关重要。

3D打印建筑设计师的影响

从杨继全的研究团队现在做的工作来看，建筑打印对传统设计师职业所造成的影响还是很明显的。首先，因为现在很多设计师在创作过程中，往往只考虑结构、施工以及造价等工程性因素，所以用的都是一种平面的设计工具以及思维。但是3D打印建筑在设计的过程中就已经考虑到未来整个建筑物的功能、材料、美学、力学、生态、环保、施工以及造价等各方面的因素，所以，它会要求设计师在设计过程中要考虑得更多、更全面。其次，现在3D打印建筑还没有专门的相关软件，往往需要通过其他行业的一些软件去做一些转接和借鉴，这对于传统的设计师来说是一个挑战。包括现在用的一些3D打印的软件，它不是专门针对建筑设计的，几乎没有太多直接就能用的功能，设计师还需要花时间去熟悉。

尽管3D打印建筑给设计师带来了不少烦恼，但不可否认，它还是有其积极性的一面的。使用3D打印建筑会对设计师的设计理念起到了一个很好的提升作用，他们知道可能这样设计出来的造型也很漂亮，还能与用户、媒体或者接收方共同去讨论这个作品。

所以，未来在建筑实体打印的真正普及上，不但给设计师的就业和工作内容带来很大的改变，还会给他们带来更高的要求。

从三个方面着手推动3D打印建筑的普及和推广

如果真的想让3D打印建筑这个还在摇篮中的行业最终能形成产业化，而不是“昙花一现”，未来就必须要对3D打印建筑进行推广和普及。杨继全认为，目前不妨从以下几个方面着手：

第一、在关键核心技术方面，要真的静下心来踏踏实实的攻克一些技术难关。包括相关专用设计软件、成型的建筑打印装备、真正适用于打印建筑的材料等，要取得突破性的进展。

第二、政府要出台一系列相关产业扶持政策，鼓励创新。俗话说得好，市场有需求，行业才能发展。能不能有一些示范性以及推广型的项目去促进新的技术在传统产业里面的应用，哪怕是一些点上的应用与创新，从而形成“以点带面式”的推广，这是值得政府联合企业以及科研院所一起去做的事情。

第三、政府有关部门以及科研院所要联合起来制定3D打印建筑的国家或者行业标准。如果我们国家不走在外国的前面，那么3D打印建筑这个对于中外差距相对较小的新兴市场，就会被别人所占领。

3D打印建筑未来的发展趋势

居住对于人来说，还是一个基本的需求。而对于3D打印建筑而言，杨继全表示，它未来发展的重点不仅仅是一个居住，更多的方向，可能还是在个性化的艺术上。比如说大型的城市雕塑、自然景观、甚至是酒店，它们都会有不同的特征，它希望能给人们营造一种更好的理念，而这恰恰也是3D打印建筑更多的应用，远比我们打印一栋房子的普及量和需求量会更大一些。这个也是现在业内逐渐形成的一个概念：未来3D打印在建筑领域不仅仅是只能打印一些小的、精密性的东西以及房子，它还会朝着打印大型的雕塑、模型、艺术体等方向发展。

因此，杨继全认为，3D打印建筑在未来会朝着以下3个趋势发展：

1、要和传统建筑融为一体

从长远的趋势上来说，3D打印建筑经过现在的创新阶段、未来的补充阶段、并存阶段以及主流阶段，最终将会和传统的建筑融为一体，因为这个趋势在现在已经开始逐渐露出端倪了。比如说现在的一些传统的通用建筑，它们更多地是采用相关机器来建造，而3D打印的建筑，也是通过相关机器来建造。两者的建造机器之间，只是运作的原理和方式不太一样而已。所以，杨继全表示，经过若干年的发展，传统建筑和3D打印建筑是会融为一体的，而且还会催生出更多的相关新型装备、建材、设计方法与方案。

2、在个性化与艺术化方向，与人的生活和工作融为一体

以后，我们居住的一个环境可能不再是现在一个呆板、单调的混凝土建筑，而是一个内外都处充满着各种丰富的艺术感的空间。比如说，不管是建筑外表还是内部构造，只要您能想得到的，哪怕是稀奇古怪的各种造型，3D打印出来的建筑都能让你梦想成真。

3、朝着建筑的生态化方向发展

我们现在也在探索和研究“生态化在未来或将成为建筑的一个使命”的理念。如果未来的建筑在设计的过程中（包括建材在研发的过程中），都去塑造一种生态的概念，那么3D打印出来的建筑就不会是一栋房子，可能是一棵与自然景观融为一体的巨型的生态型的树。另外，生态型的建筑不仅仅体现在材料的可回收利用上，还体现在材料可生长方面（类似现在的树）——这也是我们和很多建筑设计师在交流与探讨的时候所认同的结论。大家都认为，如果我们能在建材上做更多的文章，就能够赋予这栋外表像树一样、能够吸入二氧化碳并且吐出氧气的建筑一个“生命”。虽然这个路还很长，但是，很多设计师和研发人员还是希望未来能实现这个终极目标。

作者简介：杨继全
1973年9月出生，江苏省三维打印装备与制造重点实验室主任，江苏敦超电子科技有限公司董事长，南京宝岩自动化有限公司董事长，南京师范大学电气与自动化工程学院副院长、副教授、硕士生导师，获南京理工大学机械电子工程专业博士学位，美国Clemson大学机械工程系访问教授，南京市科技领军人才计划（“321”计划）重点扶持项目获得者，江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象，江苏省“333”工程第3层次人才培养对象，江苏科技创业导师，第十一届南京好市民，江苏省三维打印产业创新战略联盟副理事长兼技术专家委员会副主任，中国3D打印产业联盟顾问。

自1996年起一直从事三维打印技术（也称快速成型技术、快速成形技术、迭层制造、增材制造等）的基础研究、技术开发、产业转化与应用工作，在数字化设计建模、微滴喷射成型、高性能复合材料设计与制备、三维打印成型工艺等方面积累了较为丰富的成果与经验。

现担任Journal of Materials Processing Technology、中国科技论文在线等杂志的评审专家、国家自然科学基金评审专家、江苏省科技计划函评专家、中国电机工程学会会员。

近五年先后主持了国家自然科学基金项目、江苏省科技创新与成果转化（重大科技支撑）项目、江苏省科技成果转化专项资金项目、江苏省科技支撑重大专项、江苏省高技术攻关计划项目、江苏省高校自然科学基金、“211”工程项目、国家财政部项目等多项课题，总经费超过3000万元。发表论文40余篇，出版著作四部，获得授权专利及软件著作权40余项。主持研发的多个三维打印成型系统、自动化装备等分别获得了全国大学生创业大赛银奖、江苏省大学生创业大赛金奖、江苏省青年科技创业大赛二等奖、全国青年科技博览会铜奖。获得2008年度江苏省科技进步二等奖1项、2013年度南京市科技进步三等奖1项。

来源：畅言网