建筑3D打印，路在何方

来源：浙江大学启真新论

建筑业作为国民经济的重要支柱产业，在我国经济社会发展中发挥着重要作用。然而，随着经济环境变迁、人员老龄化以及行业竞争的加剧，我国建筑业正面临前所未有的挑战。要推动建筑业的升级转型，智能化、绿色化是其重要抓手。随着人工智能以及相关技术的不断进步，智能建造将以前所未有的速度重塑行业格局，推动建筑业的高质量发展‌。

作为新一代的建造模式，智能建造在建筑全生命周期中综合运用信息化、自动化、智能化等新兴技术手段，来实现工程安全可靠、品质提升、降本增效与绿色低碳。目前我国正在积极探索可行的智能建造技术，其中增材智能建造结合了增材制造（3D打印）、材料科学和建筑工程技术以及智能化系统，通过数字化、自动化与智能化融合革新传统建造模式，正逐渐形成一种新质生产力来助力建筑业的升级转型。

浙江大学联合企业完成的3D打印非线性商业建筑

与人行桥图源：浙江大学建筑工程学院

增材智能建造进展与当前面临的主要问题

增材智能建造无模施工，省去了传统施工中的模板费用；通过自动化施工、快速成型提升了建造效率；通过精确的材料使用减少材料浪费；通过减少劳动力需求降低人工成本。而且3D打印技术的应用能够实现传统方法难以完成的复杂几何结构，给建筑师提供更多的设计可能性；可根据客户需求进行高度定制化设计与建造，满足客户的个性化需求；能够实现复杂结构与构件的高精度制造，减少误差。

目前浙江大学增材智能建造团队与国内外同行在建筑3D打印材料、设备工艺、控制软件、数字化设计等方面取得了突破与发展，在住宅与低层建筑、基础设施与特殊结构、艺术与定制化建造方面得到了成功应用，这些成功案例不仅展示了该技术的可行性，也为未来的发展奠定了基础。

不过，虽然建筑增材智能建造取得了一定的进展，但是仍然面临着诸多的挑战和问题：

建筑打印材料的长期性能仍需验证。材料性能是制约技术发展的关键因素，目前3D打印混凝土材料可以满足一般环境下建筑的安全与耐久性要求，但是其长期性能尚未掌握，在极端环境下的表现有待验证。

打印速度与打印质量有待提高。打印工艺成熟度和设备性能限制了目前的打印速度，打印精度和表面质量也是一个重要挑战，特别是在复杂结构的打印过程中存在较多的断点，且表面质量欠佳。

标准与规范缺失。建筑3D打印的标准和规范尚不完善，阻碍了增材智能建造的规范化发展。而且，统一的设计与技术标准以及施工规范的缺乏，使得建筑安全、抗震性能、耐久性能等仍需试验验证，增加了工程质量控制与监管难度。

工程级大型设备初期投资略高。虽然建筑3D打印的市场规模很大，但是由于工程级的大型设备初期投资较大、产业链尚不完善，设备成本难以在短期内通过规模化应用来分摊，导致目前某些场景中的成本略高。

相关专业人才缺乏。作为一项新兴建造技术，建筑3D打印的相关教材与培训资料缺乏，许多高校和施工企业没有相关的知识、技术储备和专业试验、实践装备，专业人员的缺乏极大限制了该技术的推广应用。

浙江大学联合企业完成的3D打印民居图源：人民日报

针对上述这些问题，业界已在积极应对。在技术层面，采用高性能混凝土和复合材料，来提高打印结构的耐久性能和长期性能；研发多轴打印技术和智能控制系统来提升打印速度和精度。

在经济层面，一些设备企业开始探索新的商业模式，如打印服务，以降低用户的使用门槛。

在标准方面，一些国家和地区已开始制定相关标准和规范，如美国正在编制3D打印混凝土墙体的技术标准，浙江大学也在主导我国建筑3D打印的设计、抗震与材料标准，为技术应用提供指导。

然而，由于上述这些问题的相互交织，建筑3D打印技术发展还面临着一系列困境，尚需要政府、高校、科研机构和技术企业协同努力，攻坚克难，来推进此新质生产力的快速发展。

浙江大学主持的3D打印民居抗震试验

图源：人民日报海外版

推进智能建造发展的策略与建议

要推动建筑3D打印技术的快速与可持续发展，需要在技术、材料、成本控制、政策、人才培养等方面协同努力，以实现该技术的广泛应用和健康发展。

在技术层面，加大研发投入，鼓励产学研合作共同推动3D打印技术在建筑领域的创新应用。在建造效率上，可以将3D打印与模块化建造、预制装配式技术相结合，来提升工程的施工效率。在打印精度和速度方面，将AI和机器人技术进一步融合，优化智能化控制系统，实现施工过程的自动化监控和打印参数的实时调整，并不断打磨和优化打印施工工艺，特别是复杂结构的打印建造工艺。

在设计层面，进一步探索拓扑优化、仿生设计和机器学习等方法，提高打印结构的性能和材料利用率；加强打印结构的长期性能研究，建立可靠的打印结构设计理论和方法；通过培训与交流，促进建筑师和结构师形成新的设计逻辑。

在材料层面，加大对新型、高性能与多功能打印材料的研发力度；明确材料的力学与长期性能指标，建立材料性能数据库，为材料选择和应用提供科学依据；鼓励材料开发商、供应商与建筑企业合作，共同推动打印材料的标准化和产业化。

在成本控制层面，通过规模化生产和技术创新降低设备成本，推广设备租赁模式，降低企业初期投入。政府可通过财政补贴和税收优惠，鼓励企业采用增材智能建造技术，促进技术的规模化应用。建立行业共享平台，促进相关资源的高效利用。探索并拓展增材智能建造技术的应用场景，特别是其在极端环境下的应用场景与技术。

在政策层面，加快制定增材智能建造的技术标准和施工规范，完善相关法律法规，为建筑3D打印技术应用创造良好环境。政府部门通过资金支持和政策引导促进技术研发和推广，建立第三方认证机构对增材智能建造项目进行质量评估和认证。加强专业人才培养、公众教育与国际合作，提高社会对新技术的认知度和接受度。