多角度洞察目前3D打印建筑現狀
3D打印在建造房屋、橋梁等大型項目領域的潛力到底是什么？其實答案并不神秘，3D打印技術自由造型的技術特點打開了其在建筑領域應用的神奇之旅，那就是實現傳統制造技術難以實現的從力學到聲學，再到美學的結合。本期，3D科學谷特別集中分享目前3D打印建筑全球發展現狀。
3D打印建筑的技術邏輯
© 3D科學谷白皮書
根據3D科學谷，3D打印技術可以讓建筑結構顛覆傳統建筑的理念。不同于傳統直線形的建筑，3D打印能夠創建曲線形的建筑物。通過3D打印技術打造建筑結構的方式被稱為“輪廓工藝”，原理其他3D打印機類似，通過擠出機將材料一層層打印出來，但是擁有更龐大的體積。輪廓工藝可以3D打印出房子的外墻，并且可以鋪設混凝土層，流出水、電、氣管道所需的空間。通過3D打印的輪廓工藝可以實現建筑中的空心結構，該方法比傳統方法需要消耗的建筑材料更少。
安全性與智能化兩不誤的發展方向
雖然3D打印房子的安全性以及保暖、防潮等性能還需要接受時間的檢驗，但是3D打印可以加快工期，通過讀取建筑物的數字化模型來實現自動化房屋建造的方式，無疑將為建筑業實現降本、環保和實現顛覆性的建筑結構開辟了一條全新的道路。
© ICON
此前，3D打印的純混凝土容易發生斷裂，因此在建筑物中混凝土需要與鋼筋混合在一起使用。新興的3D打印建筑技術也是一樣的道理，在進行混凝土3D打印時要不斷停止，在承重部分插入鋼筋。根據3D科學谷的了解，在這方面，德國的纖維專家及發明家Kai Parthy，正嘗試讓3D打印建筑過程更簡化和自動化，做法是將可塑性材料BMSF（仿生網鋼纖維）在打印過程中自動插入到混凝土材料中，以增強建筑物的硬度和韌性。
另一方面，3D打印更加符合五維建筑信息模型（5D BIM）的發展趨勢，五維建筑信息模型（5D BIM）的概念是在3D建筑信息模型基礎上，融入“時間進度信息”與“成本造價信息”，形成由3D模型+ 1D進度+ 1D造價的五維建筑信息模型。也就是說5D BIM集成了工程量信息、工程進度信息、工程造價信息，不僅能統計工程量，還能將建筑構件的3D模型與施工進度的各種工作（WBS）相鏈接，動態地模擬施工變化過程，實施進度控制和成本造價的實時監控。
5D BIM建筑信息模型是建筑業信息化技術、虛擬建造技術的核心基礎模型，通過五維建筑信息模型，可以實現以“進度控制”、“投資控制”、“質量控制”、“合同管理”、“資源管理”為目標的數字化三控兩管項目總控系統。
與3D打印技術發展相輔相成的其他技術也決定了3D打印在建筑領域的發展前景，包括預組裝的技術（用于模塊化建筑部件的場外建設）和通過機器人組裝現場結構的能力，特別是那些重復性的和可預測的活動，如平鋪、砌磚、焊接、閥芯制造、拆遷和混凝土回收利用等工作。
根據麥肯錫，未來的建筑很大一部分與“五維建筑信息建模（5D BIM）”的發展息息相關，這意味著建筑公司可以匯集他們目前不同的3D建模，預算規劃和進度計劃等多維度的信息，通過軟件工具將這些信息整合到一個將整個過程視為一體的單一系統中。5D BIM平臺將允許公司即時評估3D結構、成本和時間方面的某些變化將會對整個項目帶來的影響。
據法國知名建筑公司圣戈班集團統計，3D打印技術可以為企業節省大約60%的勞動時間和80%的勞動力。通過3D打印技術，還可實現建造過程的結構優化，有效控制建筑廢料的產生，降低對環境的影響。設計師利用3D打印技術還可實現更為復雜的設計理念，有助于建筑設計更富創造性。
3D打印建筑市場潛力巨大。據聯合國人類住區規劃署（人居署）數據顯示，到2030年全球大約將有30億人需要改善住房環境，這意味著每天全球需要新建9.6萬套住房。面對巨大的市場需求，迫切需要一種成本更低、建筑效率更高、安全性更強的建筑模式。據專業機構報告顯示，全球3D打印建筑市場規模到2027年將達到5.21億美元，年復合增長率接近25%。歐洲數字建筑領域專家格蕾絲·愛麗絲表示，3D打印建筑技術正以日新月異的速度發展，將帶動建筑領域的自動化和數字化，為當前住房短缺和勞動力緊缺的全球性難題提供解決方案。
從房屋到小型辦公樓的3D打印
今年的3D打印建筑案例包括迪拜的辦公大樓，德國的民居，美國的民居，中國的民宅及橋梁，以及NASA的火星居住地暢想。
l 書屋
清華大學建筑學院徐衛國教授團隊設計建造了上海寶山智慧灣科技園的3D打印書屋，書屋是上海“藝術之橋”空間的一部分。通過機器人3D打印設備進行混凝土材料的逐層堆疊打印從而建成這一曲面形體的圖書小屋，該圖書小屋總面積約30平方米，可容納15人進行各種活動。用于該書屋打印的材料為團隊自主研發的纖維混凝土其間不加鋼筋、建造中不用模板，書屋的打印用了2臺機器臂打印系統，一臺原位打印建筑基礎及主體結構，另一臺現場預制打印弧墻及穹隆頂，每臺打印設備需要2人操作，施工過程中總共需要4-5位施工人員參加。
3D打印上海寶山區智慧灣科技園書屋
© 清華大學
書屋的墻體構造采用空心墻體設計，其間填充保溫砂漿形成保溫隔熱墻體，該書屋的建筑表面有2種肌理。一種為疊層打印所形成的層疊表面，另一種為精心設計的編織圖案肌理，后者位于入口側墻，讓人具有細膩的感覺。該書屋的設計建造表明3D打印作為智能建造的一種方式不僅節省材料、節省人力，同時建造效率高、施工速度快并且可以實現不規則形狀的建筑建造，保證高質量的建筑品質。
l 德國民宅
德國PERI 早在 2018 年就收購了 COBOD 的股份，此后一直使用 COBOD 的 BOD2 打印機在德國和美國打印建筑物。據悉，由于PERI 在全球和國內都是混凝土手工澆注模板設備的領先供應商之一，因此該公司參與 3D 建筑打印是一項顯著的發展，標志著傳統建筑行業已經了解自動化和數字化是建筑行業的未來。除其他技術外，這顯然會影響機器人 3D 建筑打印機的使用。
PERI 3D打印了位于北萊茵-威斯特法倫州 Beckum 的兩層獨立住宅。兩層樓擁有160平方米的居住空間，該結構是使用丹麥制造商 Cobod 的BOD2打印機完成的。它由海德堡水泥公司開發的被稱為i.tech 3D的材料組成，得到了北萊茵-威斯特法倫州的支持。
德國北萊茵-威斯特法倫州 Beckum 的兩層獨立住宅
© PERI
l 美國住宅項目
東17街住宅項目區是一套創造性的3D打印房屋，位于德克薩斯州奧斯汀市，是美國發展最快的城市之一。該項目房屋由美國堪薩斯城開發商3Strands公司開發，由 Logan Architecture 設計，建筑技術公司 ICON 提供3D打印技術、軟件和材料建造。
ICON 使用 Vulcan 打印機3D打印房屋
© ICON
(責任編輯：admin)
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