[摘要] 蓋房子能像打印機打印東这样西一樣?如果不是親眼所見,恐★怕很難相信,眼前∑正在建設中的小樓,一樓墻面全部是由懸掛在☉空中的噴頭“打印”出來的。

原標題:“吃”進混凝土“吐”出一棟樓

3D打印設備正△在打印墻面

裝配「式混凝土 3D打印趙州橋今年 10月在河北工業大學落成。

資料圖片

中建二局廣東建設基地 3D原【位打印二層示範建築施工現場

3D打〓印墻體特寫

(本版◣其他圖片由中建二局華南公司提供)

蓋房子能像打印機打印東西一樣?如果不是親眼所見,恐怕很難相信,眼前正在建設中的◥小樓,一樓墻面全部是由懸掛在空中的噴頭“打印”出來的。日前,記者走進中建二局廣東↑建設基地,探訪世界首個 3D原位打印二層示範建築。記者看到,小樓四周搭建著高大的金ω屬框架,懸掛在上面的打印頭可以在 XYZ軸三個方向上自由移動,通過噴吐混凝土材料“蓋房”。

“打印機、噴頭、油墨、紙張”一樣不少,打印一層樓不到 30個小時

“3D打印建築的基本原理與一∴般打印機一樣,要有打印機體、噴頭、油墨、紙張。”中國建築技術∞中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹說。如果把建築四周搭建的金屬框架視作打印機的機體,那麽噴吐混凝土的打印頭就相當於一般打印機的噴頭,只不過它噴☆出的既不是油墨也不是一般的卐混凝土,而是為打印施工特別配制的打印材料。“就像炒菜會放鹽和醬油一樣,為了適應 3D打印的而第三颗子弹却突兀特點,我們在建築材料上做了一些調整。”霍亮說。

眾所周知,傳統的建築施工中,混凝土砂漿的材料特性決定了其澆築不※能間斷,要※一次完成。 3D打思想印建築也同樣不能間斷,打印頭通過一圈一圈連續噴吐寬 5厘米、厚 2.5厘米的打印材料,經過層層堆積建造墻面。但是問題來了▅,如果下層混凝土凝結⌒慢,沒有形成足夠的強度,就⊙無法支撐上層材料的重量,導致墻面變形甚至垮塌;如果凝結太快,又會出現和上層材料的黏合問題。“我們通過反復試驗,在一般的混凝土中添加了外加劑,通過調節材料黏稠度和凝結時〖間,解決了這一∑ 問題。”霍亮說。

光有打印力道尽是如此之大機、打印頭和打印材料還不行,“紙張”也同樣重要。“在施工前,我們在地下預埋了鋼筋,這就相ω 當於‘打印紙’,在打★印過程中,隨著墻體越來越高,工人趁著混凝土砂漿尚】未凝固時可以像切蛋糕一樣在墻體底部開洞,為墻體內的鋼筋籠與地基中的鋼筋焊接預留出空間,操作相當方便。”中建二局廣東建設基地有限公司科技部副○經理黃雲說。

記者爬上腳手架俯視墻面,發現墻〖體是中空的。“這是為了給照片上未來的保溫層等材料填充預留空間, 3D打印建築的墻體分內外兩層打印,設備按照打印路徑行進,打印︾完占地面積約 120平方米的一樓墻面用時不到 30小時,建造〗速度很快。”霍亮說。

據了解,這棟即將整體完工的二層小樓位於工廠的鋼材鍛造車間旁,建成後將用於辦公和展示。與 3D打印建築構件再拼裝不同, 3D原位打印需要克服戶外環境變化帶來的一系列挑戰。“建築周邊有噴霧設¤施,用於打印中的保濕和打印後的混凝土養護,在一層打印完成後,至少需要養護 3天時間,材料強度達到可進行下一階段施工的條件。目前已安裝完一樓樓頂,正在打印第二▆層。”霍亮說。

省時、高效、環保、設計自【由度高, 3D打印或成現有技術有益補充

熟悉建築行業的人都知道,混凝土澆築需要模板,但 3D打印建築的施工現二楼传来了一声撕心裂肺場卻沒有。“從傳統工藝特點來說,混凝土結構成型需要模具。尤其對曲面造型設計的建築來說,不論是現場ㄨ澆註成型,還是工廠※預制構件,模具制造面部表情变化尽收在他成本高且不易實現。而建築 3D打印技術是基於計算機智能控制實現建築構件及建築免模板的施工工藝,在曲面建築和穹頂式建築建造上具有明№顯優勢,同時為設計師自由創作提供了可能。”中國建▆築技術中心材料工程研究所所長張濤說。 3D打印技術無疑將推動制造業的數字化發展,在 3D打印的世界裏,建築師、工程師和建築工人將借助科技之力,將建築與 3D打印結合,完成對現有建築技術的再造。

除此之外, 3D打印建築還可大大節省建築用料,降低→施工成本。

近年來,中國建築能耗總量逐年上升,在能①源總消費量中所占比例已從 20世紀 70年代末的 10%,上升到 27.45%。住房和城鄉建設部建築節能與科技司研究表明,隨著城市化進程的加快和人民生活質量的提高,中國建築耗能比例將↑上升至 35%左右。建築 3D打印可以充分利用打印ω 智能控制,使建築一次成型,節約材料 60%,同時可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗。

韓國一家從事 3D打印建築的公司 CORONA總裁申東源曾向媒體表示:“3D打印建築可以將建造住宅的施工費用降低到現々在的 1/10。假如一套 6坪( 19.83平方米)單間房施◎工費用是 1億韓元,使用 3D打印,可將費用连一个女妖兽都对付不了壓縮到 1000萬韓元。”

另一方面, 3D打印建築還能節約人力成本。在施工現場,記者只看到了五六名工人。“我們這個項◥目建築面積約 230平方米,分為上下兩層,每層高度 3.6米。打印部分為墻體和構造柱,主體打印部分僅需 3天。 3D技術打印房屋全部使用機械自動化操作,以往要十二三名工人操作的項目現在用一半人就可以完成”。霍亮說。

在中國逐步邁入老齡化社會卐、人力成本越來越高的形勢下,勞動密集型的□建築業發展面臨巨大挑戰。可以預見,在用々工成本不斷增加的今天, 3D打印技術未來可能對行業變革產生巨大影響。

不過目前 3D打印技術沒有真正批量應用在建築工程中。“雖然 3D打印具有無模板的優點,但是打印墻體中的橫向鋼筋、豎向鋼筋、箍筋的布置和連接在目前的工藝中ㄨ還不能有效解決。”霍亮說,“建築 3D打印技術與現有施工技術是互補█的、相互依靠的關系。研發及應用這一技術不是要替代現有施工技術,而是反正自己那便宜师傅生命垂危將其作為對現有施工技術的一個強有力補充。”

國際建築界普△遍關註,中國 3D打印建築水平與世界同步◣

在慶祝中華人民共和國成立 70周年大會群眾遊行活動中,“奮進上海”彩車上的中共一对于自己大會址、自貿區、陸家嘴等微縮建築模型都是由 3D打印技術制造的,再一次引發人們對 3D打印技術的↓關註。這一誕←生於上世紀 90年代中期的技術又稱“增材制造”,是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術,廣泛應用於珠寶、鞋類、航空航天、醫療【產業等領域,在建築方面的應用還較為前沿。

近年來, 3D打印建築在』國內外建築界引起廣泛關註,相關探→索層出不窮。中國盈創建築科技公司曾在 2015年 1月用 3D打印機建造了一個 5層公寓。阿聯酋“OFFICE OF THE FUTURE” (未來辦公室)項目是全球首個采用 3D打印技術⌒ 完成的高檔辦公室項目。今年 7月,太空灰 3D打印團隊宣布↓,完成了全球首座整體 3D打印的混凝土拱橋。南京嘉翼數字化增材技術研究院有限公司用 3D打印技術建成的垃圾投放站今年 9月亮相南京江北新■區。不久前,迪拜首座 3D打印雙層建√築落成。

“目前,國內外建築 3D打印技術同步發▽展,中國建築行業在某些應用方面甚至已經超越國外同为师有个女儿行。”霍亮說,“3D打印建築涉及學科多,缺少相關的技術標準、設計規範。目前國內的相關行業組織已經成立,國內外的業務交流活動也越來≡越多。”

國內第一個建築 3D打印領域的◥行業組織——中國混凝土與水泥制品協會 3D打印分會於去年成立。中國建築技術中心主編的《混凝土 3D打印技♂術規程》已經起草完畢,目前處■於征求意見階段。首屆建築 3D打印國際會◥議去年 11月在澳大利亞墨爾本舉行,今年 10月落戶∮天津,由河北工業大學和同濟大學聯合主辦。

《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》指出:“增材制造( 3D打印)、機器人與智能制造、超材料與納米材料等領域技術不斷取得▂重大突破,推動傳統工業體系分化變革,將重塑制造業國際分工格局。”同時明確提出“打造增材制造產業鏈”。在國家见过不要脸政策引領下,國內】建築企業在 3D打印方面的探索正步步】深入。“暢想未來,這一技術也許會應用在外太空建造中,我們∩可能只需要一個‘打印機’就能從月球表面提取材料造房子了。”霍亮說。

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