近日，一棟7.2米高的雙層辦公樓在中建二局廣東建設(shè)基地拔地而起，這棟并不高的建筑物卻吸引了業(yè)界的驚嘆的目光。原來，這座建筑物的主體結(jié)構(gòu)是現(xiàn)場“打印”出來的，中建機(jī)械制造的建筑3D打印機(jī)就是它的“建造者”。

這座被“打印”出來的辦公樓也是“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，這標(biāo)志著原位3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的取得突破性進(jìn)展。

3D打印讓房子被“打印”出來

“3D打印建筑的基本原理與一般打印機(jī)一樣，要有打印機(jī)體、噴頭、油墨、紙張?！敝袊ㄖ夹g(shù)中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹說。如果把建筑四周搭建的金屬框架視作打印機(jī)的機(jī)體，那么噴吐混凝土的打印頭就相當(dāng)于一般打印機(jī)的噴頭，但它噴出的“油墨”卻不是一般的混凝土，而是需要特別配制的。

有了打印機(jī)、打印頭和打印材料，“紙張”當(dāng)然也是必不可少的?！霸谑┕で埃覀冊诘叵骂A(yù)埋了鋼筋籠，這就相當(dāng)于‘打印紙’?！敝薪ǘ謴V東建設(shè)基地有限公司科技部副經(jīng)理黃云說，“在打印過程中，隨著墻體的不斷長高，還得按照圖紙去加裝鋼筋?！?/span>

3D打印技術(shù)主要用在房屋建造過程中的主體施工階段，傳統(tǒng)工藝在主體施工中涉及到模板、鋼筋和混凝土三個(gè)方面。3D打印技術(shù)的所有工藝也是圍繞著這三個(gè)內(nèi)容進(jìn)行的，目前3D打印還無法打印鋼筋，鋼筋布置還需要依靠人工。但混凝土澆筑所需要的模板，在3D打印建筑的施工現(xiàn)場卻沒有，因?yàn)?D打印頭里噴出的混凝土可不一般。

3D打印建筑噴吐混凝土和傳統(tǒng)施工澆筑混凝土一樣，要一次完成，不能間斷。打印頭通過一圈一圈連續(xù)噴吐寬5厘米、厚2.5厘米的打印材料，經(jīng)過層層堆積建造墻面。如果下層混凝土砂漿凝結(jié)慢，沒有形成足夠的硬度，就無法支撐上層材料的重量，導(dǎo)致墻面變形甚至垮塌；如果凝結(jié)太快，又會出現(xiàn)和上層材料的黏合問題?！拔覀兺ㄟ^反復(fù)試驗(yàn)，在一般的混凝土砂漿中添加了外加劑，通過調(diào)節(jié)材料粘稠度和凝結(jié)時(shí)間，終于開發(fā)出了3D打印所需要的混凝土，而且它的強(qiáng)度能達(dá)到C40-C60，完全滿足建筑強(qiáng)度的要求?！被袅琳f。

原位3D打印奠定建筑推廣基礎(chǔ)

從傳統(tǒng)工藝特點(diǎn)來說，對曲面造型設(shè)計(jì)的建筑來說，不論是現(xiàn)場澆注成型，還是工廠預(yù)制構(gòu)件，模具工程及其成本高且不宜實(shí)現(xiàn)?！敖ㄖ?D打印技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)智能控制實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件及建筑免模板的施工工藝，在曲面建筑和穹頂式建筑建造上具有明顯優(yōu)勢，同時(shí)為設(shè)計(jì)師自由創(chuàng)作提供了可能?！敝袊ㄖ夹g(shù)中心材料所所長張濤說。3D打印技術(shù)無疑將推動(dòng)制造業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，在3D打印的世界里，建筑師、工程師和建筑工人將借助科技之力，將建筑與3D打印結(jié)合，完成對現(xiàn)有建筑技術(shù)的再造。

3D打印建筑還可大大節(jié)省建筑用料，降低施工成本。建筑3D打印可以充分利用打印智能控制，使建筑一次成型，節(jié)約材料60%，同時(shí)可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗?！拔覀冞@個(gè)項(xiàng)目建筑面積約230平方米，分為上下兩層，打印部分為墻體和構(gòu)造柱，主體打印部分僅需3天。”霍亮說，“由于3D技術(shù)打印房屋全部使用機(jī)械自動(dòng)化操作，以往要十二三名工人操作的項(xiàng)目少一半人完全沒問題”。

這棟位于工廠的鋼材鍛造車間旁雙層小樓，是“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，建成后將用于辦公和展示。它所采用的原位3D打印建造技術(shù)較過去的3D打印技術(shù)有三方面突破：一是原位打印，即現(xiàn)場直接將主體打印成型，無需二次拼裝；二是采用輪廓工藝，即打印出的墻體是為中空的，方便添加保暖填充物；三是首次將這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到雙層建筑上，結(jié)構(gòu)難度更大。雖然目前3D打印技術(shù)沒有真正批量應(yīng)用在建筑工程中，但原位3D打印技術(shù)的成功應(yīng)用，無疑對3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的推廣奠定了基礎(chǔ)。它與現(xiàn)有施工技術(shù)是互補(bǔ)的、相互依靠的關(guān)系，研發(fā)及應(yīng)用這一技術(shù)不是要替代現(xiàn)有施工技術(shù)，而是將其作為對現(xiàn)有施工技術(shù)的一個(gè)強(qiáng)有力補(bǔ)充。

中國3D打印建筑水平與世界同步

這棟“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，是由中建股份技術(shù)中心和中建二局華南公司聯(lián)合立項(xiàng)課題《建筑 3D打印技術(shù)研究與應(yīng)用示范》的展示工程。課題成立之初，建筑3D打印的研究剛剛起步，從材料到建筑3D打印的設(shè)備研發(fā)及可借鑒資料都很少，并且建筑3D打印技術(shù)屬于多專業(yè)，跨領(lǐng)域的綜合技術(shù)，專業(yè)范圍涵蓋了材料、機(jī)械、自動(dòng)化、微機(jī)控制等，需要研發(fā)人員具有多專業(yè)、跨學(xué)科的知識背景。

經(jīng)過3年的技術(shù)攻關(guān)已經(jīng)完成了多種3D打印材料體系、架體結(jié)構(gòu)、輸料系統(tǒng)、控制軟件的開發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)了從無到有，從小到大的突破，獲得建筑3D打印材料、設(shè)備類專利13項(xiàng)，軟件著作權(quán)4項(xiàng)，專業(yè)著作1部，外觀專利1項(xiàng)?；袅琳f：“目前，國內(nèi)外建筑3D打印技術(shù)同步發(fā)展，中國建筑行業(yè)在某些應(yīng)用方面甚至已經(jīng)超越國外同行?！?/span>

中國建筑在國家政策引領(lǐng)下，攻堅(jiān)克難，深入探索建筑3D打印技術(shù)，引領(lǐng)國內(nèi)的學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究。中國建筑技術(shù)中心主編的《混凝土3D打印技術(shù)規(guī)程》已經(jīng)起草完畢，目前處于征求意見階段；技術(shù)中心關(guān)于3D打印的相關(guān)研究成果先后在第27屆澳大利亞混凝土?xí)h和第69次RILEM技術(shù)交流會議上進(jìn)行技術(shù)交流，在美國第31屆固廢技術(shù)與管理國際會議和第15屆水泥化學(xué)國際會議上進(jìn)行了主題報(bào)告，受到了國外專家的關(guān)注和高度好評。