盖房子能像打印机打印东西一样?如果不是亲眼所见,恐怕很难相信,眼前正在建设中的小楼,一楼墙面全部是由悬挂在空中的喷头“打印”出来的。日前,记者走进中建二局广东建设基地,探访世界首个3D原位打印二层示范建筑。记者看到,小楼四周搭建着高大的金属框架,悬挂在上面的打印头可以在XYZ轴三个方向上自由移动,通过喷吐混凝土材料“盖房”。
3D打印建筑还可大大节省建筑用料,降低施工成本。近年来,中国建筑能耗总量逐年上升,在能源总消费量中所占比例已从20世纪70年代末的10%,上升到27.45%。住房和城乡建设部建筑节能与科技司研究表明,随着城市化进程的加快和人民生活质量的提高,中国建筑耗能比例将上升至35%左右。建筑3D打印可以充分利用打印智能控制,使建筑一次成型,节约材料60%,同时可减少建造过程中的工艺损耗和能源消耗。韩国一家从事3D打印建筑的公司CORONA总裁申东源曾向媒体表示:“3D打印建筑可以将建造住宅的施工费用降低到现在的1/10。假如一套6坪(19.83平方米)单间房施工费用是1亿韩元,使用3D打印,可将费用压缩到1000万韩元。”
另一方面,3D打印建筑还能节约人力成本。在施工现场,记者只看到了五六名工人。“我们这个项目建筑面积约230平方米,分为上下两层,每层高度3.6米。打印部分为墙体和构造柱,主体打印部分仅需3天。3D技术打印房屋全部使用机械自动化操作,以往要十二三名工人操作的项目现在用一半人就可以完成”。霍亮说。在中国逐步迈入老龄化社会、人力成本越来越高的形势下,劳动密集型的建筑业发展面临巨大挑战。可以预见,在用工成本不断增加的今天,3D打印技术未来可能对行业变革产生巨大影响。不过目前3D打印技术没有真正批量应用在建筑工程中。“虽然3D打印具有无模板的优点,但是打印墙体中的横向钢筋、竖向钢筋、箍筋的布置和连接在目前的工艺中还不能有效解决。”霍亮说,“建筑3D打印技术与现有施工技术是互补的、相互依靠的关系。研发及应用这一技术不是要替代现有施工技术,而是将其作为对现有施工技术的一个强有力补充。”
国际建筑界普遍关注,中国3D打印建筑水平与世界同步。在庆祝中华人民共和国成立70周年大会群众游行活动中,“奋进上海”彩车上的中共一大会址、自贸区、陆家嘴等微缩建筑模型都是由3D打印技术制造的,再一次引发人们对3D打印技术的关注。这一诞生于上世纪90年代中期的技术又称“增材制造”,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,广泛应用于珠宝、鞋类、航空航天、医疗产业等领域,在建筑方面的应用还较为前沿。
近年来,3D打印建筑在国内外建筑界引起广泛关注,相关探索层出不穷。中国盈创建筑科技公司曾在2015年1月用3D打印机建造了一个5层公寓。阿联酋“OFFICE OF THE FUTURE”(未来办公室)项目是全球首个采用3D打印技术完成的高档办公室项目。今年7月,太空灰3D打印团队宣布,完成了全球首座整体3D打印的混凝土拱桥。南京嘉翼数字化增材技术研究院有限公司用3D打印技术建成的垃圾投放站今年9月亮相南京江北新区。不久前,迪拜首座3D打印双层建筑落成。
“目前,国内外建筑3D打印技术同步发展,中国建筑行业在某些应用方面甚至已经超越国外同行。”霍亮说,“3D打印建筑涉及学科多,缺少相关的技术标准、设计规范。目前国内的相关行业组织已经成立,国内外的业务交流活动也越来越多。”国内第一个建筑3D打印领域的行业组织——中国混凝土与水泥制品协会3D打印分会于去年成立。中国建筑技术中心主编的《混凝土3D打印技术规程》已经起草完毕,目前处于征求意见阶段。首届建筑3D打印国际会议去年11月在澳大利亚墨尔本举行,今年10月落户天津,由河北工业大学和同济大学联合主办。
《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》指出:“增材制造(3D打印)、机器人与智能制造、超材料与纳米材料等领域技术不断取得重大突破,推动传统工业体系分化变革,将重塑制造业国际分工格局。”同时明确提出“打造增材制造产业链”。在国家政策引领下,国内建筑企业在3D打印方面的探索正步步深入。“畅想未来,这一技术也许会应用在外太空建造中,我们可能只需要一个‘打印机’就能从月球表面提取材料造房子了。”霍亮说。