中國建成世界首例原位3D打印雙層建築

據人民日報客户端11月17日報道，一棟7.2米高的雙層辦公樓在中建二局廣東建設基地完成主體結構打印，這是“世界首例原位3D打印雙層示範建築”，標誌着原位3D打印技術在我國建築領域的取得突破性進展，為“基建狂魔”的中國再添利器。

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這棟原位3D打印的雙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。它所採用的原位3D打印建造技術較過去的3D打印技術有三方面突破：一是原位打印，即現場直接將主體打印成型，無需二次拼裝；二是採用輪廓工藝，即打印出的牆體是為中空的，方便添加保暖填充物；三是首次將這項技術運用到雙層建築上，結構難度更大。

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“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説。如果把建築四周搭建的金屬框架視作打印機的機體，那麼噴吐混凝土的打印頭就相當於一般打印機的噴頭，但它噴出的“油墨”卻不是一般的混凝土，而是需要特別配製的。有了打印機、打印頭和打印材料，“紙張”當然也是必不可少的。“在施工前，我們在地下預埋了鋼筋籠，這就相當於‘打印紙’。”中建二局廣東建設基地有限公司科技部副經理黃雲説，“在打印過程中，隨着牆體的不斷長高，還得按照圖紙去加裝鋼筋。”

3D打印建築噴吐混凝土和傳統施工澆築混凝土一樣，要一次完成，不能間斷。打印頭通過一圈一圈連續噴吐寬5釐米、厚2.5釐米的打印材料，經過層層堆積建造牆面。如果下層混凝土砂漿凝結慢，沒有形成足夠的硬度，就無法支撐上層材料的重量，導致牆面變形甚至垮塌；如果凝結太快，又會出現和上層材料的黏合問題。“我們通過反覆試驗，在一般的混凝土砂漿中添加了外加劑，通過調節材料粘稠度和凝結時間，終於開發出了3D打印所需要的混凝土，而且它的強度能達到C40-C60，完全滿足建築強度的要求。”霍亮説。

從傳統工藝特點來説，對曲面造型設計的建築來説，不論是現場澆注成型，還是工廠預製構件，模具工程及其成本高且不宜實現。“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所所長張濤説。3D打印技術無疑將推動製造業的數字化發展，在3D打印的世界裏，建築師、工程師和建築工人將藉助科技之力，將建築與3D打印結合，完成對現有建築技術的再造。

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3D打印建築還可大大節省建築用料，降低施工成本。建築3D打印可以充分利用打印智能控制，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。“我們這個項目建築面積約230平方米，分為上下兩層，打印部分為牆體和構造柱，主體打印部分僅需3天。”霍亮説，“由於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少一半人完全沒問題”。

這棟“世界首例原位3D打印雙層示範建築”，是由中建股份技術中心和中建二局華南公司聯合立項課題《建築 3D打印技術研究與應用示範》的展示工程。經過3年的技術攻關已經完成了多種3D打印材料體系、架體結構、輸料系統、控制軟件的開發工作，獲得建築3D打印材料、設備類專利13項，軟件著作權4項，專業著作1部，外觀專利1項。霍亮説：“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行。”

（人民日報客户端 趙展慧）