3D打印翻轉現代建築，讓房子實現按需打印_風聞

文/觀察未來科技

1982年，Kodama公司在日本推出了第一台3D打印機，此後，許多想法都成了現實。不過，3D打印雖然已經存在很久了，但並沒有成為主流。如今，情況發生了改變，摩爾定律的出現和計算機價格的下降使所有技術的成本都降低了。

當前，3D打印技術己被全方位應用於各個領域，包括建築產業，並且開始帶來了巨大的影響。現階段的3D打印建築會在印出3D設計圖後組裝房子；早期，3D打印建築使用的主要材料為塑膠，現在則開始用起了混凝土，業界也正在積極研究新材料。並且，如果3D打印技術與智能技術產生協同效應，那人類將能利用這項技術建造更復雜的結構物。

​實現更復雜的設計實際上，建築也是一門關於數學的學問。

斐波那契數列，又稱黃金分割數列，因數學家萊昂納多·斐波那契以兔子繁殖為例子而引入，故又稱為“兔子數列”。**斐波那契數列以規律的方式展開，每個數字都是前兩個的總和，並以簡單的規則生成序列，**所以，數列的順序是1、1、2、3、5、8、13、21……計算機被指定這一規律後，就可以輕鬆地計算斐波那契數的長數列。

**斐波那契數列在自然界中隨處可見。**樹枝就按照這個順序分叉生長，蕨類植物和洋薊花的形狀，甚至漩渦和海帶波動的模式都是如此。貝殼的螺旋線也是斐波那契數列的自然體現，無論外殼的大小是像乒乓球還是像大西瓜，其內部的螺旋曲線往往具有相同的形狀。

基於此，如果想要模仿大自然的設計智慧，最有效的辦法之一，就是運用數學規律或算法生成形狀。儘管計算機生成的三維分形已經誕生了幾十年，但是至今，三維分形仍然只存在於虛擬世界中。

而3D打印技術的誕生，則使得複雜抽象的模型有機會實現從虛擬世界走向現實世界這一構想。當前，隨着3D打印將數學模型和自然規律從抽象的束縛中解放出來，各種以前無法實現的設計正逐步呈現。利用數據和算法的結合，設計師們可以創造出多種二維和三維的形狀和圖案**，並通過3D打印使其成為實物**。

不同於放在桌面或廚房的櫃枱上的3D打印機，被用來打印房子的3D打印機，將像一輛皮卡車一樣巨大，又寬又平。3D打印機設備的一端是電腦，人們通過互聯網將設計發送過來；另外一端則用來吐出材料，它們被組裝到一起構成房子的前面和側面。

如今，建築學家們正在使用傳統的設計軟件和定製的3D打印機打印水泥房子——**只不過，建築物的3D打印機能夠製成迄今為止沒辦法制成的形狀，如改善通氣的渠道，特別的建築特徵以及千奇百怪的花樣裝飾，**建築物3D打印機能夠在一個更大的範圍內打印奇特而不尋常的物理形狀。

斯蒂芬·託德和威廉·萊瑟姆在一本有關計算機圖形學的著作《進化藝術和計算機》中解釋道：“計算機不會盲目地服從指令，它們只是用來提供建議，從而使藝術家們保留決定最終審美選擇的權利。”而下一代的智能設計軟件工具就會具備相同的設計效果。

不難想象，在將來的一天裏，人們設計的過程將會由智能響應型軟件或者“機器人設計師”進行輔助，這將加速實現設計解決方案。如今，計算機算法已經能夠提供超出設計師所能想象的更為複雜的設計解決方案。

一方面，未來，連接到3D打印機和數據源的機器人設計師將會改變設計師、藝術家或者建築師的角色，人們將不再花時間起草和測試可能的設計方案。另一方面，人們將擁有對設計目的、設計約束和設計內容具備較高水準的機器人設計師，而人們只需要定義目標解決方案的參數，並通過3D打印機，使得建築設計達到一個嶄新的創作高度。

**3D打印技術和計算機讓人們可以從自然系統中汲取養分，並將數學模型應用到設計過程中。**設計師休·都百利總結道：“設計不再只關心物體本身，漸漸變成關心繫統，而現在是系統的系統，或者説生態系統。從某種意義上説，這些系統都是活的，它們不斷成長，共同進化。”

從低成本到按需打印

3D打印建築除了能實時地響應設計的變化外，還能夠獲得更好的建築材料、更有效的計算建模能力以及更強的變速數據分析能力，從而徹底重塑建築業。

首先，3D****打印機能夠建造低成本住宅。根據《科技》雜誌摩根·佩克的數據，在美國建一座2800平方英尺的標準兩層樓房需要花費6周到6個月的時間，成本的一大部分來自於原材料，另外一塊成本及困難源自施工過程和施工人員成本。而3D打印建築將會引進全新的材料，例如使用更厚的水泥和會白行支撐建築物的合成物的混合材料，以降低施工成本。

在理想的狀態下，3D打印的結構能夠採用本地可用資源製成，比如沙子或泥土**——****智能設計軟件能夠將材料混合。**比如， 在大西洋的另一邊，意大利比薩斜塔的外面，意大利設計師和建築師恩里科·迪尼就設計了一個計算機引導的3D打印施工方法，使用沙子和一種無機黏合劑來建造人造砂岩。

恩里科把他的建築打印機命名為“D型自動化建造系統”。連接到D型打印機上的計算機運行計算機輔助設計軟件，可以引導自動化手臂在一片沙牀上一點點移動。D型打印機通過許許多多的小打印頭將液體黏合劑擠壓到沙牀上，黏合劑含有催化劑能夠快速黏合沙子。反覆工作4遍之後，打印層開始凝固，再將新沙子撒到上面，重新校對自動化手臂，在第一層的上面重新塗一層黏合劑。

更重要的是，打印的牆壁凝固需要花費約1天的時間，黏合劑非常牢固，可以替代鐵來加工建築。由D型打印機打印的人造石頭能夠由任何一種沙子支撐，而且比普通水泥更堅固、便宜。3D打印的砂岩結構比採用傳統建築材料建設更方便快捷。

**並且，**不同於建築起重機將鋼筋投放到指定位置的方式，一個3D打印的結構是由能適應壓力和負荷的建築材料的定製混合而成的。就像一塊不斷生長的骨頭，當在上面放置重物時，就會變厚，而3D打印則能夠隨着壓力的增加而增厚。

Fabbaloo博客，作為一個關注3D打印的博客網站，其中的一篇文章就談到：“想象一下，建築用的大梁在需要堅固的地方堅固，在需要輕巧的地方輕巧，或者在稀疏的部分不用任何材料。造出的每一塊都能夠根據它的特有目的，應用最少的材料，提供最好的物理強度。”

此前，中國的盈創建築科有限公司就稱能夠打印建造房屋所需要的所有部件，然後使用這些部件在一天內組裝出一座房子。也許在未來，該公司可以在幾分鐘內建成一座房子。成品主要是由混凝土與其他材料製成。未來的建築將極大地拓展這方面的能力——按需打印，這將使勞動力和材料成本降至最低。

總的來説，3D住宅打印的優點遠多於現有建築方式。3D打印住宅的施工成本低，人們不但能大幅節省時間、精力、建材，減少廢棄物，還幾乎不需要投入勞動成本。由於施工時間短，人們得以迅速供應購房者住屋，建成3D打印住宅，甚至不需要花到一個星期。

在這樣的基礎上，3D打印機能夠應對各種現實挑戰。比如，3D打印機能夠為流動人口所用，如難民或自然災害的受害者，幫助他們建造避難場所。

當3D打印機打印3D打印機

當然，3D打印建築對人類社會更深遠的影響，還在於徹底改變人類社會的居住文化——在3D打印重塑建築業的基礎上，3D打印建築進一步發展的方向**，就會是都市計劃。**比如，中國建築公司盈創宣佈，他們計劃用3D打印技術在中國建設100座工廠，並在未來幾年內在20個國家建立工廠。

美國也有望同時建造智慧城市和3D打印城市，洛杉磯就是應用了智慧科技的典型例子。洛杉磯街上的路燈與政府的照明部門無線連結在一起，因此需要修理路燈或變更紅綠燈時，政府可以實時掌握情況。

**此外。洛杉磯還計劃將3D打印建築技術用於透過數字生態系統無線連結的出租公寓。**這些大樓內部將會事先安裝能幫助人們的生活變得更便利的前沿技術產品，包括智能型温控裝置、聲音響應式保全設備、具備環繞聲道音效功能的超高畫質電視等。

**顯然，3D打印遇到包括智能技術在內的新興技術時時，我們還將****會迎來一個完整的生態系統，**並根據人們的住房需要來提供住宅。當前，人口高齡化正在加速，與年輕人相比，由於老年人的動作比較遲緩，且經常會出於健康原因需要坐輪椅，結構複雜的房子經常會給老年人帶來不便，無論是家裏有樓梯，還是從玄關到前院的路上有樓梯或門檻，對老年人來説都是種阻礙。

這種時候，就會需要一個沒有任何門檻、地板皆以平地相連的房子，而 3D打印技術很容易建造出這樣的房子，3D打印技術還能讓我們將室內設計成沒有房門的開放式結構或走道寬敞的結構，以便移動輪椅或移動式的牀，因此與結構複雜的現有房屋相比，3D打印的簡約住房從各方面來説都很適合老年人居住。

**另外，3D打印帶來的智能型和現場型的施工還****將對未來軍事和太空探索大有益處。**科幻小説家布魯斯·斯特林有一句名言：“就像白蟻在地球上建造城堡一樣，機器人也可以在月球上建立起摩天大樓。”基於太空旅行的想法，美國國家航空航天局已經資助了幾個探索在外太空建造建築物的可能辦法。或許，在未來某一天，人們就能夠通過3D打印建築在月球和火星上蓋房子。

最終**，作為建築業的一種改善，3D打印機將能夠建造出生態友好型高密度舒適住宅****。**與此同時，3D打印技術還將在未來引發多克託羅效應，即3D打印機不僅能夠打印複雜的設備、建築材料等，還能精確複製3D打印機本身，那時人類又將抵達一個新的轉折點。當3D打印機可以打印3D打印機時，加上先進的下一代技術，未來的世界將以強有力的、目前的大腦還不能完全理解的方式被徹底改變，並帶來無盡的價值。