30小時“打印”一層樓？實地探訪世界首個原位3D打印建筑

經濟觀察報 記者 于惠如12月3日，廣東省東北部的河源龍川縣，在中建二局廣東建設基地的一個創新工作室，擺放著各式各樣的建筑模型、黨徽、花瓶、桌子、椅子等，而這些物品均是用3D打印機打印出來的。

在距離該創新辦公室不遠的基地一角，一棟7.2米高的雙層辦公樓與周邊建筑有些不同。如果仔細觀察，就會發現這棟建筑的墻體外部有明顯的分層，是一層一層疊加建成的。

這是不久前中建二局利用3D打印技術完成的原位“輪廓工藝”3D打印雙層建筑。

建筑行業引入3D打印技術已有先例，但大部分需要“拼裝”，工廠打印出能夠組合拼裝成形的各種建筑構件，然后搬運到建筑所在地進行拼裝。與已有的3D打印建筑不同，它的特殊之處在于，這是一棟在現場直接將主體打印成形的建筑，無需二次拼裝。

12月3日，本報記者在現場看到，這棟3D打印辦公樓墻體是螺紋狀，由像面條一樣的水泥混合物橫向層層壘起，每根“面條”都緊密結合。有點像毛坯房的水泥墻體，摸上去粗糙卻堅實。

現場幾位工人正在為這棟3D打印辦公樓的墻體填充，簡單裝修后便可以使用。根據中建二局規劃，該辦公樓將來不僅會被作為示范性工程來展示，還將用做車間辦公室，最早明年2月使用。

30小時一層樓

今年上半年，蘇鎧接到“中建二局廣東建設基地廠房辦公樓3D打印項目”施工任務的時候有些興奮。蘇鎧是中建二局廣東建設基地有限公司總工程師，負責上述3D打印建筑的施工工程。“原來聽過3D打印建筑，但從來沒有接觸過，接到任務后第一時間就去相關網站搜索了所有有關3D打印建筑的信息。”

該項目是中國建筑股份有限公司立項《建筑3D打印技術及應用示范》課題任務指標之一。任務書要求完成兩層200平米的建筑打印示范，所有墻體和柱體采用3D打印技術完成，梁板采用疊合樓板。

作為該項目的施工總工，蘇鎧不僅需要配合項目研發中心把握施工進度，還需解決施工過程中遇到的實際問題。在中建二局廣東建設基地辦公樓內有一個青年創新工作室，專門供蘇鎧團隊頭腦風暴來討論施工過程中的棘手問題。

“基本一周有一次固定的討論會，遇到問題再隨時討論。”蘇鎧告訴經濟觀察報記者，創新工作室內的白板就是用來記錄問題和好想法的。

12月3日當天，記者看到，白板上寫著“打印過程中遇到的問題；3D原位打印突破的技術難點；下一步工作及3D打印技術推廣計劃”等工作室近期總結。

在一次次的頭腦風暴和嘗試后，3D打印廠房辦公樓終于落成。建筑面積約230平方米，分為上下兩層，一層高3.5米，二層高3.3米。打印部分為墻體和構造柱。“建造速度很快，打印機完成占地面積約120平方米的一層樓用時不到30小時。”蘇鎧介紹，由于3D技術打印房屋全部使用機械自動化操作，可節省至少一半的人力成本。

而在建筑材料方面，該項目也進行了“創新”。“在3D打印建筑時，打印頭通過一圈一圈連續噴吐打印材料，經過層層堆積建造墻面。但是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。但是，混凝土的水化時間是定的。后來，我們發現要控制水分蒸發的速度。所以在一般的混凝土砂漿中添加了外加劑，解決了這一問題。”蘇鎧介紹說。

接下來，該技術將被用于深圳規模最大的公共住房項目——長圳項目。“長圳項目的部分配套設施我們可能會采用3D打印技術。”蘇鎧介紹，先用在配套設施這種低層的建筑上面，再一步步推廣。

顛覆腳手架時代

無需磚瓦、木材、施工隊，以及搭建好的鋼筋架，無需長時間人工加班，利用3D打印機就能造出心儀的房子。

就像蛋糕師用奶油裝飾蛋糕一樣，3D打印按照路線將“油墨”澆到規定區域，一層一層建房子。

“3D打印建筑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。”中國建筑技術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的機體，那么噴吐混凝土的打印頭就相當于一般打印機的噴頭。

作業流程簡單清晰。將事先設計好的立體模型載入3D打印系統，裝載在起重機上的打印機通過一個可移動的噴嘴噴射出特殊的水泥，在建筑場地上勾畫出一個整體輪廓，接著一層一層地疊加建筑墻體，打印機會根據規劃圖自動留出門窗的位置。

施工前，在地下預埋鋼筋籠，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。

事實上，中國在3D打印建筑技術研發方面已有多項突破。公開資料顯示，2014年3月底，上海同濟大學召開了建筑3D打印技術全球首發新聞發布會，中國成為全球第一個真正掌握建筑3D打印技術的國家。目前，國內已有多座3D打印房子，包括蘇州、通州、西安等地。

在業內人士看來，3D打印建筑技術的誕生，為傳統建筑施工方式開啟了新世界的大門，顛覆了傳統的建筑模式。“從成本、耗材、速度等各方面來說，3D打印技術有著傳統建筑施工方式比不上的優勢。”蘇鎧說，3D打印技術機械化程度高、成本低；而且整個施工過程不需要模板，不但能節約材料約60%，還可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗；由于3D技術打印房屋全部使用機械自動化操作，以往要十幾名工人操作的項目完全可以減少一半人力；整個施工過程更加安全，工人的勞動強度也降低不少。

同時，因為可實現更高的設計自由度，這一技術可實現更高的定制化要求，推動建筑的標準化與個性化更好結合。

談及3D打印建造技術在普通住宅的市場前景，中國建筑標準設計研究院副總建筑師魏來曾公開表示，單從技術方面講，已不存在問題，但目前還不具備大規模應用推廣的綜合條件，短期內不現實。拋開標準等其他配套措施不談，現在還沒有真正商業化的3D打印機。對目前的房地產業而言，還談不上影響。

一位地產代理公司市場研究部總監認為，作為重要的不動產，購房者買房時首要考慮因素是安全。無論是從消費者心理還是從客觀標準來講，該技術還有很長的路要走。