3D列印建築

隨著3D列印技術日益完善，不僅可以列印小件物品，而且這項技術甚至可以徹底顛覆傳統的建築行業。2013年1月，荷蘭建築師Janjaap Ruijssenaars與義大利發明家Enrico Dini（D-Shape 3D印表機發明人）一同合作，他們計畫列印出一些包含沙子和無機粘合劑的6×9（米）的建築框架，然後用纖維強化混凝土進行填充。最終的成品建築會採用單流設計，由上下兩層構成。該工程預計在2014年完成，並且將參加Europan競賽。

基本介紹

• 中文名：3D列印建築
• 外文名：3D printing architecture
• 出現時間：20世紀90年代中期
• 所需技術：3D列印

研發背景

隨著3D列印技術的完善，越來越多的物品都可以由3D列印完成。截至2013年1月，這些3D列印而成的產品都是小件物體。不過，3D列印的潛力遠不止可以生產DIY的家居物品這么簡單。實際上，這項技術甚至可以徹底顛覆傳統的建築行業。

3D列印建築

3D列印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等方式實現快速成型的技術。它與普通印表機工作原理基本相同，印表機內裝有粉末狀金屬或塑膠等可粘合材料，與電腦連線後，通過一層又一層的多層列印方式，最終把計算機上的藍圖變成實物。

腳踏車車架、汽車方向盤甚至飛機零件等大物品，需要較大的印表機和更大的放置空間，這一技術如今在多個領域得到套用，人們用它來製造服裝、建築、汽車等。

技術介紹

美國南加州大學工業與系統工程教授比洛克·霍什內維斯一直在研究一種新工藝。這種新工藝使列印技術在不到20小時的時間內建造一幢面積2500平方英尺的建築。該項目獲得美國宇航局和美國軍方的支持和資助。霍什內維斯相信他的項目可以幫助全大約10億世界急需改善住房條件的人提供足夠住房。他把該工藝稱為“輪廊工藝”，並且很希望在將來某天看到成為現實。

輪廊工藝圖示

“輪廊工藝“的概念在設計上很簡單，但是實施起來相當複雜。該工藝由一個巨型的三維擠出機械構成。它的操作很像我們見到的印表機操作原理，不過有一個明顯不同的地方：它擠出是混凝土。

在“輪廊工藝”系統的擠壓頭上使用齒輪傳動裝置來為房屋創建基礎和牆壁。它的原理跟使用泥造磚極其相似，建成的建築能夠抵擋地震和其他自然災害。霍什內維斯稱使用該工藝不僅造價便宜、快速建造，而且對環境友好，建設造價和材料大幅度降低。

一名行人從3D列印建築旁經過

隨著3D列印技術的完善，越來越多的物品都可以由3D列印完成。截至2013年1月，這些3D列印而成的產品都是小件物體。不過，3D列印的潛力遠不止可以生產DIY的家居物品這么簡單。實際上，這項技術甚至可以徹底顛覆傳統的建築行業。2013年1月，一位荷蘭的建築師就表示他要用3D列印技術建造一棟建築。

24小時列印10間房

據《北京青年報》21日稱，此次列印出的房子不大，最高不過兩層，面積也就十來個平方，牆體呈現出年輪蛋糕的結構，由一層層水泥材料堆疊而成，每層大約2厘米高。

與眾不同的牆體，其實是用一種特殊的“油墨”，根據電腦設計圖紙和方案，在現場層層疊加“噴繪”而成。至於列印過程中的玄機，這項技術的發明者，上海盈創裝飾集團的董事長馬義和說，這是他們眼下的最高機密。不過從拍攝的列印現場視頻片段可以看到，一隻巨大噴頭像奶油裱花一樣源源不斷噴出灰色油墨，油墨呈“Z”字形排列，層層疊加，很快便砌起了一面高牆。

一名工作人員在3D列印建築內辦公

之後，牆與牆之間還可像搭積木一樣壘起來，再用鋼筋水泥進行二次“列印”灌注，連成一體。馬義和介紹，整個列印過程，只需要一張圖紙、一台電腦、就地取材製造的足夠“油墨”，就可以在24小時內列印出10幢200平方米建築。

印表機底面積堪比籃球場

列印一張A4紙的印表機，體積已經不小，要列印一幢房子，該要一台多大的印表機？上海盈創裝飾集團稱，高6.6米、寬10米、長32米的印表機，底面占地面積足有一個籃球場那么大，高度足有三層樓高。且印表機長度還可以延伸，完全拉開足有150米長。馬義和前幾年對它完成了設計研發，然後全球定製零部件，最終在蘇州工廠組裝而成。這次現身青浦的3D列印房屋，就是在蘇州列印好後搬運到上海的。

“用3D印表機來造房，是世界各國建築師的夢想。此前，俄羅斯曾發布一幢3D列印建築，但他們的原理是列印一個個像樂高積木一樣的配件，然後通過組裝做成建築的牆體；荷蘭列印了一個景觀房建築叫莫比烏斯環，是通過用沙子和黏合劑的方式列印若干個模組進行組裝，最終，也沒有列印出完整的房子。而有了這台印表機，就可以就地取材，製造列印‘油墨’，打出整棟房子。”馬義和稱。

荷蘭莫比烏斯環

“油墨”取材於建築垃圾

在大多數人概念中，油墨肯定是液體的，“水”怎么造房子，能住人嗎？馬義和表示，“油墨”是一種經過特殊玻璃纖維強化處理的混凝土材料，其強度和使用年限大大高於鋼筋混凝土。“空心牆體不但大大減輕了建築本身重量，還可以隨意填充保溫材料，並可任意設計牆體結構，一次性解決牆體的承重結構問題，因此無論是橋樑、簡易工房、劇院，還是賓館和居民住宅，其建築體的強度和牢度都符合且高於國家建築行業標準。”而“油墨”擠出後會很快凝固，保證印表機能連續列印。

馬義和說，“如果是整棟25層的住宅樓，只要打好地基，僅十天半月即可完成整棟樓的建築框架。之後安裝好門窗，排好各類電線管道，再由印表機列印出整體的複合地板和家具，業主一個多月就可拎包入住” ；“現在，你看中了外灘的哪棟建築，或者喜歡全球哪套品牌家具，只要用照相機拍下來，將設計圖紙輸入電腦，很快就可拷貝不走樣地列印出來。”

3D列印優勢：環保且成本低

列印建築牢度怎樣，能用多少年？如果在將來推出3D列印住宅，有人會買嗎？

面對這些疑問，馬義和回答說，在他眼裡，3D列印不僅是一種全新的建築方式，更是一種顛覆傳統的建築模式。它更加堅固耐用、保護環境、高效、節能，不僅解放人力，還能大大降低建造成本。據他介紹，3D列印最大亮點就是把建築垃圾再利用，同時讓新建建築不會產出新的建築垃圾。“今後建築工地不會再是一片狼藉，城市空氣品質也會得到改善。”

與傳統建築行業相比，3D列印的建築不但建材質量可靠，還可節約建築材料30%-60%、縮短工期50%-70%、減少人工50%-80%……據他測算，列印至少能使建築成本降低50%以上，讓更多人住得起房子。不過，新型“油墨”列印的建築，其剛度、強度和耐久性等綜合性能還待進一步驗證。

建築專家質疑原材料

創新值得肯定，但3D列印住宅還有很長的路要走。

因青浦列印建築的亮相，這一周來馬義和成為建築業內的關注熱點。而他的下一步計畫，將在全國尋找合作方，在全國間隔300公里範圍內建100家夢工廠，今後就地取材，就地製造油墨，就地列印。
不過，對於如此大手筆的規劃，似乎也有人表示了擔憂。有專家表示，雖然在理論上運轉良好，但當規模變大後，可能會突然失效。在很長的時間裡，3D列印房屋可能只會用在一些臨時建築上。

同濟大學建築系教授來增祥同樣表示，3D列印在建築新材料開拓和建築工藝上的創新探索值得稱讚，不過3D列印房屋要真正普及，恐怕還需斟酌。比如該3D列印“油墨”的構成主要是高標號水泥和玻璃纖維。而據他所知，某些國家禁止建築物大量使用玻璃纖維，因為玻璃纖維會影響人體呼吸系統。高強度水泥未來的回收也有困難，目前我國高層住宅普遍使用的是鋼筋混凝土或全鋼結構，其中鋼鐵可以回收，因此傳統建築材料在未來的一段時期內依舊有很大優勢。　　此外，建築不光有外在的形態，特別是人居住宅，更需要對內部結構、綜合強度、剛度、防火性、使用年限等多方面進行綜合考量。來增祥認為“油墨”的承載力強度、耐久性等各項指標是否符合標準，還有待專家和有關部門的權威檢測和認證。

列印建築

別墅式酒店

今年7月份時，劉易斯大酒店的老闆Lewis Yakich就開始計畫使用3D列印技術來擴大自己的酒店。2015年9月9日，Yakich宣稱，他已經成功地3D列印出了他的建築，這是一棟小別墅，占地面積為10.5×12.5米，高3米，大概有130平方米。這個別墅有兩間臥室、一間客廳以及一間帶按摩浴缸的房間（按摩浴缸也是3D列印而成），所有這些都將是劉易斯大酒店的一部分。據統計，完成所有結構的列印總共花了100個小時，但是列印過程並不是連續的。

3D列印全球首個商業建築：別墅式酒店

荷蘭

2013年1月，一位荷蘭的建築師就表示他們希望能用3D列印技術建造一棟建築，該工程預期能在2014年完工。

這位建築師名叫簡加普·魯基森納斯（JanjaapRuijssenaars），來自荷蘭的宇宙建築公司。他的3D列印建築項目是Europan競賽的參賽部分，該競賽允許超過15個國家的建築師在兩年的時間內建造建築以參與評獎。

簡加普·魯基森納斯會與義大利發明家EnricoDini（D-Shape3D印表機發明人）一同合作，他們計畫列印出一些包含沙子和無機粘合劑的6×9（米）的建築框架，然後用纖維強化混凝土進行填充。這次需要用到的3D印表機也十分龐大，是由義大利發明家EnricoDini設計出來的“D-Shape”，可以使用砂礫層、無機粘結劑列印出一幢兩層小樓。最終的成品建築會採用單流設計，由上下兩層構成。

莫比烏斯環屋

魯基森納斯表示:“它將是一個‘莫比烏斯環’（möbiusband）式的建築，稱為“莫比烏斯環屋”。天花板延伸成為地板，建築內部則可以延伸成為外牆。我們採用了創新的3D技術進行打造，因此它將成為一座兼具延伸性和適用性的建築。”

莫比烏斯環屋

上海

2014年4月，10幢3D列印建築在上海張江高新青浦園區內揭開神秘面紗。這些建築的牆體是用建築垃圾製成的特殊“油墨”，依據電腦設計的圖紙和方案，經一台大型的3D印表機層層疊加噴繪而成，據介紹，10幢小屋的建築過程僅花費24小時。

據悉，列印一層住宅樓的時間僅需1天，然後再花5天時間就能將它們組裝完畢，而那幢別墅則從裡到外完完全全都是由巨型3D印表機一次性完成的。值得一提的是，這家名為上海盈創（Winsun）的3D列印建築公司誕生於2002年，專注於將3D列印技術用於傳統建築領域，而該公司在去年就表示已經能在一天之中“列印”10所房屋。

列印以上兩座建築所使用的3D印表機高達6.6米，原理與一般的3D印表機基本相同，不過原料卻換成了水泥和玻璃纖維的混合物，而這種特殊的建築材料還可回收利用，大大減輕了建築廢料造成的環境壓力。另外，盈創宣稱其3D列印建築十分安全，就算是建築高達12層也沒有問題。除了中國本土以外，盈創計畫將3D列印房屋推向其他20多個國家和地區，不過今年的重點是包括沙烏地阿拉伯、美國、土耳其等在內的8個主要市場。

杜拜辦公樓

2015年6月30日，杜拜宣布將利用3D列印技術，建造全世界第一個辦公樓。杜拜所在的阿聯的一名內閣官員表示，杜拜要採用全世界領先的技術，並且成為一個全球創新中心，利用3D列印技術建造辦公樓這也這一計畫的組成部分。

這位官員表示，此次的建設項目也將會證明3D列印用於建築行業的巨大效率和創造性，3D列印技術未來將會重寫建築和設計行業。

據報導，這棟建築的建築面積為186平方米，整個建築是室內所用的家具，都將利用3D列印技術建造。施工方將會採用一台近兩米高的3D列印設備，所使用的“列印耗材”是一種新型建築材料，融合了混泥土、石膏和塑膠。

在杜拜的建築市場，有來自全世界的建築企業參與競爭。上述的3D列印建築將由多家外部公司參與，其中包括中國WinSun環球公司，該公司已經利用3D列印設備用於建造房屋，其他參與企業還有Gensler,Thornton Thomasetti和SyskaHennessy等。

杜拜官員表示，如果採用3D列印技術，可以將建築施工時間和人工成本至少降低一半，另外可以將建築垃圾減少三成到六成。

據稱，這將是全世界最先進的3D列印作品，也將是第一個投入實際運營的3D列印建築。

杜拜方面沒有披露這棟建築具體的竣工時間。

2015年初，杜拜已經宣布將會建造一個“未來博物館”，總投資為1.36億美元，這一博物館將會在2017年竣工使用，而此次的3D列印建築將作為博物館籌建部門的辦公地點。

在博物館項目竣工之後，這一3D列印建築是否會被拆毀目前不得而知。