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20世紀80年代，隨著傳統建筑施工過程中資源消耗高、危險系數高，以及生產效率低等問題的日益加重，遵循綠色環保、文明施工、勞動強度降低等理念的3D打印技術應運而生。如今，混凝土3D領域的研究團隊越來越多，研究內容、范圍也是越來越寬越深，中國、德國、荷蘭、美國、英國、丹麥等很多國家都已經有了實際完成的3D打印工程項目。

 “當前，各國混凝土3D打印項目涉及1～2層房屋、小型橋梁、風電塔基、景觀小品等。其中，美國的3D打印房屋已經商品化出售。這些已經完成的項目中，有的采用的是現場打印，有的是工廠打印、現場裝配的技術。”談到當前行業發展現狀，張亞梅指出，近年來混凝土3D打印取得的主要進展體現在設計與應用、裝備、材料研發、配筋技術和標準等方面。

一是設計和應用。國內外都出現了一些優秀的設計團隊，針對3D打印工藝設計了一些造型優美的建筑和橋梁等，比如：迪拜的市政廳樓、丹麥的Holstebro單層房屋、德國的Bechkum House、意大利威尼斯的Striatus步行橋、我國南京江北市民廣場接待中心、河北武家莊農宅等。

二是裝備。過去幾年來，已經開發成功了工業化應用規模的打印機，包括機械臂式的機器人打印機、大型桁架式現場打印機等。這兩種代表性的打印系統均已經在現場打印中得到了應用驗證，并且實現了現場連續泵送打印施工。

三是混凝土材料。在實驗室層面，已經研發了多種可打印的混凝土材料，包括可打印砂漿和含有粗骨料的混凝土。但在實際工程的打印中，絕大多數項目都是采用了砂漿進行打印。從技術上來說，打印砂漿相對容易，而打印含有粗骨料的混凝土技術難度較大，特別是現場連續泵送打印的難度更大；另一方面，打印砂漿的表觀質量比打印含有粗骨料的混凝土細膩，更容易被用戶接受。但從結構混凝土抗裂性要求來說，含有粗骨料的混凝土開裂風險小，材料成本也更低。

四是配筋技術。實驗室層面，不少團隊都提出了不同的3D打印混凝土增強技術，包括纖維增強、連續鋼絲增強、豎向插筋增強、纖維布增強等。但這些增強技術距離傳統的鋼筋混凝土結構對配筋的要求還差得很遠，尚不能完全滿足結構增強的要求，而且這些技術多停留在實驗室研究階段，尚不能用于實際工程。

盡管相對于傳統的立模澆筑施工工藝，混凝土3D打印具有節省模板材料、建筑師可以有很大的設計自由度、生產自動化對工人的依賴少效率高等突出的優勢，但其發展并非一帆風順。

張亞梅表示，雖然近年來全球范圍內對3D打印建造技術的關注度很高，研究和應用都取得了不錯的進展，但是3D打印建造技術的發展還存在不少問題亟待解決。

一是作為新興的技術，行業對該技術雖然興趣很高，但對3D打印技術的認知總體上還比較缺乏，特別是對3D打印工藝和特點缺乏深入的了解；此外，針對3D打印工藝的建筑結構設計少，范例少，大范圍推廣尚有難度。

二是當前缺乏適用于3D打印工藝的建筑結構體系。由于特殊的層層打印工藝特點，現場打印或者是現場裝配都會面臨結構構件如梁、板、柱的問題。由于結構承載力和抗震需要，混凝土結構中通常都需要配增強鋼筋，而現有的3D打印技術如何和鋼筋特別是豎向鋼筋的配置協同仍然是一個巨大的挑戰，尚未有很好的方式來解決。

三是戶外的大型建筑打印及極端環境下的打印技術有待突破。現有的打印主要還是1~2層建筑的打印。未來如果要打印更大規模的房屋，特別是打印高度上有所突破，還面臨很多新的問題，比如大型的可移動打印機、能夠搭載大型打印機的平臺、高層打印建筑的結構性能等。此外，在戶外的極端環境下的打印也非常具有挑戰性，比如高溫下的打印、低溫下的打印、低真空下的打印等，以及復雜地形條件下的打印系統和打印等。

“3D打印建造是一個復雜的系統工程，包括設備系統、軟件系統、混凝土材料、打印、建筑結構設計、施工、驗收交付等。3D打印建造技術向前的推進，缺少了任何一個環節都不行，因此需要學科之間、學界與業界之間的通力合作。”張亞梅認為，3D打印技術與傳統的建造技術不同，各個環節的技術要求更高，從設備、軟件到材料、打印、結構性能等方面都需要有基礎研究來支撐其應用。但從實驗室研究到實際的應用，不是實驗室研究結果的簡單放大，而是在實際應用中需要解決更多更復雜的問題，比如現場連續泵送打印時，環境條件、泵送壓力和距離等都和實驗室大不相同。因此，學界和業界要通力合作，學界的基礎研究要以應用為目標，針對應用場景開展基礎研究；業界也要依靠學界來解決實際應用中遇到的基礎性的技術難題。

針對如何實現不同學科之間的交叉與合作、學界與工業界的通力合作，張亞梅指出，促進合作的舉措可以是多方位的：一是學科交叉。目前國內外做得比較成功的隊伍都是由不同的學科人員組成的團隊。有些從事3D打印建造研究的人員自發地組建了一個多學科人員組成的團隊，也有些單位在做好頂層設計后，成立了專門的研發平臺。平臺越大，人員學科組成越全，就越能做出大的成果，更快地推動3D打印建造技術的發展。

創新是一個行業發展的根本。談到3D打印下一步的發展方向，張亞梅認為，3D打印建造技術的發展，需要整個產業鏈上各個環節的創新和協同發展。

對此，張亞梅建議要重點關注裝備的模塊化、大型化、可移動式發展；適應不同環境和打印系統的打印材料的多樣化、高性能化、低碳化發展；拓撲優化與3D打印技術結合產生新型的結構體系；從設備到材料、設計、打印、建造、驗收等的標準體系的建立；建造形式上，3D打印裝配式建造和現場打印建造同步發展五個方面。

近年來，隨著“雙碳”目標的提出，國家對于建材行業如何低碳發展格外重視。在消納固廢方面，張亞梅提出，3D打印和傳統混凝土技術沒有太多的區別。實際上，3D打印技術對混凝土原材料的要求更高。固廢在3D打印技術中的應用，不僅要關注混凝土的打印性，更要關注其硬化后的性能，包括變形、開裂、耐久性等。固廢在3D打印混凝土的應用本身是提升了材料層面的低碳性，但如果因為應用不當帶來使用性能差等問題，從全生命周期來說，反而是不低碳的。在固廢對3D打印混凝土的長期性能影響不明確的情況下，建議可以用在非結構工程，而對于固廢在結構等重要工程的應用，應該要在充分的科學研究基礎上慎重使用，確保3D打印結構使用的安全性和長期耐久性。