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行業新聞
3D打印：讓夢想照進現實
時間：2022-11-10    來源：中國建材報    分享：
近日，清華大學建筑學院教授徐衛國在接受《中國建材報》記者采訪時表示，混凝土3D打印技術本身不是一個單項技術，而是一個技術的集成，包含數字建筑設計、機器人系統、打印技術、材料技術等，優勢在于具有高效率、免模板、省人力、節省材料、低碳環保等優點，不僅適合傳統房屋造型設計建造，還能實現各種優美不規則曲面形體的建造，未來大有可為。


應用混凝土3D打印技術建造的農宅  徐衛國/供圖



在互聯網時代，數字化催生各個行業的變革與創新，對于建筑業來說也不例外。
“當前，智能建造已成為建筑業發展的必然趨勢和轉型升級的重要抓手，是解決建筑行業低效率、高污染、高能耗的有效途徑之一。作為創新型房屋智能建造技術，混凝土3D打印技術迎來了前所未有的發展機遇。”近日，清華大學建筑學院教授徐衛國在接受《中國建材報》記者采訪時表示，混凝土3D打印技術本身不是一個單項技術，而是一個技術的集成，包含數字建筑設計、機器人系統、打印技術、材料技術等，優勢在于具有高效率、免模板、省人力、節省材料、低碳環保等優點，不僅適合傳統房屋造型設計建造，還能實現各種優美不規則曲面形體的建造，未來大有可為。



3D打印推動數字建筑發展




徐衛國從2003年以來一直從事數字設計及數字建造研究。多年來，他通過教學、工程、策展、出版等多種渠道推動了數字建筑在我國的迅速發展。
談到自己的數字建筑夢想，徐衛國表示，建造是一個過程、一個體系，目前這個體系有建筑師、結構設計師、水暖電工程師、施工隊等，是相互割裂的。然而，進入信息社會，生產模式已經發生了根本性地變化，每個環節都應體現智能建造的特點。
為了實現這一夢想，徐衛國團隊研發了基于數字建筑設計及機器人自控系統、3D打印技術與特種混凝土材料技術相結合的機器人3D打印混凝土建造技術。
“該技術是一種智能建造技術，其建造工藝流程包括算法生成創意設計、數字形態建模、打印路徑規劃、打印程序編碼、虛擬打印建造模擬、現場原位打印、或現場預制打印及裝配，它不僅將房屋或景觀建設全過程進行了數字化集成，并分為虛擬建造及實物打印建造兩大部分，建造過程中連續的數字信息流及物質性建造流相輔相成，形成了一體化智能建造流程。”
徐衛國指出，該技術涉及不同的行業參與，包括基于算法生成的建筑創意設計、路徑規劃及控制軟件的開發、機器人及打印設備的集成制造、打印材料的混合生產、建筑施工的數字工地等。它的推廣使用不僅將傳統房屋建設產業升級，而且將帶動新的數字建造產業鏈的形成。

正在打印的混凝土構件  徐衛國/供圖




一定要有廣義混凝土的概念




作為一種創新型房屋及環境智能建造技術，機器人3D打印混凝土建造技術最大的優勢就是節省人力、提高效率、降低造價、保證質量等。
對此，徐衛國指出，智能建造將推動我國建筑工業的轉型升級，3D打印作為智能建造的一種重要方式，將對工程建設的智能化發展發揮重要作用。這一技術由于使用了智能系統及智能設備，其建造精度大大提升，從而能夠保證建造質量。而且，基于算法生成的數字設計，同時使用了可空間運動的智能機器臂進行建造，該技術不僅可以建設傳統的建筑形體，還可以建造各種豐富的有機建筑形態。據了解，這一技術正在進行產業化應用，并首次在深圳寶安區實現了世界最大規模的3D打印混凝土綠化公園建設嘗試。到目前為止，新農村住宅、肯尼亞3D打印經濟適用房、步行橋、圖書屋等項目都應用了該技術。
“盡管目前3D混凝土打印建造方面還存在著許多需要解決的瓶頸問題，且這一領域技術研發及實際應用的競爭也日益激烈，但該技術目前最大的阻礙就是人們對于這項技術的不了解。”針對目前存在對混凝土3D打印技術的質疑聲，徐衛國認為，混凝土本身的配比是可發生變化的，配比不同會導致混凝土性能的變化，比如超高性能混凝土（UHPC）等，一旦這種材料應用于3D打印，混凝土3D打印將擁有更多可能性。“現在是個合作的時代，要推動技術的發展需要各行業聯手努力，在這個過程中，人們一定要有廣義混凝土的概念。”徐衛國說。

工程施工現場  徐衛國/供圖



推動改善農村人居環境




采訪時，徐衛國的團隊正在忙于貴州農宅項目。不管是河北省下花園武家莊農戶住宅、非洲低收入住宅的樣板房，還是貴州農宅項目，徐衛國團隊把很多創新技術都帶到了農宅項目現場。

對此，徐衛國說，鄉村改造是目前社會發展的重要任務，但不少鄉村的改造僅僅實現了公共環境的改善，如修路、鋪設市政管道、重新裝飾住宅外觀等。實際上，這些鄉村農宅本身的居住空間及室內生活條件并沒有實質性改變。“機器人3D打印混凝土移動平臺”及“混凝土房屋快速建造體系”可采用有機更新的方式逐個重建鄉村農宅，為鄉村住宅建設作出貢獻。

“從2003年開始，我一直從事數字設計的研究，在我看來，我們這個團隊最大的特點就是把研究從實驗室搬到了工地上。”徐衛國認為，實驗室的研究與實際工程的應用相去甚遠，有時候明明在實驗室很成功的技術在實際工程中卻沒法應用。在實際工程中進行研發，在成百上千的試驗中找到系統最優，這正是徐衛國團隊不斷取得成績的關鍵。



本文原載于《中國建材報》11月7日7版



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