建筑业步入3D打印元

1、 建筑业步入3D打印元年-建筑论文 建筑业步入3D打印元年 人类建筑的形式从工业革命后就没有过革命性的改变，随着科技发 展，我们是否应该思考如何去构筑更适合居住、对环境更少破坏的居住形式， 让无论人类或其它地球上的生物，可以用有机的、自然的方式继续繁衍生命。 3D 打印时代的到来或许可以颠覆传统建筑行业。它将与其他数字化生产 模式一起，推动第三次工业革命的实现。没有许多的砖瓦、木材、水泥和钢筋 搭建的架子：这是一场由机器人、电脑领导的新的房屋建造革命。 文/张帆 3D 打印的热潮在全球膨化式的蔓延。3D技术的魔力远远超出了人们的 想象。从运动鞋、iPhone模型，到能帮助残疾人的机械手臂，制造

2、逼真的人体 的毛细血管，打造无人机，打印航空宇航员各种生活所需。似乎每个领域，3D 打印都以行业颠覆者的角色出现。当然，建筑业也无一例外。 美国南加利福尼亚大学的一位伊朗裔工程师比洛克霍什内维斯 (Behrokh Khoshnevis )，直在研究快速成型工艺在建筑上的应用，也就 是，如何像造模型那样造房子。霍什内维斯教授将他的设想称为“轮廓工艺” (Con tour Craft ing )。 3D 简单的说，就像蛋糕师用奶油装饰蛋糕一样， 3D打印按照路线将“油 墨”浇到规定区域，一层一层建房子。从技术原理来看，与其说“打印” 是一种打印技术，不如说是从“虚拟3D!U“ 3构造”的过程。作业

3、流程也 简单清晰：首先，将事先设计好的立体模型载入 3D打印系统，装载在起重机 上的打印机通过一个可移动的喷嘴喷射出特殊的水泥，在建筑场地上勾画出一 个整体轮廓，接着一层一层地叠加建筑墙体，打印机会根据规划图自动留出门 窗的位置；然后，盖上第一层天花板，在顶上浇灌出第二层的地面，直到完成 屋顶和外部结构的细节；和传统的建造过程类似，墙体建设完成后添加电气、 管道和通信等基础设施。搭建完成后，剩下的只是安装门窗和内部装修了。 当然这是一套特殊建造的系统，这种工艺使用的材料混合了混凝土和纤维 聚合物，可节省50%-60% 的建筑耗材，每平方英寸能抵抗 10000磅压力， 比传统的混凝土墙更结实，且

4、它在太阳下会迅速变干并凝固，房屋建好后马上 就能入住。而且传统建造经常需要改变原材料的形状，产生大量建筑垃圾。而 3D打印采用“增材制作”的方式，逐层打印建筑，避免了建筑垃圾的产生。 不需要砖瓦、木材、搭建好的钢筋架子和施工队，24小时内，利用3D 打印机就能建造出几幢简单的毛坯房。据专家预测，只要一天时间，它就可以 建成一座185平方M的房子，速度是人力的200倍。毫无疑问，用这种方式 盖房子，不会制造任何安全事故，而且减少了建房成本。这个工程开始于上世 纪90年代。2004年，当这台机器实验性地打印出第一堵墙时，就吸引了洛杉 矶建筑师格雷戈Grel林 (ynn )的注意，他认为这对建筑界来

5、说绝对是好消 息。 霍什内维斯教授认为，这项技术比所有传统的建造方式都更高效、便宜并 节能。传统的建造方法是用砖头一层层堆积，砖头可以变换大小，但是房屋整 体的形状变化还是非常有限。而 3D打印是一个数字化制造，它几乎能打印出 你设计的任何方案，无论是坚硬的直角，柔软的曲线，古怪的造型，都不是施 工难题。这种技术十分适合灾后应急建筑和临时性住房，也很有希望走向太 空，它能建造安全、可靠、成本低廉的月亮和火星建筑，为人类移民太空铺平 道路。 霍什内维斯教授表示，自从1988年第一台机器被生产出来，3D打印的 原材料范围在迅速扩大，从树脂到塑料、陶瓷、金属直到如今的混凝土。到了 2050年，3D打

6、印房屋将不再稀奇，城市贫民窟在物理意义上将不复存在。 一项与轮廓工艺十分相似的计划正在进行着，然而这项计划更为激进和大 胆。该计划是由英国拉夫堡大学(LaughboroughU ni versity)位名叫鲁贝 特索R尔pert Soar)的教授提出来的。 索尔教授声称，他这项计划的灵感来自于生活在非洲撒哈拉南部的一种白 蚁，它是自然界出色的建筑师。这种白蚁能将巢穴建造成2-3 M 高的“大型建 筑”：为了完成这样浩大的工程，成百上千的白蚁会进行复杂的分工协作，共 同完成这项使命。这些白蚁会把巢穴建造到地面之上，它们用自己的排泄物和 唾液构建框架，并将其填充结实。 索尔等科学家用熟石膏将蚁穴填

7、满并覆盖住，然后切成半毫M厚的薄 片，通过三维探测器扫描了白蚁巢穴的整体构造，并制作出模型，用来进一步 研究白蚁巢穴的建造机理，以便在未来的房屋建造过程中建造更好的生态建 筑。这种生态建筑的理想是能利用更先进的技术，来充分地利用自然资源，比 如太阳能和风能。 索尔的建造机器就是模仿它们设计出了石灰和水泥喷射装置，就像一个大 型的印刷机在纸上喷射墨水一样，在地面上建造起房屋。当然，这些大型机器 都是由电脑控制的。 这套系统和比洛克霍什内维斯的“轮廓工艺”建造技术十分相似，但它 更为细致详尽：它建造的房屋不仅包括室内外墙壁、屋顶等主体建筑，还包括 整体浴室的结构、壁炉和简单装潢设施。而且在室内的墙

8、壁上，专门的“机器 人艺术大师”还可以直接绘制出精美的壁画，这比起传统的贴壁纸的方法要省 事许多，并且还大大节约了成本。不仅如此，这样建造房屋的另一大优势就是 节省时间，一套房子从设计到把钥匙拿到手最快只需要一个星期。然而，我们 能从白蚁身上学习还不只是这些：这些神奇的昆虫还会根据天气的温度和湿度 来改善自己的巢穴，它们在巢穴内建设复杂的采暖和通风系统，利用阳光和自 然风使蚁穴内空气新鲜，并保持在30度左右，而蚁穴外的温度白天高达40 度，夜晚则降至0度以下。相比之下，人类建造的大楼浪费得太多，需要消耗 大量能源来达到通风和调节温度的目的。最近，又迎来了3D打印技术的突 破，来自塞尔维亚的机器

9、人学家 Sasa Jokic和Petr Novikov，与西班牙的加 泰罗尼亚高级建筑学院(Institutefor Advaneed Architecture ofCatalonia ， 简称IAAC)合作，研发了一种用来建造房屋、名为Minibuilder“迷你建造 者”小型3D打印机器人。 灵感来自自然界中如蜜蜂、白蚁等懂得制巢小昆虫的“迷你建造者”小型 机器人，使用一种60%大理石粉混合40%聚氨基甲酸酯的特制塑料，根据电 脑预先设计好的建筑图，在地基上逐渐把房子的外层盖起，喷出塑料后用热风 枪烘干定型。屋子建好之后，“迷你建造者”还能不时为其修缝补漏。 房子也可下载 社会化生产模式和

10、3D打印技术连接在一起。原先，制造业在大工厂里进 行，需要将大量人力、资金、设备集中到一起，通过物流和分销，辗转到达消 费者手中。现在，随着 3D打印的不断普及，制造业转变为更加灵活、投入更 少的生产方式，甚至变得有条件按需生产。一切都可以用数据传输，虚拟的数 字传播和实体经济结合在一起。 曾经在M兰设计周的黑客实验室(Hacked Lab )里，展示过一幢可以下 载的房子。这是一个名为 wikihouse工程的产品。貌似神奇的“打印”技 术，如今通过开源处理之后，逐渐走入日常生活。目前开源早就不只存在于软 件世界了，“开源硬件”正在让“工厂”随处可见。 阿拉斯泰尔fA文stair Parvi

11、 n )是一名来自英国的建筑设计师，也 是推动 WikiHouse 诞生的人。他认为 21世纪最伟大的设计工程是生产民主 化。他发现最聪明、最优秀的设计师和建筑师都只能为世界上那最富有的一小 部分人工作，现在全球发展最迅速的城市，并非拥有摩天大楼的城市，而是能 够自力更生的城市，应鼓励公众用自己的经验智慧和当地现有的建筑材料来设 计自己的住宅。而下一代设计师的挑战在于如何能将设计放入公有领域贡献给 更多的人。他希望 Wikihouse工程能引发真正的变革，降低建屋的门坎，让任 何人都能设计、下载和制造房屋的建筑构件，并能快速地建造起简易房屋。无 论是在贫民区、灾区还是野外，能够快速、高效、低成

12、本地建造出被大众所用 的民主化房屋成为帕文的野心。 WikiHouse 平台在这一主意下诞生了，它展示了一种“可以下载的房 子”，这个工程逐渐的在 World Maker Faire平台上成长起来，开放性资源为 市民引导的城市发展模型播下了种子。它是完全开放源代码的建筑结构，房子 的图纸、模型均可从网站上下载，另外网站还提供房子的各种变体版本，任何 人都可以据此增删、设计、制造、组装自己的建筑。随着经济危机规模的扩 大，这种建造方式的优势变得越加明显。 在 WikiHouse 上，你可以找到设计师们已经上传的建筑设计图纸。 WikiHouseUKV3-3是一个已经在这个平台上开源的建筑工程。它提供的图纸 包括了这个简易房屋的每一个零件，甚至包括板材间的连接部件，因为这个建 筑部件间的连接不依赖螺栓，而是借助楔和钉子。你可以把它的图纸下载下 来，并借助数控机床高效地将板材“打印”成它所需要的部件。所有的部件都 会被编号。只需要2-3个人的努力就可以将这座简易房屋组装好，就像组装宜 家家具一样。在完成房屋的基础部分后，你还可以在这基础上添加窗户、隔热 层、覆盖层等设施。 WikiHouse还提供了房屋设计的标准和指南，包括钉子的使