建筑3D打印的国内外研究现状文献综述

建筑3D打印的国内外研究现状文献综述摘要建筑3D打印（3DConcretePrinting,3DCP）作为增材制造技术在土木工程领域的前沿应用，依托无模成型、数字化建造、材料利用率高、施工周期短等优势，被视为推动建筑业工业化、智能化与低碳转型的关键技术。本文梳理建筑3D打印的技术分类，总结国内外材料体系、装备系统、结构性能、工程应用的研究进展，归纳当前技术瓶颈与行业痛点，并展望未来研究方向。现有研究表明，国外起步更早，在基础理论、多元材料体系与商业化落地方面积累丰富；国内在大型工程示范、低碳固废材料、原位多层打印等领域追赶迅速，部分工程应用处于国际前列，但全行业标准体系、结构配筋工艺、长期耐久性等问题仍是制约规模化推广的核心难题。关键词：建筑3D打印；3D混凝土打印；增材制造；数字化建造；低碳建材一、引言传统建筑业长期存在劳动密集、模板消耗大、材料浪费严重、碳排放高等痛点。建筑3D打印以数字模型为基础，通过机械系统将可挤出建材逐层沉积成型，省去传统模板工序，可实现复杂异形构件快速建造，适配装配式建筑、灾后应急建筑、低碳住宅等场景。

自20世纪末轮廓工艺（ContourCrafting）概念提出以来，建筑3D打印逐步从实验室基础研究走向实体工程示范。近年来，全球相关文献发文量快速增长，研究重心从单纯设备研发转向材料rheology（流变特性）、层间界面力学、配筋一体化、全生命周期碳排放、标准规范等多学科交叉方向。本文系统梳理国内外研究成果，总结现存短板，为后续研究与工程落地提供参考。二、建筑3D打印核心技术体系概述当前主流建筑3D打印以挤出式混凝土打印为主，辅以粉末粘结打印、浆体喷射打印等工艺：挤出成型工艺：最成熟、工程应用最多，分为龙门架式、机械臂式、缆索悬挂式三类装备，核心难点在于材料需同时满足可挤出性、即时塑形能力、层间粘结强度三大流变要求。粉末粘结工艺：以砂子、石膏等粉末为基材，通过粘结剂选择性成型，精度高，但成型尺度有限，多用于小型装饰构件。轮廓工艺：早期经典方案，由美国南加州大学Khoshnevis提出，依靠双模具成型墙体，适合低层快速建造，是建筑3D打印的技术源头。配套研究主要集中四大方向：打印材料配比优化、设备与路径规划、结构增强与配筋、BIM一体化数字设计。三、国外研究现状国外建筑3D打印研究起步于21世纪初，美国、荷兰、丹麦、德国、新加坡、意大利等高校与企业形成产学研协同体系，基础理论研究扎实，商业化项目落地较多。3.1材料研究国外材料体系多元化，除普通硅酸盐水泥基材料外，重点研发地质聚合物、ECC延性水泥基、土质材料、纤维增强复合材料，同时大量探索建筑垃圾、农业固废等低碳原料，降低碳足迹。MIT、新加坡国立大学等重点研究打印材料各向异性、层间界面弱化机理，建立流变参数与打印工艺的量化匹配模型。意大利WASP团队开发原生态土打印材料，建成TECLA土坯3D打印住宅，实现本地化天然原料直接建造。3.2装备与工艺研究美国南加州大学最早提出轮廓工艺；丹麦COBOD、荷兰CyBe、美国ICON、俄罗斯ApisCor是国际头部设备厂商。COBOD的BOD2打印机广泛输出全球工程；ICON聚焦低成本保障性住宅，在美国开展批量社区试点；CyBe研发快速硬化砂浆体系，适配预制构件工厂化生产。

麻省理工学院将拓扑优化与打印约束耦合，解决复杂受力构件可制造性问题；新加坡国立大学重点研究预制卫浴模块（PBU）工厂打印，单人4小时完成一个预制浴室，人力节约50%以上，成熟应用于模块化装配式项目。3.3工程应用与标准探索欧洲落地项目较多：荷兰埃因霍温3D打印住宅社区实现居民入住；德国PERI完成国内首栋通过正式建筑规范认证的3D打印住宅，为合规化推广提供先例；西班牙推出土质3D打印房屋，适配低碳乡土建筑。印度Tvasta聚焦低成本乡村住房；美国大量开展灾后快速应急住房试验。

但国际层面仍缺乏统一技术标准，不同国家对层间强度、耐久性、抗震性能的验收要求差异较大，是商业化推广主要障碍之一。3.4国外研究不足多数落地项目以低层非承重或低荷载墙体为主，一体化配筋、高层结构、长期服役耐久性数据不足；设备成本偏高，小规模项目经济性优势不明显；全生命周期环境评价研究仍在完善。四、国内研究现状国内建筑3D打印研究自2014年前后快速兴起，以高校（同济大学、清华大学、三峡大学、东南大学等）、中建、盈创建筑（WinSun）等企业为核心力量，在大型实体示范工程方面进展突出。4.1材料方向国内重点研发适合本土工业固废的打印砂浆，利用矿渣、粉煤灰、钢渣、建筑垃圾制备地质聚合物与低碳打印混凝土，契合“双碳”目标。同济大学等团队开展ECC纤维增强打印材料研究，改善层间薄弱、易开裂等问题，量化纤维取向对力学性能的影响规律。但材料稳定性批次差异大，不同工况下流变调控标准化不足。4.2装备与工艺国内以大尺度龙门式打印机为主，适配现场原位打印。中建完成世界首例原位3D打印双层示范建筑；三峡大学研发12米级龙门设备，建成双层试验别墅，打印精度控制至2mm以内，工期较传统缩短70%左右。同济大学提出柔性建造思路，融合BIM、激光扫描实时修正打印误差，探索预制+原位复合建造模式。国内机械臂式、缆索式轻量化打印装备近年也逐步发展。4.3工程示范成果盈创建筑早期完成一批3D打印低层房屋、景观构件；国内多地建成3D打印步行桥、地下管廊、景观建筑、临时用房等示范项目，在大尺度混凝土构件成型上形成工程积累。相比国外，国内基建场景丰富，更偏向将3D打印融入装配式、城市更新、应急工程体系。4.4国内现存短板标准规范滞后：尚未形成覆盖材料、设计、施工、验收的完整国标体系，多数项目属于示范试验，难以大规模备案商用；结构配筋难题：自动化同步配筋工艺不成熟，现有项目多为后期人工植筋、预埋钢筋，难以实现承重结构一体化打印；长期性能数据缺失：大部分力学试验为短期加载，冻融、干湿循环、长期蠕变、抗震耐久数据积累不足；经济性受限：设备、专用砂浆成本高，仅异形、小批量项目具备优势，普通住宅性价比不足。五、国内外研究对比总结基础理论：国外起步更早，流变、界面力学、拓扑优化、生命周期评价等基础研究更系统；国内偏向工程应用驱动，基础机理研究深度有待加强。材料路线：国外多元化（土基、高分子、ECC、地质聚合物并行）；国内以固废低碳水泥基为主。产业化：国外设备厂商+地产联合商业化落地成熟，形成保障性住宅产品；国内示范工程多，产业化规模化落地偏少。共性瓶颈：国内外共同面临配筋一体化、长期耐久性、统一标准、成本控制四大难题。六、现存核心挑战材料层面：打印材料流变性能时间敏感性强，层间界面天然薄弱，材料各向异性显著，耐久、抗裂、抗渗性能难以稳定达标；低碳固废材料性能离散度大。结构与工艺：钢筋、管线如何同步一体化打印仍是行业难点；复杂曲面、大跨度、高层建筑打印技术不成熟；打印路径、喷头参数缺乏通用优化算法。标准与管理：缺少材料检测、结构验算、工程验收规范，传统建筑规范不完全适配增材制造构件，审批与监管体系空白。经济与产业链：专用打印设备、特种砂浆成本高；产业链不完整，专业设计、施工运维人才缺口大。七、未来研究趋势材料创新：自修复混凝土、超高延性纤维材料、全固废地质聚合物、可降解低碳建材是重点方向，建立标准化流变-力学性能数据库。多技术融合：BIM+AI+物联网一体化数字建造，利用人工智能自动优化打印路径，实时监测成型质量；机器人集群协同打印、空中悬浮打印等新型装备研发。结构一体化技术：钢筋/纤维同步植入打印、预制增强构件复合成型，推动从非承重构件向主力承重结构、高层结构发展。标准化与生命周期评价：加快国内行业与国标编制，完善检测验收体系；开展全生命周期碳核算，量化3D打印建筑的低碳价值。场景拓展：应急救灾快速安置房、海洋/极地等特殊环境建造、深空基地原型试验、定制化景观与幕墙构件。八、结语建筑3D打印已经从概念验证走向工程示范，国外在基础理论与商业化产品上先发优势明显，国内依托基建市场优势在大型实体工程、低碳固废材料领域快速追赶。但距离大规模主流工程应用仍有较大距离，后续研究需要从单一设备或材料试验转向材料-装备-结构-标准-产业链系统性攻关，推动数字化、低碳化的新型建造模式落地。参考文献（示例格式，可按需扩充）[1]KhoshnevisB.Contourcrafting-Arapidlayeredconstructionprocess[J].AutomationinConstruction,2004.

[2]汪海威。基于挤出的建筑3D打印技术及ECC材料研究综述[J].土木工程，2025.

[3]袁烽。建筑机器人与柔性数字建造[J].建筑学报，2022.

[4]GosselinC,DuballetR,RouxP,etal.Large-scale3Dprintingofultra-highperformanceconcrete–anewprocessingrouteforarchitects