3D打印：讓夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)
時(shí)間：2022-11-10 來源：中國(guó)建材報(bào) 分享：
近日，清華大學(xué)建筑學(xué)院教授徐衛(wèi)國(guó)在接受《中國(guó)建材報(bào)》記者采訪時(shí)表示，混凝土3D打印技術(shù)本身不是一個(gè)單項(xiàng)技術(shù)，而是一個(gè)技術(shù)的集成，包含數(shù)字建筑設(shè)計(jì)、機(jī)器人系統(tǒng)、打印技術(shù)、材料技術(shù)等，優(yōu)勢(shì)在于具有高效率、免模板、省人力、節(jié)省材料、低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，不僅適合傳統(tǒng)房屋造型設(shè)計(jì)建造，還能實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)美不規(guī)則曲面形體的建造，未來大有可為。
應(yīng)用混凝土3D打印技術(shù)建造的農(nóng)宅 徐衛(wèi)國(guó)/供圖
在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，數(shù)字化催生各個(gè)行業(yè)的變革與創(chuàng)新，對(duì)于建筑業(yè)來說也不例外。“當(dāng)前，智能建造已成為建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手，是解決建筑行業(yè)低效率、高污染、高能耗的有效途徑之一。作為創(chuàng)新型房屋智能建造技術(shù)，混凝土3D打印技術(shù)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇?！苯?，清華大學(xué)建筑學(xué)院教授徐衛(wèi)國(guó)在接受《中國(guó)建材報(bào)》記者采訪時(shí)表示，混凝土3D打印技術(shù)本身不是一個(gè)單項(xiàng)技術(shù)，而是一個(gè)技術(shù)的集成，包含數(shù)字建筑設(shè)計(jì)、機(jī)器人系統(tǒng)、打印技術(shù)、材料技術(shù)等，優(yōu)勢(shì)在于具有高效率、免模板、省人力、節(jié)省材料、低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，不僅適合傳統(tǒng)房屋造型設(shè)計(jì)建造，還能實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)美不規(guī)則曲面形體的建造，未來大有可為。
3D打印推動(dòng)數(shù)字建筑發(fā)展
徐衛(wèi)國(guó)從2003年以來一直從事數(shù)字設(shè)計(jì)及數(shù)字建造研究。多年來，他通過教學(xué)、工程、策展、出版等多種渠道推動(dòng)了數(shù)字建筑在我國(guó)的迅速發(fā)展。談到自己的數(shù)字建筑夢(mèng)想，徐衛(wèi)國(guó)表示，建造是一個(gè)過程、一個(gè)體系，目前這個(gè)體系有建筑師、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師、水暖電工程師、施工隊(duì)等，是相互割裂的。然而，進(jìn)入信息社會(huì)，生產(chǎn)模式已經(jīng)發(fā)生了根本性地變化，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)體現(xiàn)智能建造的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想，徐衛(wèi)國(guó)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于數(shù)字建筑設(shè)計(jì)及機(jī)器人自控系統(tǒng)、3D打印技術(shù)與特種混凝土材料技術(shù)相結(jié)合的機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)。“該技術(shù)是一種智能建造技術(shù)，其建造工藝流程包括算法生成創(chuàng)意設(shè)計(jì)、數(shù)字形態(tài)建模、打印路徑規(guī)劃、打印程序編碼、虛擬打印建造模擬、現(xiàn)場(chǎng)原位打印、或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制打印及裝配，它不僅將房屋或景觀建設(shè)全過程進(jìn)行了數(shù)字化集成，并分為虛擬建造及實(shí)物打印建造兩大部分，建造過程中連續(xù)的數(shù)字信息流及物質(zhì)性建造流相輔相成，形成了一體化智能建造流程?！?/span>徐衛(wèi)國(guó)指出，該技術(shù)涉及不同的行業(yè)參與，包括基于算法生成的建筑創(chuàng)意設(shè)計(jì)、路徑規(guī)劃及控制軟件的開發(fā)、機(jī)器人及打印設(shè)備的集成制造、打印材料的混合生產(chǎn)、建筑施工的數(shù)字工地等。它的推廣使用不僅將傳統(tǒng)房屋建設(shè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，而且將帶動(dòng)新的數(shù)字建造產(chǎn)業(yè)鏈的形成。正在打印的混凝土構(gòu)件 徐衛(wèi)國(guó)/供圖
作為一種創(chuàng)新型房屋及環(huán)境智能建造技術(shù)，機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是節(jié)省人力、提高效率、降低造價(jià)、保證質(zhì)量等。對(duì)此，徐衛(wèi)國(guó)指出，智能建造將推動(dòng)我國(guó)建筑工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，3D打印作為智能建造的一種重要方式，將對(duì)工程建設(shè)的智能化發(fā)展發(fā)揮重要作用。這一技術(shù)由于使用了智能系統(tǒng)及智能設(shè)備，其建造精度大大提升，從而能夠保證建造質(zhì)量。而且，基于算法生成的數(shù)字設(shè)計(jì)，同時(shí)使用了可空間運(yùn)動(dòng)的智能機(jī)器臂進(jìn)行建造，該技術(shù)不僅可以建設(shè)傳統(tǒng)的建筑形體，還可以建造各種豐富的有機(jī)建筑形態(tài)。據(jù)了解，這一技術(shù)正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并首次在深圳寶安區(qū)實(shí)現(xiàn)了世界最大規(guī)模的3D打印混凝土綠化公園建設(shè)嘗試。到目前為止，新農(nóng)村住宅、肯尼亞3D打印經(jīng)濟(jì)適用房、步行橋、圖書屋等項(xiàng)目都應(yīng)用了該技術(shù)。“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(lǐng)域技術(shù)研發(fā)及實(shí)際應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，但該技術(shù)目前最大的阻礙就是人們對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的不了解?！贬槍?duì)目前存在對(duì)混凝土3D打印技術(shù)的質(zhì)疑聲，徐衛(wèi)國(guó)認(rèn)為，混凝土本身的配比是可發(fā)生變化的，配比不同會(huì)導(dǎo)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(yīng)用于3D打印，混凝土3D打印將擁有更多可能性。“現(xiàn)在是個(gè)合作的時(shí)代，要推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展需要各行業(yè)聯(lián)手努力，在這個(gè)過程中，人們一定要有廣義混凝土的概念。”徐衛(wèi)國(guó)說。工程施工現(xiàn)場(chǎng) 徐衛(wèi)國(guó)/供圖
推動(dòng)改善農(nóng)村人居環(huán)境
采訪時(shí)，徐衛(wèi)國(guó)的團(tuán)隊(duì)正在忙于貴州農(nóng)宅項(xiàng)目。不管是河北省下花園武家莊農(nóng)戶住宅、非洲低收入住宅的樣板房，還是貴州農(nóng)宅項(xiàng)目，徐衛(wèi)國(guó)團(tuán)隊(duì)把很多創(chuàng)新技術(shù)都帶到了農(nóng)宅項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。
對(duì)此，徐衛(wèi)國(guó)說，鄉(xiāng)村改造是目前社會(huì)發(fā)展的重要任務(wù)，但不少鄉(xiāng)村的改造僅僅實(shí)現(xiàn)了公共環(huán)境的改善，如修路、鋪設(shè)市政管道、重新裝飾住宅外觀等。實(shí)際上，這些鄉(xiāng)村農(nóng)宅本身的居住空間及室內(nèi)生活條件并沒有實(shí)質(zhì)性改變。“機(jī)器人3D打印混凝土移動(dòng)平臺(tái)”及“混凝土房屋快速建造體系”可采用有機(jī)更新的方式逐個(gè)重建鄉(xiāng)村農(nóng)宅，為鄉(xiāng)村住宅建設(shè)作出貢獻(xiàn)。
“從2003年開始，我一直從事數(shù)字設(shè)計(jì)的研究，在我看來，我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)最大的特點(diǎn)就是把研究從實(shí)驗(yàn)室搬到了工地上?！毙煨l(wèi)國(guó)認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)室的研究與實(shí)際工程的應(yīng)用相去甚遠(yuǎn)，有時(shí)候明明在實(shí)驗(yàn)室很成功的技術(shù)在實(shí)際工程中卻沒法應(yīng)用。在實(shí)際工程中進(jìn)行研發(fā)，在成百上千的試驗(yàn)中找到系統(tǒng)最優(yōu)，這正是徐衛(wèi)國(guó)團(tuán)隊(duì)不斷取得成績(jī)的關(guān)鍵。
本文原載于《中國(guó)建材報(bào)》11月7日7版
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