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第一位主講嘉賓是清華大學(xué)大學(xué)建筑學(xué)院教授、清華大學(xué)深圳國際院未來人居研究院常務(wù)副院長徐衛(wèi)國。2003年以來，徐衛(wèi)國教授一直從事數(shù)字設(shè)計(jì)及數(shù)字建造研究，通過教學(xué)、科研、工程、策展、出版等多種渠道推動(dòng)了數(shù)字建筑在中國的發(fā)展，目前在該領(lǐng)域出版有17本著作、發(fā)表140多篇論文，并獲得多項(xiàng)國際國內(nèi)獎(jiǎng)項(xiàng)。本次講座的題目是機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)的應(yīng)用，主要內(nèi)容包括數(shù)字建筑設(shè)計(jì)及建筑智能建造的概念、機(jī)器人3D打印混凝土建造方面的技術(shù)研發(fā)及一系列實(shí)踐作品、以及智能建造重要方式的機(jī)器人3D打印建造技術(shù)的發(fā)展前景。

▲徐衛(wèi)國教授

▲徐永模會(huì)長為徐衛(wèi)國教授頒發(fā)主講嘉賓榮譽(yù)證書

數(shù)字建筑設(shè)計(jì)，顧名思義就是數(shù)字技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)的結(jié)合。通過計(jì)算生成建筑形態(tài)，依靠算法和程序推動(dòng)設(shè)計(jì)的發(fā)展。數(shù)字建筑設(shè)計(jì)不僅改變了建筑師的設(shè)計(jì)思考方式，重新定義了設(shè)計(jì)過程，還徹底改變了設(shè)計(jì)、加工、施工的組織方式。在設(shè)計(jì)的過程中，建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、軟件工程師、材料工程師、加工廠商、施工技術(shù)人員通力合作完成設(shè)計(jì)。

房屋智能建造，即用機(jī)器人或智能系統(tǒng)代替人工進(jìn)行房屋的建造，是一個(gè)物質(zhì)建造的過程。通過設(shè)計(jì)輸出的虛擬建造信息為依據(jù)，展開部件的數(shù)控加工與現(xiàn)場的智能施工，同時(shí)延續(xù)虛擬建造的數(shù)字信息流，繼續(xù)優(yōu)化修正已有的數(shù)字信息，直至項(xiàng)目建成交付。

機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)，是房屋智能建造的一種方式，它基于數(shù)字建筑設(shè)計(jì)及機(jī)器人自控系統(tǒng)，將3D打印技術(shù)與特種混凝土材料技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的創(chuàng)新房屋及環(huán)境建造應(yīng)用技術(shù)。它具有較高的材料可塑性，在成型過程中無需模板支撐，不僅可構(gòu)筑各種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形體，并且可創(chuàng)造優(yōu)美的曲面不規(guī)則形體。

機(jī)器人3D打印混凝土建造，具有明顯的技術(shù)特點(diǎn)：從算法生形，到物質(zhì)堆疊的全過程，需要系統(tǒng)性控制，遵循復(fù)雜性科學(xué)理論；從建造對(duì)象來看，又兼具了體系化、安全性及可實(shí)用性；機(jī)器人3D打印混凝土房屋是一種新的建筑體系，是將“原位打印”與“預(yù)制打印”相結(jié)合的，一種現(xiàn)場裝配式體系。

重點(diǎn)工程案例：上海書屋

該書屋的設(shè)計(jì)起于概念草圖，之后用MAYA軟件根據(jù)使用需求實(shí)體建模，并進(jìn)行空間形體及結(jié)構(gòu)合理性推敲確定實(shí)施模型，其后通過打印路徑規(guī)劃及打印程序編寫完成數(shù)字文件，再以此數(shù)字文件驅(qū)動(dòng)機(jī)器人3D打印設(shè)備進(jìn)行混凝土材料的逐層堆疊打印，從而建成這一曲面形體的圖書小屋。該圖書小屋總面積約30平方米，可容納15人進(jìn)行各種活動(dòng)。用于該書屋打印的材料為團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的纖維混凝土，其間不加鋼筋、建造中不用模板；書屋的打印用了2臺(tái)機(jī)器臂打印系統(tǒng)，一臺(tái)原位打印建筑基礎(chǔ)及主體結(jié)構(gòu)，另一臺(tái)現(xiàn)場預(yù)制打印弧墻及穹隆頂，每臺(tái)打印設(shè)備需要2人操作，施工過程中總共需要4-5位施工人員參加。書屋的墻體構(gòu)造采用空心墻體設(shè)計(jì)，其間填充保溫砂漿形成保溫隔熱墻體；該書屋的建筑表面有2種肌理，一種為疊層打印所形成的層疊表面，另一種為精心設(shè)計(jì)的編織圖案肌理，后者位于入口側(cè)墻，讓人具有細(xì)膩的感覺。

▲上海書屋虛擬動(dòng)態(tài)模型?清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)

▲上海書屋概念草圖和設(shè)計(jì)模型?清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)

▲上海書屋原位打印建造過程?清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)

▲上海書屋實(shí)景鳥瞰?清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)

此外，徐衛(wèi)國教授還分享了徐州園博會(huì)中建科技館、美國露營地服務(wù)用房、貴州民居、武家莊娟子農(nóng)宅、肯尼亞低造價(jià)住宅、機(jī)器人3D打印花園（2022深圳香港雙城雙年展）、深圳會(huì)展中心3D打印公園以及上海智慧灣步行橋等工程案例。

▲徐州園博會(huì)中建科技企業(yè)館?清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)

▲貴州民居?香港大學(xué)林君翰、清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)

▲深圳會(huì)展中心3D打印公園?荷清數(shù)字建筑科技

▲武家莊娟子民居?清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)

第二主講嘉賓是浙江大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、浙江大學(xué)智能建造與工程管理研究所所長王海龍。王海龍教授主要從事3D打印智能建造技術(shù)、固廢資源化利用，高性能混凝土材料與結(jié)構(gòu)、長壽命工程結(jié)構(gòu)、裝配式結(jié)構(gòu)研究。先后主持國家863項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金，各類重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，國家重大工程研究專項(xiàng)，省部級(jí)及企事業(yè)單位各類科技項(xiàng)目50余項(xiàng)。本次大講堂，王海龍教授的報(bào)告主題是3D打印混凝土：材料、結(jié)構(gòu)、打印工藝與工程應(yīng)用，針對(duì)打印混凝土材料、打印混凝土結(jié)構(gòu)、工藝和工程應(yīng)用、以及3D打印混凝土技術(shù)遇到的問題與挑戰(zhàn)，展開了具體的交流。

3D打印混凝土按照材料，可分為普通硅酸鹽水泥基3D打印混凝土、硫鋁酸鹽等特種水泥基3D打印混凝土和固廢基堿激發(fā)類地質(zhì)聚合物混凝土；更加具體的細(xì)分，包括一般3D打印砂漿、粗骨料打印混凝土、彩色打印混凝土、鋼纖維打印混凝土、ECC改性、UHPC改性、輕質(zhì)3D打印混凝土。3D打印混凝土材料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括工作性（流動(dòng)性、觸變性、可打印性和可建造性）、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等級(jí)、耐久性和收縮開裂。

收縮開裂控制技術(shù)是3D打印混凝土材料與工程應(yīng)用面臨的最重要的挑戰(zhàn)。王海龍教授團(tuán)隊(duì)通過材料配合比體積的優(yōu)化，調(diào)整水膠比、膠凝材料類型、骨料級(jí)配，并配置合適保水劑、可分散乳膠粉、膨脹劑、纖維以及保濕養(yǎng)護(hù)措施，基本解決了材料的收縮開裂問題。

王海龍教授團(tuán)隊(duì)對(duì)3D打印混凝土材料未來的發(fā)展展開了系列的探討，在特殊使用環(huán)境下，比如水下混凝土建/構(gòu)筑物，太空打印建造等方面具有明顯優(yōu)勢及發(fā)展前景。

王海龍教授將打印混凝土結(jié)構(gòu)配筋技術(shù)分為了打印前、打印時(shí)、打印后配筋技術(shù)。王教授團(tuán)隊(duì)最新研發(fā)了組合式配筋模式，把受力鋼筋和箍筋架立筋組成鋼筋骨架，更好的實(shí)現(xiàn)了邊打印、邊配筋的工藝，減少了層間缺陷的影響。同時(shí)，王教授團(tuán)隊(duì)還對(duì)不同打印配筋形式下，筋材與打印混凝土的粘結(jié)性能與本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了深入研究，為3D打印混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工提供了理論依據(jù)。

混凝土材料的抗壓強(qiáng)度明顯大于抗拉強(qiáng)度，而拱形結(jié)構(gòu)更能充分利用混凝土材料的力學(xué)特點(diǎn)，通過在拱形混凝土內(nèi)部加入部分鋼筋，可將破壞模式由脆性破壞轉(zhuǎn)化為塑性破壞，實(shí)現(xiàn)了3D打印混凝土拱形結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化。此外，王海龍教授團(tuán)隊(duì)還針對(duì)3D打印混凝土裝配式結(jié)構(gòu)以及原位打印混凝土結(jié)構(gòu)性能的評(píng)價(jià)方法與設(shè)計(jì)理論、面向3D打印的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行了深入的研究。

重點(diǎn)工程案例：火星一號(hào)基地文旅酒店項(xiàng)目

火星一號(hào)基地文旅酒店項(xiàng)目由浙江大學(xué)、杭州冠力智能科技有限公司、山東基石增材環(huán)保科技有限公司、易蘭（北京）規(guī)劃設(shè)計(jì)股份有限公司共同設(shè)計(jì)與建造的，有5個(gè)單體建筑組成，單體房屋高9米，最大直徑5.8米，上下2層，建筑面積約45平米。建筑設(shè)計(jì)參考火星基地，立面為三維曲線（蛋型）造型，充分體現(xiàn)了3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

項(xiàng)目結(jié)構(gòu)通過配置環(huán)向鋼筋、徑向拉結(jié)鋼筋、豎向鋼筋，形成整體鋼筋籠，配合3D打印混凝土，形成3D打印配筋混凝土結(jié)構(gòu)，并針對(duì)各種荷載組合進(jìn)行了有限元受力分析，確立了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。施工采用裝配式施工工藝，工廠將建筑分節(jié)段打印并預(yù)留構(gòu)造柱出筋，在現(xiàn)場進(jìn)行吊裝和節(jié)點(diǎn)鋼筋搭接和構(gòu)造柱的現(xiàn)澆，最終形成整體性良好的完整結(jié)構(gòu)。

▲火星一號(hào)基地文旅酒店項(xiàng)目3D打印配筋混凝土結(jié)構(gòu)

▲火星一號(hào)基地文旅酒店項(xiàng)目施工

▲沙特Durra別墅

▲整體打印建筑

▲3D打印部品、部件

▲景觀小品

王海龍教授還分享了裝配式3D打印技術(shù)應(yīng)用案例沙特Durra別墅，整體打印成型公安崗?fù)さ软?xiàng)目，3D打印公園部品、景觀小品，以及正在打印建造中的民居院落等工程案例。

王教授認(rèn)為建筑3D打印技術(shù)在未來的發(fā)展存在諸多機(jī)遇和挑戰(zhàn)，加快建筑3D打印技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定的推進(jìn)工作，開發(fā)具有多功能化建筑3D打印建造系統(tǒng)，完善建筑3D打印材料體系、大力開發(fā)綠色低碳打印材料、粗骨料低碳打印混凝土材料，助力綠色建造，推進(jìn)建筑3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)建造的兼容互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境與極端環(huán)境下大型結(jié)構(gòu)的打印建造，以及建立完善可靠的打印結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和建造方法，這些都是未來3D打印混凝土行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展方向。