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解析:3D打印定制化对整个建筑产业的启示

2016-01-26 14:22
华静一
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  3D打印技术最早出现在20世纪90年代中期,以利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型,它与普通打印机工作原理基本相同,通过一层又一层的多层打印方式,最终把计算机上的蓝图变成实物。不仅可以打印小件物品,甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业,顺利完成设计师们看似复杂而伟大的构想和设计。

  美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克·霍什内维斯研究出一种被称为“轮廊工艺”新工艺,“轮廊工艺”的概念在设计上很简单,但是实施起来稍有复杂,它由一个巨型的三维挤出机械构成,操作很像我们见到的打印机操作原理,不过有一个明显不同的地方:它挤出是混凝土,建成的建筑能够抵挡地震和其他自然灾害,一幢面积约2500平方英尺的建筑,在不到20小时就完成建造。这项工艺不仅造价便宜、快速建造,而且对环境友好,建设造价和材料大幅度降低,获得了美国宇航局和美国军方的支持和资助。

  2014年4月,由上海盈创装饰集团公司自主研发的3D打印机打印房屋在上海青浦亮相,样板房先在苏州打印好后搬运至上海,经过二次浇筑完成。公司还与同济大学、中铁八局合作,在苏州打印完成了一座1100平方米的别墅和一栋6层高的住宅,安全性符合国家标准。盈创作为全球第一家实现一体化建筑3D打印集成技术的公司,在全球首次采用3D打印技术打印出完整的建筑。

  盈创依靠自主研发的打印机设备,以连续线性挤出方式“打印”而成,与传统建筑无异,甚至比传统钢混建筑强度更高。空心墙体不但大大减轻了建筑本身的重量,更便于建筑商在其空空的“腹中”填充保温材料,让墙体成为整体性自保温墙体。业主可任意设计墙体结构,预留“梁”和“柱”浇筑的空间,一次性解决墙体的承重结构问题,从而使之在高层建筑中大显身手。因此无论是桥梁、简易工房、剧院,还是宾馆和居民住宅,其建筑体的强度和牢度都符合且高于国家建筑行业标准。

  如此看来,虽然3D打印技术要完成我们想象中安全可靠又舒适的房子,还需要一个漫长的过程,其刚度、强度和耐久性等综合性能也还待进一步验证,但3D打印技术对建筑行业的影响和作用还是不容小觑,也带来不少启示。

  第一、3D打印建筑的宗旨——环保

  据权威部门透露,截至2011年底,中国城市固体生活垃圾存量已达70亿吨,可推算建筑垃圾总量为21亿~28亿吨,每年新增建筑垃圾超过3亿吨。如采取简单的堆放方式处理,以1万平方米500~600吨建筑垃圾的标准推算,到2020年,我国还将新增建筑面积约300亿平方米,每年新增的建筑垃圾将占1.5亿2亿平方米用地,这是一个令人震惊的数字。

  那么,作为3D打印建筑的最大亮点就是建筑垃圾再利用,包括工业垃圾、尾矿等。完全就地取材,回收建筑垃圾、工业垃圾和尾矿,通过技术处理、加工、分离,使之成为3D打印建筑“油墨”的原材料。让建筑垃圾回到建筑中,新建建筑又环保且不产生垃圾,今后建筑工地不会再是一片狼藉,城市空气质量也会得到改善,这毫无疑问3D打印技术就将成为首选,在建筑行业将大有作为。

  第二、3D打印建筑的核心——材料“油墨”

  在大多数人概念中,油墨肯定是液体的,“水”怎么造房子,能住人吗?而盈创公司的3D打印建筑,其“油墨”是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料,也可以理解为取材于建筑垃圾,这种油墨的强度和使用年限大大高于钢筋混凝土,而“油墨”挤出后会很快凝固,保证打印机能连续打印。3D打印建筑具有成本低,环保等多重优势,就地安装打印机,就地取材,满足周边200公里以内的建筑打印需求,应用前景广阔。

  该项目采用的3D打印技术不但能打印简单的标准建筑和各种房型,还能打印波浪形平滑表面等各种造型的房屋外立面,让建筑的艺术性通过3D打印技术一次性实现。

  第三、3D打印建筑对设计师的影响:变革与创新

  3D打印给建筑设计的设计师带来了福音,他们只需要自己有一个好的构思,通过平面CIAZ做出3D立体的电脑数字模型,就可以通过3D打印技术快速的打印出自己需要的模型。通过直观的3D模型他们可以很快的发现和修改自己的设计方案不足之处,这样可以大大节约设计们思考和验证的时间,这些所有的工序都只需要一个人或者很少的几个人就能快速的完成。

  3D打印技术将颠覆传统设计模式提高更好的创新思路,一个新的创新设计思路模式就急需得到改革,3D打印很可能引发这场建筑设计之路上的战役,它在公司或者设计方案竞标和投标的重点项目就可以带来绝对的竞争优势。它的直观表达、更容易更好的传达出设计师所要表达的设计思路和设计意图、理念。对方也更加直观地领悟到设计师的设计创新和价值。3D打印技术无疑将引领未来建筑设计的颠覆性的革命。

  第四、3D打印建筑的优势:成本低工期短

  3D打印不仅是一种全新的建筑方式,更是一种颠覆传统的建筑模式。它更加坚固耐用、保护环境、高效、节能,不仅解放人力,还能大大降低建造成本,大幅度减少劳动成本,与传统建筑行业相比,3D打印的建筑不但建材质量可靠,还可节约建筑材料30%-60%、缩短工程施工工期50%-70%、减少人工50%-80%……据测算,打印至少能使建筑成本降低50%以上,据了解,在24小时内打印出10幢200平方米建筑,节省大量的人力和财力,用数字化的生产方式减少对人的依赖,就解决了建筑行业由于依赖人带来的规模负效应问题,前景远大。今后,在工地上将不在是人来人往,攀爬施工切砖抹灰;车辆进进出出,运送堆积如山的各类建筑材料,只需几名技术人员,按照设计师的设计要求操控3D打印设备定制打印就好,一次性的完成建造构造,将成品展示在人们面前,将让更多人买得起房子,买得到自己想要的个性化的好房子,实现住房个性化的私人定制。

  当然,3D打印在建筑新材料开拓和建筑工艺上的创新探索值得称赞,要真正普及3D打印房屋还需时日,需要对内部结构、综合强度、防火性、使用年限等多方面进行综合考量,承载力强度、耐久性等各项指标还有待权威检测和认证,但随着3D打印技术的飞速发展,相信到这一天不会太远。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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