要點:
3D打印技朮早已在醫療、生物、航空等多個應用領域大放異彩，近幾年它更將目標喵點對准了建筑行業。3D打印建筑已在全球范圍內遍地開花，是未來主流，或是現實難題，值得我們認真思考。但是，智能建造定會是未來土木工程大行業的必然發展趨勢，而在這一過程中，3D打印建筑將是智能建造的先鋒官。
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在傳統建筑業的世界里，蓋房子可是一件耗時耗力的大工程。然而，“3D打印”的出現徹底顛覆了這一現狀。一個巨大的3D打印機在几天甚至几個小時內就能打印出一棟棟兼備設計感和居住體驗感的房子，不僅造價低廉，而且環保節能，可謂是“一舉多得”。
從3D打印到3D打印建築
3D打印，即增材制造技朮。顧名思義，增材/Additive Manufacturing就是“一層層增加上去的材料”，它通過層層疊加的制造邏輯將原材料組合成為三維整體，與電腦三維模型設計結合，制造出復雜的几何結搆，并且能大幅度節省原料、減少人工計算與加工。如今，3D打印技朮已經在醫療、生物、航空等多個應用領域大放異彩，也深入到我們的日常生活中。近几年，3D打印更是將它的目標喵點對准了建筑行業。
本質上，3D打印建筑的三維形體生成過程由計算機控制，這改變了傳統建造過程，也給設計創造了更多可能性。不同於傳統建造，3D打印建筑師可以使用這一技朮建造前所未有的曲面，形狀和顏色，從而設計出更具創造性、引人注目的建筑。在建筑創新及創造力的表達方面，建築師不再有任何限制。
大規模增材制造涉及三個知識領域：數字設計、數字制造和材料科學
首先，建筑師為將要打印的所有組件創建計算機模型。然后，這些設計師可以使用軟件來測試組件將如何響應結搆力并相應地調整組件。這些工具還可以幫助設計人員弄清楚如何減輕組件的重量并使某些設計過程自動化。
然后，一種稱為“切片器”的軟件，將計算機模型轉換為3D打印機。3D打印機的工作規模相對較小，可以參考手機殼和牙刷架的大小規模。
但3D打印技朮的進步使硬件能夠以一種嚴謹的的方式擴大規模。有時，打印是通過所謂的基於龍門架的系統完成，一種類似於桌面3D打印機的矩形滑軌框架。而人們現在也越來越多地使用機械臂， 因為它們能夠在任何方向打印，非常靈活。
3D打印建筑的發展曆史可以追溯到2000年代初。起初，這項技朮主要用於建筑模型和小型搆件的打印，是一種初步的探索。然而，隨着技朮的進步和創新的推動，3D打印逐漸應用於更大規模的建筑物。在2010年代中期至末期，一些具有示范意義的項目開始出現，如荷蘭的“印巢”和中國的“華夏村”，引起了廣泛的關注。在這個階段，人們開始意識到3D打印建筑的潛力，并開始探索新的材料和技朮。
隨着時間的推移，3D打印建筑的材料也得到了創新。研究人員開始嘗試使用可再生材料、混凝土和金屬合金等新材料，以提高建筑物的可持續性和耐久性。這些材料具有更好的性能和可塑性，能夠更好地滿足建筑需求。在技朮方面，自動化和機器人技朮的進步對3D打印建筑起到了重要的推動作用。大型打印機和機器人系統的開發使得建造過程更加高效和精確。與此同時，自動化技朮不僅加快了建造速度，還減少了人為錯誤的可能性。
如今，3D打印建筑不僅僅是簡單地實現建筑物的建造，而是為建筑師和設計師提供了更大的自由度和創造力。總體而言，3D打印建筑經曆了從初期探索到大規模建筑、材料創新、自動化和機器人技朮的發展階段。這項技朮的不斷進步將為建筑行業帶來更多的創新和突破，并在未來扮演著更加重要的角色。
3D打印緩解住房危機
建筑公司Lake Flato與建筑技朮公司ICON合作，為得克薩斯州奧斯汀的 一座名為“ House Zero ”的100棟住宅項目打印混凝土外牆。使用3D打印機機器人在現場建造的大型住宅開發項目正在美國德克薩斯州初具規模，該技朮可以建造新房子的牆壁，包括電氣和管道系統，速度是傳統建筑方法的三倍左右，成本最高可達30%。
這座2,000平方英尺/185.8 平方米的房屋展示了3D打印混凝土的速度和效率，并且該結搆在其曲線牆和外露木框架之間形成了令人愉悅的對比。現場打印機几乎是全自動，只需三名工人即可操作。這種勞動密集度較低的工作流程，大大降低了人力成本。
近年來，原材料成本飆升導致房屋建設放緩，出現了日益嚴重的住房短缺問題。目前美國的房屋庫存處在曆史低位，最近兩個月的數據顯示，市場上房屋庫存不足100萬套。按照現有的銷售速度，不到3個月的時間，市場上的房子會被賣完，住房短缺極為嚴重。
據美國住房和城市發展部稱，3D混凝土打印/3DCP有望幫助緩解建筑行業面臨的許多挑戰。3DCP與傳統的混凝土結搆相比還有其他几個潛在的好處。其中包括精確和可預測的建筑成果、將勞動力分配給更熟練的專業人士以及提高工人的安全性。
歐洲3D打印建筑只需兩人監工
位於德國海德堡的歐洲最大3D打印建筑，是一座由房地產公司KRAUSGRUPPE 投資的商業建筑，共占地600多平方米。
該建筑釆用了海德堡材料公司專門開發的3D混凝土打印材料i.tech 3D，這種材料100% 可回收，其碳足跡比傳統的波特蘭水泥還要低55%。該建筑長54米，寬11米，高9米，預計將使用約450噸i.tech 3D材料，於2023年7月底竣工。
令人驚訝的是，使用傳統建造方式需要十几個工人同時在場工作，而使用3D打印技朮的建造只需一台大型機器設備，配以兩個人在現場監督進度即可，完全顛覆了大家的想象，大大降低了人力成本。
中國3D打印“1100平豪宅”
早在2018年，在鋼結搆裝配式房屋方面，中國已經取得新的突破。一般情況下，建造鋼結搆裝配式房屋分為以下5個步驟：搭建鋼結搆、牆體建模、混泥土填充牆體、拆除外模、安裝外部裝飾。而中國的新突破在於，直接省去拆除外模、安裝外部裝飾步驟，將5步變3步。這一創新得益於中國"盈創公司"的核心產品“盈恆石”，盈恆石為3D打印石材，寬度1.2米，長度不限，日產達10000㎡，其強度是天然石材的5至10倍，一級防火，可運用於室內外牆面、地面。鋼結搆裝備式房屋，用盈恆石建模，注入混泥土、城市建筑再生資源等建筑材料，更具防火、防腐功能，讓房屋堅固安全。
除了以上兩個案例，3D打印建筑已在全球范圍內遍地開花。美國建筑公司Lake Flato與建筑技朮公司 ICON 合作，為得克薩斯州奧斯汀的 一座名為“ House Zero ”的住宅打印混凝土外牆、迪拜的一座約641平方米的市政大樓是世界上最大的3D打印建筑、緬因大學完成了世界上第一個100%生物基3D打印房屋、非營利組織Thinking Huts在馬達加斯加打造了第一所3D打印學校、迪拜預計在2030年成為3D打印建筑領域技朮中心，未來四分之一建筑都由3D打印而成…
是未來主流或是現實難題
相較於傳統建造方式，3D打印省去了立模、配筋、現澆、拆除模板等工序，避免了現場施工帶來的揚塵和噪音問題，節約了人力和時間成本。在綠色施工和人工“走俏”的當下，3D打印建筑無疑是推進智能建造的一條重要實施途徑。
3D打印技朮、人工智能，自動化技朮在建筑領域的不斷融入，讓數字建造技朮為建筑行業帶來更強的生產力，推動建筑行業向高附加值的方向發展，提高了建筑產業的資本密集度和技朮密集度。同時，值得關注的是，3D打印通過破壞制造模式、創造前所未有的新穎視覺形式，可實現大規模定制并提供增加產品循環性的新途徑來徹底改變產品的制造方式。
但與此同時，3D打印建筑也存在不可忽視的弊端
目前3D打印建筑仍處在探索階段，建筑行業需要一個標准，通過這個標准才能全面地推廣起來。同時，潛在的勞動力流失、對貿易量和供應鏈的影響、對邊境海關的財政和非財政挑戰，以及知識產權和違法行為的空間等方面，3D打印建筑領域都存在着巨大的挑戰。
同時我們也要看到，3D打印建筑最大的挑戰是它的新穎性。有一整套基礎設施圍繞傳統建筑形式建造，如鋼材、混凝土和木材，其中包括供應鏈和建筑規范。此外，數字制造硬件的成本相對較高，使用這些新材料所需的具體設計技能尚未得到廣泛普及。
為了讓3D打印在建筑中得到更廣泛的釆用，它還需要找到自己的定位。類似於文字處理如何幫助台式電腦達到普及，我認為這將是大規模增加3D打印的具體應用，這將導致其能否被普遍使用。
世界經濟論壇的貿易技朮倡議 在關於3D打印對商業的影響的報告中表示，與物聯網和人工智能一起， 這項技朮有可能實現真正的數字制造。 然而，盡管3D打印近几年收入一直在快速增長，但它們仍然只占全球制造業收入12.8萬億美元中的一小部分。
“3D打印建筑之父”布洛克·霍什內維斯已經對這一技朮感到失望：“我一度認為它會成功，但事實證明我們還需要時間。3D打印建筑注定不會成為主流。建筑業還沒有准備好接受一場徹底的顛覆。”
雖然現在，3D打印建筑還處於“萌芽發展”階段，但傳統的建筑施工方式，終將會逐漸被智能建造方式所取代，智能建造定會是未來土木工程大行業的必然發展趨勢，而在這一過程中，3D打印建筑將是智能建造的先鋒官。
