3D打印建筑

用3D打印机造房子，是世界各国建筑师的梦想。然而此前，无论是俄罗斯曾发布的3D打印建筑，还是荷兰打印的莫比乌斯环景观房建筑，都不是直接打印出的完整房子。因此，1月28日有媒体以《3D打印住宅“私人订制”》为题对上海盈创装饰集团有限公司（以下简称上海盈创）在苏州工业园区展示的3D打印整体建筑报道后，引起了社会各界的广泛关注和讨论，有人点赞，也有人质疑。

中国3D打印技术产业联盟执行总监王珏在接受《中国建设报•中国住房》记者采访时表示，他此前曾去过上海盈创，参观过他们的工厂，但只看见过产品，没见过3D打印机和现场作业，对其真实性甚为怀疑。对此，上海盈创董事长马义和在接受本报记者独家专访称：“3D打印设备是我们的核心技术，目前不便透露。”谈及舆论普遍关注的产品质量和安全性时，虽然他表示“我们的材料都是符合国家专业检验标准的”，却也坦承目前3D打印建筑尚无成品验收标准。

神秘的机器

纵览各种有关3D打印建筑的消息，那台3D打印机无疑是一大焦点，外界欲一探究竟，而上海盈创却始终不肯撩开它的神秘面纱，面对外界对打印机的高度关注，有人怀疑其技术含量太低，才怕被人看见后轻易复制，甚至有人怀疑其真实性，马义和对此倒是显得很淡定。面对记者提及的3D建筑打印机研发进程、成本、量产后是采取成品出售还是技术转让、售价等问题，他只回答了简短的一句“3D打印设备是我们的核心技术，目前不便透露”。

看来，要想一睹这台打印机的真容以及它的现场作业场景，还真不是件容易事。不过我们还是可以通过一些公开信息，画出这台3D打印机的“草图”。

研发：马义和自己带队设计研发，然后全球定制零部件，最终在苏州工厂组装而成。

体积：据现场工作人员描述，大型3D打印机宽10米，高6.6米，长度可以延伸，完全拉开足有150米。

生产车间：大型3D打印机的生产车间约3层楼高，车间长约200米。

作业原理：打印建筑的3D打印机，与小的打印机是一样的。喷口喷射出的“油墨”呈“Z”字形排列，层层叠加，垒成墙体。浇到“油墨”的地方，砂石材料会在一天内固化。“油墨”原料：一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料，来源于建筑垃圾、工业垃圾等，可以就地取材，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。

这种“油墨”原料也曾是3D打印建筑遭到质疑的原因之一。同济大学建筑系教授来增祥表示，3D打印“油墨”的构成主要成分是高标号水泥和玻璃纤维。而据他所知，某些国家禁止建筑物大量使用玻璃纤维，因为玻璃纤维会影响人体呼吸系统。同时，高强度水泥未来的回收也有困难。王珏对此存有不同看法，他认为“油墨”的原材料还可以采用石墨等其他东西，3D打印技术需要一个完善的过程，随着技术的进步，原材料中的有害物质有可能调和处理或替换掉。

人们之所以如此关注这台机器，主要原因之一还在于听说它具备的高效。据上海盈创介绍，使用3D技术打印房子可节约建筑材料30%左右，节约人工50%左右，工期更是大大缩短，一栋面积约1100平方米的别墅，只需3个工人忙3天时间，打印需1天、拼装需2天。既然优势如此明显，为何迟迟未与同样追求高效环保的住宅产业化挂钩？马义和分析认为，这项技术不仅在国内还是国外都属于创新技术，我们现在开始推广，相信不久的将来就能看到市场效应，“这项技术和BIM结合将会更加快速地推进住宅产业化的进程”。

纠结的质量

其实，这台打印机长啥样，并非问题的关键，最关键的问题，还是它打出来的房子质量如何，有没有人敢住。

此前上海盈创曾对外宣称，3D打印建筑不比传统建筑的强度和安全性差，生命周期同样可以达到三五十年。3D打印的墙体强度是普通水泥的5倍，且因中空而更加保温。整栋建筑质量更轻，理论上说抗震效果会更佳。他们曾与中建八局、上海同济建筑设计院等单位联合制定了3D打印建筑的国内企业标准。

那么，截至目前，上述数据是否经过权威验证？3D打印建筑在地方标准和国家标准方面进展到了何种程度？马义和告诉记者：“我们的材料都是符合国家专业检验标准的。因为这项技术是一项新技术，目前只有我们的企业标准，当然我们也在和各个专家学者、相关部门一起合作，希望能尽快促进地方标准、国家标准的建立”。

尽管标准尚未制定，但马义和已经有了他的下一步计划，将在全国寻找合作方，在全国间隔300公里范围内建100家梦工厂，今后就地取材，就地制造油墨，就地打印。而且将主流客户群定位在“对个性化定制有要求的客户，有环保意识的客户，想节约成本的客户”。

对此，王珏称：“3D打印建筑整体质量和性能上，还有待验证。目前只是在个别作品方面（比如桌子）不会有问题，硬度很强，在安全范围内。何况目前只是在推广，并未到普及阶段”。而对于3D打印建筑的“主战场”，他认为“3D打印建造方式未来最大的应用领域应该是在别墅、文化创意产业园等高端产品和个性化产品方面，尤其是在僻远或山顶等运输困难的地方，相比起传统建造方式节省了大量物资的运送，优势尤为明显。在普通住宅建造方面，目前传统的作业方式也很快，尤其是那些产业化项目，3D打印并不具备优势”。

尽管目前有不少专家因质量和材料的耐受性等因素，并不看好3D打印技术在普通住宅领域的应用，但马义和却坚信“3D打印技术将会带来普通住宅朝定制化、快速化发展”。此前曾有消息报道上海盈创与万科等大型房企展开过合作，对此，马义和告诉记者：“万科已购买过我们的产品，同时也一起探讨了3D打印建筑技术方面的合作。目前已有好几家大型开发商向我们订购产品。”

对于该消息的真实性，截至记者发稿时，万科建筑研究中心总经理王蕴并未就记者发去的采访提纲作出回应。

不过，与马义和持同样乐观态度的，还有清华大学建筑学院副教授周榕，他表示，3D打印建筑是一个跨越式的发明，无论从生产效率、精密度、还是整体的艺术表达能力，都非传统的建筑施工可同日而语。他预计在未来的10到20年内，3D打印在建筑领域上的应用很有可能会取代当下传统的建筑技术，甚至将从本质上动摇整个传统建筑学的根基。他的话，是言过其实，还是一语中的，只能是-走着瞧。

近日，数栋使用3D打印技术建造的建筑亮相江苏省苏州工业园区。一时间，关于3D打印建筑的讨论不绝于耳。3D打印建筑是如何建造的？是否符合国家安全标准？与传统建筑相比，3D打印建筑有何优势，其全面推广又面临哪些难题？为此，记者走进负责打印建筑的盈创新材料（苏州）有限公司（以下简称“盈创公司”），实地探寻3D打印建筑的奥秘。

核心是打印材料和设备，强度是普通混凝土5倍

在苏州东方大道和金谷路的路口，一幢1100平方米的三层别墅和一幢六层（含一层地下室）近1000平方米的在建住宅楼立即吸引了记者的眼球。若非建筑上写着“3D打印绿色建筑”，记者很难察觉眼前的建筑与传统住宅有何不同。

走进仔细观察后，记者发现，墙体看上去就跟用水泥建造出来的一样。与传统建筑的墙体不同的是，3D打印的墙体呈现出年轮蛋糕般的螺纹结构，用手指敲敲墙体，可以听到空空的声音。

“除了钢筋结构以外，其他都是打印出来的。”盈创公司负责人郑建介绍，打印建筑的3D打印机，其原理与小的打印机是一样的。喷口喷射出的油墨呈“Z”字形排列，层层叠加，垒成墙体。浇到“墨水”的地方，砂石材料会在一天内固化。

该公司研究3D打印已经有12年时间，3D打印机的“油墨”制作技术是公司的独家专利。打印建筑的“油墨”原料主要是建筑垃圾等。郑建表示，3D打印建筑采用纤维技术和盈恒石制造方法代替钢筋混凝土，比钢筋混凝土强度高5倍。

记者在该公司看到，大型3D打印机的生产车间约三层楼高，车间长约200米。据现场工作人员描述，大型3D打印机宽10米，高6.6米，打印机的长度可以延伸，完全拉开足有150米长。

郑建介绍，3D打印出来的建筑构件质量轻、强度高，为了加强墙体的牢固度，墙体内都采用了三角形的支撑结构，所以理论上其抗震效果也会更佳。不过，对于其抗震强度，郑建则表示，目前还无法给出具体数据。“但3D打印建筑的强度和牢度都符合且高于国家建筑行业标准。”

工期短、成本低，最重要的是环保

“现在建造房屋的成本，主要有材料、人工和浪费三部分。而通过3D打印，可以以更低的造价、更快的工期造好房子。”盈创公司董事长马义和说。

郑建告诉记者，平层、两层的建筑，可直接把建筑打印出来，运送到指定位置使用；如果是三层或以上建筑，可以先分开打印建筑的不同部分，然后运送到目的地，在地基上进行组装。

“3D打印建筑最大的好处是节能环保。”马义和告诉记者，我们的原材料多来源于建筑垃圾、工业垃圾等，可以就地取材，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，避免了沙子、石子等材料的运输。而且，3D打印建筑不产生任何扬尘，也不产生建筑垃圾。

“以往用户装修时为了水电管道的铺设，总是敲东墙补西墙，3D打印就不用这么麻烦了，只要把水电图纸给工作人员，打印时就可以预埋管道，避免二次加工的粉尘污染。”现场工作人员说。

暂缺行业标准，全面推广仍处探索阶段

“现在，3D打印建筑要全面推广，面临的主要难题就是缺乏专门的国家标准，因此我们只能把现有的一些标准作为参考进行验收。”马义和告诉记者，理论上3D打印建筑可以不需要钢筋，但我国的建筑没有钢筋就无法验收。因此，由于无法现场打印，其成本和效率都会受到一些影响。

相关业内人士也指出，3D打印建筑只是刚刚诞生，还缺少必要的安全和质量的规范。能否替代传统的房屋建筑方式，还有待时间的检验。

2014年，盈创公司在上海展示3D打印建筑时，同济大学建筑系教授来增祥在接受媒体采访时就曾表示，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，不过3D打印房屋要真正普及，恐怕还需斟酌。比如3D打印的“油墨”主要是由高标号水泥和玻璃纤维构成。而据他所知，某些国家禁止建筑大量使用玻璃纤维，因为玻璃纤维会影响人体呼吸系统。

此外，人居住宅，不仅要对外形，更需要对内部结构、综合强度等多方面进行综合考量。“油墨”的承载力强度、耐久性等各项指标是否符合标准，还有待专家部门的权威检测和认证。

马义和告诉记者，目前，公司已经与中建八局、同济大学等完成了技术签约，取得他们的技术支持。

“目前，3D打印建筑的推广还处于探索阶段，公司已与一些周边的房产开发商进行合作，并着手打印少量建筑。去年底，埃及有关部门订购了2万套廉价单元房，作为当地的安置房。”马义和告诉记者。

随着装配自动喷嘴的“3D打印机”不间断喷注施工建材，仅需3天，5~6名工人配合就可以完全建造好一栋建筑面积230平方米、总高度7.2米的双层办公楼。“吃进去”原材料，可以“吐出来”一栋楼？这看似不可能的事情，在3D打印技术下已成为现实。

“打印机内装有特殊的混凝土混合物‘打印材料'，与电脑连接后，通过电脑控制把‘打印材料'一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。”中建二局华南公司阳光智造公司负责人告诉记者，3D打印房屋没有原料的浪费，工业垃圾少，在很大程度上降低了工程总造价，由于原材料是高强度混凝土，生命周期可以达到50年。

房子可以打印，水电站竟然也可以打印。

在青藏高原的黄河羊曲水电站大坝施工现场，建筑机械来回穿梭。两年后，这里即将诞生全球最大的3D打印工程。羊曲水电站项目首席科学家、清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室副研究员刘天云告诉记者，该项目通过电脑模型将大坝“切片”，分解成很多不同的建设步骤，并在每个步骤研发相应的机器人，一层层地完成作业，一步步从整体上实现3D打印的效果。“水电站的大坝属于柔性结构，它的稳定性主要依靠材料之间相互接触、挤压产生的摩擦力。” 刘天云解释说，因此，即便没有了钢筋的支撑，一层一层“打印”而成的大坝依然具有很强的稳固性。

3D打印技术类似于在纸上打印文字，但不同之处在于它可以将作为“墨水”的原材料一层一层喷到打印的路径上，从而让原材料本身积累起来，完成从二维平面到三维立体形状的转变。3D打印建筑最明显的优点之一是速度快。建造一座约46平方米的单层住宅只需要24小时的打印时间。3D打印不仅节约时间，而且取消施工模具，减少了建筑垃圾和建筑粉尘，节省了建筑材料，实现节能减碳。

“这一技术的优势在于省人力、高效率、造价低，不同于传统建造，建筑师使用这一技术可以建造前所未有的曲面、形状，给设计创造了更多可能性。”清华大学建筑学院教授徐卫国表示，目前我国仍有大量房屋及基础设施需要建设，像3D打印这样的智能建造方式既能弥补劳动力资源短缺的问题，又能避免建造过程受人为因素影响，使建造过程更加标准化、精细化、智能化。

尽管3D打印建筑相比传统建筑具有强度高、建筑形式自由、更加环保节能等优势，但作为一种新型技术，仍有很长的路要走。 

与普通的3D打印技术相比，混凝土的3D打印技术难度更大，对建筑材料的要求更高。首先要保证混凝土在打印过程中能够顺畅流动，这样才能顺利进出打印机，不会堵塞。其次从打印机挤出的混凝土必须能够快速硬化并变得足够坚固以承受后续层。在满足上述要求的基础上，还需要使这些层之间达到足够的附着力，紧密连接使建筑浑然一体。

在打印设备方面，目前的3D打印混凝土设备还不能够完全满足其应用环境的特殊性的要求，只能满足平面扩展阶段，可用于低层大面积建筑的建设，而对于高层建筑还无法进行打印。此外在行业法规方面，作为一种新型技术，3D打印混凝土特殊的配合比设计和多样的施工工艺，导致了其标准与规程存在较大的困难。用3D打印技术所生产的建筑，其防火性能、隔音性能、环保性能等目前还没有相应的行业标准。

从“搬砖砌墙”到“3D打印”，这是施工建造从机械化迈向智能化的探索，也是用科技创新推动高质量发展的生动实践。尽管尚不成熟，但它为建筑工业化的发展提供了更多可能。