《3d打印建筑》2018年

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。

全球3D打印技术发展现状

3D打印技术最早可以追溯到1976年喷墨打印机的发明，1984年查尔斯胡尔将光学技术应用于快速成型领域，拉开了3D打印的帷幕。20世纪80年代以后，3D打印行业受到国内外的广泛关注，各种3D打印技术也在多个行业应用并发展，如今已覆盖了制造、医疗、学术、航空航天、军事等多个领域。

按照打印技术的特点，3D打印可分为选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、激光直接烧结 技术、电子束熔化技术、熔融沉积式成型、选择性热烧结、立体平板印刷、数字光处理、三位打印技术、及细胞绘图打印等。

图表1：3D打印技术分类

　　资料来源：前瞻产业研究院整理

目前，3D打印产业主要成形技术主要包括立体光刻、立体光固成型、PVC塑料烫印复膜、熔融挤出成型、三维喷绘打印、数字光处理。自从上世纪80年代中期SLA成型技术发展以来到90年代后期，出现了十几种不同的快速成型技术，除前述几种外，典型的还有3DP、SDM、SGC等。其中，SLA、LOM、SLS和FDM四种技术，目前仍然是3D打印技术的主流。

图表2：3D打印产业主要成形技术表

资料来源：前瞻产业研究院整理

前瞻产业研究院《2018-2023年全球3D产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示，3D打印的发展严重依赖于技术的进步和突破，目前全球3D打印应用最受欢迎的技术为FDM技术，占平台总收入的63.9%；SLA +DLP技术以18.1%的平台总收入排名第二，排名第三的是SLS技术，平台收入占比为11.1%。

图表3：2016年全球3D打印技术应用情况(单位：%)

　　资料来源：前瞻产业研究院整理

　中国3D打印技术发展现状

国内快速成型技术的研发工作始于20世纪80年代末，在时间点上和国际上保持一致，至今已经形成了北航、华中科大、西安交大、清华大学四大研发中心，在科研水平上公认已经达到国际一流水准。北航的王华明教授团队是目前世界上少数能实现激光快速成型飞机用钛合金承力结构件的研究机构，并且是唯一一家已经实现装机的单位；华中科大的史玉升教授团队在2012年研制出世界最大的激光快速成型设备(1.2x1.2m工作面SLS)。西安交大和清华大学研发团队也掌握了SLA设备的关键技术。

我国近年才引入3D打印技术，与国外相比差距非常大，主要体现在技术和市场应用方面，研发水平不高，与市场衔接度较低，目前还未产生较大的经济效益。与美国已经出现3D Systems和Stratasys两大3D打印机上市公司不同，我国的3D打印技术起源于西安交大、华中科大和清华大学等高校，相关的技术转化集中在校办企业。

图表4：中国3D打印快速成型系统的主要科研机构

　　资料来源：前瞻产业研究院整理

截至2017年，我国3D打印技术专利申请数量一共9907个，申请人数3062个，平均专利数3.24件。2016年全年3D打印技术专利申请个数3554个，占全部专利数量的35.87%；专利公开个数为4739个，占全部专利数的48.38%，同比增长79.78%。3D打印技术公开的专利中，发明授权专利340个，实用新型专利1630个，外观专利293个，发明专利2530个。

图表5：2010-2016年3D打印相关专利数量变化图(单位：个)

资料来源：前瞻产业研究院整理

但是，应该看到我国3D打印技术还存在很多的问题，比如“低水平重复”现象，使得有限的投人未能发挥更好的作用，尤其是在学、产、研结合方面力度不够，影响科研成果的商品化，直至产业化。

另外，企业界对3D打印技术重要性认识不足，缺乏企业的有力支持，目前投人的研发资金几乎都是由国家承担，企业没有发挥其主导作用。对于已引进3D打印技术设备的企业，也未能充分发挥其作用。由于目前的3D打印技术设备价格太昂贵，因此广大中小型企业很少能得到3D打印技术服务。

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。