來源：經濟日報
近日，一棟7.2米高的雙層辦公樓在中建二局廣東建設基地拔地而起，這棟並不高的建築物卻吸引了業界的驚嘆的目光。原來，這座建築物的主體結構是現場「列印」出來的，中建機械製造的建築3D印表機就是它的「建造者」。
這座被「列印」出來的辦公樓是「世界首例原位3D列印雙層示範建築」，這標誌著原位3D列印技術在建築領域取得突破性進展。
3D列印讓房子被「列印」出來
「3D列印建築的基本原理與一般印表機一樣，要有印表機體、噴頭、油墨、紙張。」中國建築技術中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹說。如果把建築四周搭建的金屬框架視作印表機的機體，那麼噴吐混凝土的列印頭就相當於一般印表機的噴頭，但它噴出的「油墨」卻不是一般的混凝土，而是需要特別配製的。
有了印表機、列印頭和列印材料，「紙張」當然也是必不可少的。「在施工前，我們在地下預埋了鋼筋籠，這就相當於『列印紙』。」中建二局廣東建設基地有限公司科技部副經理黃雲說，「在列印過程中，隨著牆體的不斷長高，還得按照圖紙去加裝鋼筋。」
3D列印技術主要用在房屋建造過程中的主體施工階段，傳統工藝在主體施工中涉及到模板、鋼筋和混凝土三個方面。3D列印技術的所有工藝也是圍繞著這三個內容進行的，目前3D列印還無法列印鋼筋，鋼筋布置還需要依靠人工。但混凝土澆築所需要的模板，在3D列印建築的施工現場卻沒有，因為3D列印頭裡噴出的混凝土可不一般。
3D列印建築噴吐混凝土和傳統施工澆築混凝土一樣，要一次完成，不能間斷。列印頭通過一圈一圈連續噴吐寬5釐米、厚2.5釐米的列印材料，經過層層堆積建造牆面。如果下層混凝土砂漿凝結慢，沒有形成足夠的硬度，就無法支撐上層材料的重量，導致牆面變形甚至垮塌；如果凝結太快，又會出現和上層材料的黏合問題。「我們通過反覆試驗，在一般的混凝土砂漿中添加了外加劑，通過調節材料粘稠度和凝結時間，終於開發出了3D列印所需要的混凝土，而且它的強度能達到C40-C60，完全滿足建築強度的要求。」霍亮說。
原位3D列印奠定建築推廣基礎
從傳統工藝特點來說，對曲面造型設計的建築來說，不論是現場澆注成型，還是工廠預製構件，模具工程及其成本高且不宜實現。「建築3D列印技術是基於計算機智能控制實現建築構件及建築免模板的施工工藝，在曲面建築和穹頂式建築建造上具有明顯優勢，同時為設計師自由創作提供了可能。」中國建築技術中心材料所所長張濤說。3D列印技術無疑將推動製造業的數位化發展，在3D列印的世界裡，建築師、工程師和建築工人將藉助科技之力，將建築與3D列印結合，完成對現有建築技術的再造。
3D列印建築還可大大節省建築用料，降低施工成本。建築3D列印可以充分利用列印智能控制，使建築一次成型，節約材料60%，同時可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗。「我們這個項目建築面積約230平方米，分為上下兩層，列印部分為牆體和構造柱，主體列印部分僅需3天。」霍亮說，「由於3D技術列印房屋全部使用機械自動化操作，以往要十二三名工人操作的項目少一半人完全沒問題」。
這棟位於工廠的鋼材鍛造車間旁雙層小樓，是「世界首例原位3D列印雙層示範建築」，建成後將用於辦公和展示。它所採用的原位3D列印建造技術較過去的3D列印技術有三方面突破：一是原位列印，即現場直接將主體列印成型，無需二次拼裝；二是採用輪廓工藝，即列印出的牆體是為中空的，方便添加保暖填充物；三是首次將這項技術運用到雙層建築上，結構難度更大。雖然目前3D列印技術沒有真正批量應用在建築工程中，但原位3D列印技術的成功應用，無疑對3D列印技術在建築領域的推廣奠定了基礎。它與現有施工技術是互補的、相互依靠的關係，研發及應用這一技術不是要替代現有施工技術，而是將其作為對現有施工技術的一個強有力補充。
中國3D列印建築水平與世界同步
這棟「世界首例原位3D列印雙層示範建築」，是由中建股份技術中心和中建二局華南公司聯合立項課題《建築 3D列印技術研究與應用示範》的展示工程。課題成立之初，建築3D列印的研究剛剛起步，從材料到建築3D列印的設備研發及可借鑑資料都很少，並且建築3D列印技術屬於多專業，跨領域的綜合技術，專業範圍涵蓋了材料、機械、自動化、微機控制等，需要研發人員具有多專業、跨學科的知識背景。
經過3年的技術攻關已經完成了多種3D列印材料體系、架體結構、輸料系統、控制軟體的開發工作，實現了從無到有，從小到大的突破，獲得建築3D列印材料、設備類專利13項，軟體著作權4項，專業著作1部，外觀專利1項。霍亮說：「目前，國內外建築3D列印技術同步發展，中國建築行業在某些應用方面甚至已經超越國外同行。」
中國建築在國家政策引領下，攻堅克難，深入探索建築3D列印技術，引領國內的學術領域的研究。中國建築技術中心主編的《混凝土3D列印技術規程》已經起草完畢，目前處於徵求意見階段；技術中心關於3D列印的相關研究成果先後在第27屆澳大利亞混凝土會議和第69次RILEM技術交流會議上進行技術交流，在美國第31屆固廢技術與管理國際會議和第15屆水泥化學國際會議上進行了主題報告，受到了國外專家的關注和高度好評。