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11月17日下午，一栋7.2米高的双层办公楼在中建二局广东建设基地拔地而起，这栋并不高的建筑物吸引了业界惊叹的目光。原来，这座建筑物的主体结构是现场“打印”出来的，中建机械制造的建筑3D打印机就是它的“建造者”。这座被“打印”出来的办公楼是“世界首例原位3D打印双层示范建筑”，标志着原位3D打印技术在建筑领域取得突破性进展。
打印頭繞著圈圈吐材料
“3D打印建築的基本原理與一般打印機一樣，要有打印機體、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打印機的機體，那麽噴吐混凝土的打印頭就相當于一般打印機的噴頭，但它噴出的“油墨”卻不是一般的混凝土，而是需要特別配制的3D打印建築噴吐混凝土。
3D打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。打印頭通過一圈一圈連續噴吐寬5厘米、厚2.5厘米的打印材料，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。“我們通過反複試驗，在一般的混凝土砂漿中添加了外加劑，通過調節材料黏稠度和凝結時間，終于開發出了3D打印所需要的混凝土，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。
有了打印機、打印頭和打印材料，“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，這就相當于‘打印紙’。”中建二局廣東建設基地有限公司科技部副經理黃雲說，“在打印過程中，隨著牆體的不斷長高，還得按照圖紙去加裝鋼筋。”
3D打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模板、鋼筋和混凝土三個方面。3D打印技術的所有工藝也是圍繞著這三個內容進行的，目前3D打印還無法打印鋼筋，鋼筋布置還需要依靠人工。
主體打印部分僅需3天
從傳統工藝特點來說，曲面造型設計的建築不論是現場澆注成型，還是工廠預制構件，模具工程及其成本高且不宜實現。“建築3D打印技術是基于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，同時爲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打印技術無疑將推動制造業的數字化發展，在3D打印的世界裏，建築師、工程師和建築工人將借助科技之力，將建築與3D打印結合，完成對現有建築技術的再造。
3D打印建築還可大大節省建築用料，降低施工成本。建築3D打印可以充分利用打印智能控制，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，分爲上下兩層，打印部分爲牆體和構造柱，主體打印部分僅需3天。”霍亮說，“由于3D技術打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”。
中國3D打印建築水平與世界同步
這棟“世界首例原位3D打印雙層示範建築”，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打印技術研究與應用示範》的展示工程。經過3年的技術攻關已經完成了多種3D打印材料體系、架體結構、輸料系統、控制軟件的開發工作，實現了從無到有，從小到大的突破。獲得建築3D打印材料、設備類專利13項，軟件著作權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打印技術同步發展，中國建築行業在某些應用方面甚至已經超越國外同行。”
“打印小楼”的三大技术突破
打印头通过一圈一圈连续喷吐宽5厘米、厚2.5厘米的打印材料，经过层层堆积建造墙面
这栋双层小楼建成后将用于办公和展示。它所采用的原位3D打印建造技术较过去的3D打印技术有三方面突破：一是原位打印，即现场直接将主体打印成型，无需二次拼装；二是采用轮廓工艺，即打印出的墙体是为中空的，方便添加保暖填充物；三是首次将这项技术运用到双层建筑上，结构难度更大。虽然目前3D打印技术没有真正批量应用在建筑工程中，但原位3D打印技术的成功应用，无疑对3D打印技术在建筑领域的推广奠定了基础。它与现有施工技术是互补的、相互依靠的关系，研发及应用这一技术不是要替代现有施工技术，而是将其作为对现有施工技术的一个强有力补充。