现在3D建筑打印作为一项新兴技术，在使用范围并不很广泛的时候，而随着运用的逐渐普遍，带来的问题可能就会非常意外而复杂，也就需要工程师们的智慧来解决了

文　沈哲驭

现在3D建筑打印作为一项新兴技术，在使用范围并不很广泛的时候，而随着运用的逐渐普遍，带来的问题可能就会非常意外而复杂，也就需要工程师们的智慧来解决了

文沈哲驭

3D打印技术近年来被炒得火热。由于3D打印所需要的材料大都比较昂贵，3D打印机的尺寸又普遍比较昂贵而小型，其在大众的印象里主要的使用还停留在的小型模型上。然而在材料应用方面，3D打印技术已经有了长足的发展，产生了很多非常独特的应用，其中包罗万象，从巧克力到人造心脏，不一而足。可以说，人们简直把自己手边可以拿到的每一样东西，都放进了3D打印机里，然后把他们心中的幻想层叠固化出来。当然也有很多人尝试把混凝土塞进打印机里，尝试在建筑方面拓展3D打印的各种可能性。

“打印”房子在沪现身

近日来，某公司在上海张江青浦园内通过现场打印的方式，在24小时内，快速建造了10栋200平米建筑的墙体结构。

24小时10栋多层建筑到底是个什么样的速度呢？

在国内现浇做法盛行的大背景下，笔者从万科集团的住宅工程合理工期计算表中查到，对于框架结构的400平方米多层建筑的地上部分工期预算是14天，斜屋面另加12天工期，总计26天。而现在通过3D打印技术的帮助，1天之内就可以完成10栋建筑的主体结构施工，其效率最高可以整整提高了26000%。更令人惊奇的是，该种3D油墨打印出来的墙体，在能够起到高强度混凝土的结构作用的同时，还能够承担保温和防水的围护任务，打印一次就可以完成主要的墙体功能，不需要再额外铺设保温层和防水层。而现在的工厂生产化程度最高的装配式建造方式，也只能做到如此，传统工地现浇的模式，与之相较更是效率差距巨大。

之所以能够达到这样的速度，主要是因为3D打印建筑的特殊施工方式和现在的施工方式有极大的不同。3D打印建筑主要分为两种情况，一种是在工厂内预先将所需部件打印成型，然后运送到现场进行安装；第二种是直接在场地现场支起巨型打印机，直接在基础上将房屋主体结构一次打印成型。前一种更类似于之前曾经在上个世纪大行其道，最近又悄然复苏的装配式建筑，而后一种则更为独特，我们之前提到的张江科技青浦园就是采用了这种形式。曾有相关人员参观过案例现场后，如此描述现场感受“远远望去，这些房子跟普通建筑没有什么两样，但走进一看，这些房子除了门窗外，墙体、地板、天花板都是联成一体的，外墙看上去就像放大了的云片糕，层层叠叠，每层大概有两厘米厚”。“只见一只巨大的喷头，像奶油裱花一样源源不断喷出灰色的油墨，油墨呈“Z”字形排列，层层叠加，很快便砌起了一面高墙。”

由此可见，这种打印其原理和小型的3D打印并无二致，不过将普通的塑料或者金属粉末置换成了速干型混凝土油墨，并且通过喷射的方式，使之层叠凝结起来，从而构建建筑。但是这当中，牵涉到了很重要的一点，就是3D打印的建筑似乎不需要长时间的养护。而普通的混凝土施工，在浇筑之后，需要长时间的湿养护，以维持混凝土中的水泥的水化过程能够完全完成。混凝土浇注后，如果适逢气候炎热、空气干燥的情况，如果不及时进行养护，那么混凝土中水分就可能会蒸发过快，形成脱水现象，从而使得已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，于是不能转化为稳定的结晶，因此缺乏足够的粘结力，就会在混凝土表面出现片状或粉状脱落。整个钢筋混凝土的施工过程中，混凝土的养护时间占用的时间很长，也很复杂，但是从描述中可知，3D建筑打印使用的油墨已经可以在室温下，无需养护就能产生足够的结构强度并完成粘连，这不得不让人惊叹技术的进步。并且，因为3D打印使用喷头打印的方式，不再需要重复支模，可以很大程度上节约模板。而模板在整个混凝土工程里占有5%-15%的预算，而且支模也需要相当的人工和时间。

在结构工程效率极大地提高的情况下，整个建筑的建设周期可以极大的缩短。这点在中国的房地产市场上的意义极其巨大。它的直接结果就是极大地降低了整个房地产市场的开发成本。中国绝大多数的开发商都是通过向银行贷款，获得大额资金来运作项目的。这就带来一个问题，银行的巨额贷款每天都在产生高额的利息，每延长一天的工期就意味着多缴一天的利息。根据中国人民银行今天发布的《2014年金融机构贷款投向统计报告》显示，中国2014年房地产开发贷款余额5.63万亿元，按照央行最新一至三年贷款利率5.25%估算，2014年一年的房地产贷款的利息在2955.75亿元，分摊到每天有8亿元人民币。如果全国范围能够节省一天工期，就能减少8亿元的贷款利息。这个数字不可谓不惊人。

与此同时，3D打印据称还更加有利于城市环境的保护。该公司的马义和董事长曾经多次表示，该种油墨是一种特殊处理过的玻璃纤维加强过的混凝土，其原料来源很大一部分是来自于将建筑垃圾通过技术处理、加工、分离之后的再利用。而在中国，城市垃圾中建筑垃圾占到了总量的三分之一左右，从这个角度而言，如果如其所言，这不仅保障了油墨的来源取之不竭，同时更是对于都市环境下的节能环保有重大的意义。

技术突破或将颠覆建筑理念

仅从建造效率角度而言，上一次建筑技术得到如此惊人长足的发展，还是上个世纪初，钢筋混凝土结构和钢结构出现的时候。此后，随着技术的不断成熟和发展，设计师对于技术运用的逐步熟练，终于在上个世纪30年代初期，产生了萨伏伊别墅这样开天辟地式的新建筑，完成了多米诺体系的最终确立，同时也宣告了现代主义建筑的诞生。随着钢筋混凝土结构和钢结构的普遍运用，建筑设计与使用也随之发生了深刻的改变。

当时建筑结构相比于原先拱券承重墙系统，效率得到了前所未有的巨大提升，建筑建造活动不再是动辄十数年的大型工程。同时，建筑建造也不再是被传统手工艺工匠垄断的技术，而是逐渐变化为可以通过建筑产业工人规模化生产的生产技术。随着建筑施工工艺的改变，建筑行业也诞生了一批与之相应的时代强音，陆续形成了包豪斯风格、至上主义、野兽派等等深刻的影响了整个20世纪工艺美术史、设计史和文化史的思潮，彻底改变了19世纪的新古典主义折中主义的风尚。

那么这次的技术革命是不是也是生产方式改变的前奏？同济大学建筑与城市规划学院教授、致正建筑工作室创始人兼主创设计师张斌显然认同这样的看法。在他的观点里，整个3D打印建筑的技术革命，最有可能的发展趋势就是从此让建筑建造活动从一个被专业技术人员把持着技术的技术垄断式生产活动，变成一个更为容易掌握的，能够让普罗大众参与进来的生产活动。当建筑中数量众多的构造、做法、材料和结构都能够被轻松选取、组合的时候，尤其是当3D打印技术和AR技术以及计算机技术结合起来的时候，大众就可以通过UI友好的电子程序，自行进行建筑设计，同时通过AR技术转化为虚拟现实场景预先可体验，最后通过3D建筑打印技术直接建成。建筑师将从手工艺工匠转型成专业技术官僚之后，又将最终转型成为人们居住梦想实现的帮助者和指导者，通过自己的专业知识协助人们将自己心目中的建筑功能布置得更合理，结构更为轻便节约。

不过张斌认为生产方式的改变是个渐进的过程，是个趋势，并不会因为技术的出现而立即改变，而是会随着技术的普及逐步的改变。在整个生产方式根本性质改变之前，整个建筑的设计方式或许会出现一部分的先锋作品，但是未必会成为主流的设计思潮。从现状来看，整个建筑设计和3D打印技术相结合的部分，主要还是以参数化设计为主。参数化设计从现在的情况来看，还是以一种被资本主义的猎奇心理推动着向前发展的造型艺术为主。这个思潮更多的是上个世纪高技派的余波，是对于技术本身极限的追索，但是并不是致力于改变整个建筑设计的方式。但是，当然这种对于技术本身的探索，很大程度上也能有益于技术的普及。从3D打印技术来看，就是打印机械和油墨量产带来的成本下降，同时大面积的商业运用能够同时照顾到特殊性和普遍性，使得技术的应用范围更为宽广。但是据此就断言，3D打印建筑技术将改变整个设计的思维方式，为时尚早。

未来发展应用还需更深探索

当然作为一项新兴的建筑技术，3D打印离大规模的实际应用还有比较大的距离。同济大学建筑系博士生导师来增祥教授曾对媒体这样表示，该3D打印的“油墨”的构成主要是高标号水泥和玻璃纤维。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。现在的医学研究表明，玻璃纤维的使用确实和作业工人慢性咽炎和慢性鼻炎有明显的相关性。现在3D建筑打印作为一项新兴技术，在使用范围并不很广泛的时候，很多问题并不会凸显，而随着运用的逐渐普遍，带来的问题可能就会非常意外而复杂，也就需要工程师们的智慧来解决了。

3D打印建筑的内部结构、综合强度、刚度、防火性、使用年限等等现在也仍然需要进行仔细的调查研究，其能否在耐久性、承载力和耐火性能上符合各项指标，仍然需要有关权威机构的考察和认定。不过我们也不必为此过于担忧，每一项技术在初始阶段都不能够尽善尽美，而是在运用的过程中逐步发展和完善。从伦敦世博会1850年的水晶宫到现在随处可见的钢结构，至今已经有了150余年的发展。钢结构也经历了重重考验，从铸铁到现在的碳素钢特种钢，从原来的一烧就软到现在的耐火极限的提升，技术也随着时代的进步一直在不懈发展。3D打印建筑的技术应该也是如此，逐渐在运用中走向精细和完善。

从现在来看，3D打印建筑确实取得了很多原来技术上难以想象的奇迹，而这些突破性的进展主要是集中在效率和施工方式上。其技术发展的背后也蕴藏着整个产业升级和生产方式改变的种子。这种生产方式的改变有可能带来整个行业定位的巨大颠覆和整个建筑产业技术人员的角色转变。然而从现在来看，并不能断言3D打印建筑技术是不是一定会带来新的建筑界、设计界乃至文化界的思潮变化。并且3D打印建筑因为其油墨的可靠性和新技术的固有的不稳定，离迅速铺开成为主流技术还有一定的路程要走。但是3D打印建筑给建筑行业带来的新的思考空间和维度，无疑已经是陷入发展瓶颈的建筑行业的一个新的突破点。

【作者系同济大学建筑设计研究院建筑师】