打印一座房子

约尔格·罗梅尔

汽车制造等行业早就在依赖自动化，建筑业的工作方式却仍然传统得令人吃惊。通过在建筑工地投入自动驾驶工作车、三维打印机和机器人，研究人员希望在数字时代节省原材料、提高效率、解放人力，并解锁全新的建筑样式。

在德国巴伐利亚州一间不起眼的大厅中，摆放着混凝土、小砾石和一些化学制品，一台三维打印机正在制造全新的建筑材料，研究人员正研究如何借助自动驾驶车辆实现施工现场的自动化。可以想象，总有一天，自动机器人会代替普通建筑工人独立建起高墙。

实际上，汽车制造等行业早就在依赖自动化，而建筑业的工作方式却仍然传统得令人吃惊。“虽然建筑师在设计时已经考虑到了数字化的可能性，”慕尼黑工业大学材料和材料检测学教授克里斯多夫·格伦说，“但在施工现场，数字化始终停滞不前，目前房屋建造仍然依靠大量手工劳动。”

混凝土三维打印机是新型建筑工地的核心。在北威州贝库姆，有一座两层的灰色混凝土独栋住宅，总面积160平方米。这栋建筑是从喷头中喷出来的，一共只花了100小时，是德国第一座三维打印住宅。在巴伐利亚州，人们用同样的技术建成了一栋公寓楼。

可以确定的是，在建筑行业，三维打印正变得越来越重要。借助它，能设计出更加复杂的建筑样式，更快地建造墙体，降低劳动力成本及劳动强度，还可以更好地在路况不好、经济落后或冲突不断的地区建房。

在城市，人们迫切需要平价房屋和社会保障性住房，对于可持续住宅和环保建筑的讨论也变得越发热烈。相比全球航空交通，混凝土生产排放的二氧化碳量更大。建筑业占据了全球38%的二氧化碳排放量，而且多年来混凝土的消费量一直在增加。如何节省混凝土并让建筑工地进入数字时代，成了一个急需解决的问题，而三维打印机就为这个问题提供了答案。“使用三维打印机，可以节省50%到70%的原材料。而且，新技术解锁了新的建筑样式，三维打印机让建筑形状不再受限。”格伦说。贝库姆和巴伐利亚的三维打印房子还离这样的创造力远得很，它们仍依据最简单的方案建成：三维打印喷头喷出能迅速硬化的特制混凝土，喷头由计算机控制，逐层涂抹混凝土，直至墙体完工。

操作混凝土三维打印机只需要两名工作人员，打印一平方米的墙壁大约需要五分钟。这种技术目前仍然十分昂贵，三维打印机的售价在30万到50万欧元之间。

在世界范围内，建筑领域的三维打印技术有不同的工艺，但大多十分类似。在德累斯顿工业大学，科学家们将打印喷头挂在一条长长的机械臂上四处移动，这样打印出一栋房子的速度是盖传统砖房的三倍，是传统钢筋混凝土建筑的五到六倍。目前，研究者正在研究和打印机兼容的特制混凝土配方，同时希望能尽可能少地排放二氧化碳。对新型混凝土的要求非常复杂，复合材料必须有一定的刚度，不能潮解或在多层压力下断裂。

有些技术问题只会影响美观，比如造成墙壁隆起，有些则严重得多，比如目前三维打印机还无法将钢筋纳入制作过程。混凝土虽然耐压，但不耐拉。因此，在传统建筑施工中，会在屋顶等部位嵌入钢筋，以增加稳定性。在贝库姆三维打印房子的建造过程中，工作人员只打印了墙壁，屋顶仍按照传统方式建造，未来可能有相关解决方案。在德累斯顿，研究者们则寄希望于碳纤维材料。

慕尼黑实验室中的三维打印模型机可以将原材料变成具有最奇特几何形状的预制件，比如绳结的形状甚至球形。全新的复合材料也应运而生，例如把木片加入混凝土来提升隔热性能，建造出冬天不冰、夏天不烫的墙面。

此外，这些慕尼黑研究者还在开发一种木头打印机。经电脑操控，打印机喷头能在压力作用下将薄薄的云杉木变成一种比刨花板稳固得多的胶合木。格伦希望这种技术几年后就能成熟。

数字化不仅会让建筑行业变得更加环保，还将影响行业形象。投入顶端技术后，建筑业会变得更具吸引力。建筑工人不再需要拼命干活，而只需要指挥机器人手臂就行了。

12个三维打印房屋项目

如今，一些三维打印的房子已经陆续完工，第一批家庭已入住。目前还很难评估这些建筑的耐久性，只有时间能告诉我们这一建造方式是否切实可行。

日本塞伦迪克斯公司用三维打印的墙壁建造出了这座面積10平方米的蜂窝形小房子，耗时不到24小时，花费不到25500美元。该公司的目标是设计应对危急时刻的临时简易住房——在日本，地震和台风频繁来袭，此类住房的需求很大。

2022年，美国阿尔奎斯特公司宣布将在弗吉尼亚州启动一个全新的三维打印项目，建造200栋房子，以降低经济衰落地区的基础设施总支出。

这是爱彼迎民宿租赁平台上第一座完全用三维打印技术建造的房子，位于加拿大不列颠哥伦比亚省普罗克特，两晚起租、每晚租金约128美元。混凝土三维打印领域的领头羊屯特三维打印公司将这所房子设计成了符合斐波那契数列的螺旋形。

“木尔花园”是一个由52栋房屋组成的社区，是非洲最大的三维打印经济适用房项目。该项目由可持续建筑解决方案全球引领者霍尔希姆公司和英国联邦投资集团的合资企业“14树”建造，希望解决肯尼亚的住房短缺问题。

这是阿泽三维打印房屋公司利用回收废料，借助大型三维打印机，在24小时内打印出的一座环保房屋。

2021年，致力于解决贫困人群住房问题的非营利组织“仁人家园”使用三维打印技术，耗时28小时，在美国弗吉尼亚州威廉斯堡造出了一座房屋，面积约为111平方米，设有厨房、三间卧室和两间浴室。

“房屋1.0”是欧洲第一座三维打印的小房子，由丹麦一家三维打印初创公司制作而成。该公司的目标是建得更好、更快、更环保，减少建造过程中所需的工作量。这座小房子虽然面积仅37平方米，但被设计得十分合理，能为业主提供所有必要的便利设施。

这座位于美国纽约的三维打印房屋完全在现场打印和建造，面积约为180平方米，仅用48小时打印完成，建造过程中使用的材料总价值不到6000美元。

这座名为普尔沃克的三维打印房屋位于捷克共和国，打印时间仅22小时，面积43平方米，共有三个房间：一间带卫生间的浴室、一间带厨房区域的客厅和一间卧室。这座建筑甚至可以固定在浮体上，让人们一年四季都居住在水上。

这个名为“菲利亚打印”的建筑项目将三维打印和传统建房技术结合起来，于2022年6月在法国兰斯市一共建成五栋房屋，每栋的居住空间从77平方米到108平方米不等。它们并非直接在现场打印完成。设计师特别强调，打印中使用的混凝土能迅速干燥，可以很好地承受自重。

這座面积为160平方米的双层单户住宅位于北威州莱茵兰地区，建于2020年，是德国第一座三维打印房屋。

这座三维打印房屋位于荷兰埃因霍温市，由24个独特的混凝土部件组成，花费120小时逐层打印，然后被移至当前位置，安装好屋顶、窗户和门。这一未来主义风格的建筑属于一个包含五座三维打印房屋在内的项目。这些房屋都以可持续和节能的方式建造而成，能满足终极的舒适需求。房屋周边明亮而安静，适合放松身心。