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3d打印技术的日益成熟,不仅带来了建筑工艺、建筑材料的革新,也为3d打印技术与建筑业融合发展创造了契机。

近日,在深圳宝安(龙川)产业转移工业园,由中国建筑技术中心提供技术支持、中建二局广东建设基地负责施工的一栋两层的3d打印房屋正式动工建设,该项目预计今年10月份投入使用,系国内首个原位3d打印建筑,将助推我市建筑工业产业化发展。

“吃进”原材料“吐出”房子

在中建二局广东建设基地施工现场,记者看到几名工作人员正在测量地基深度,并根据设计图纸指挥挖掘机挖掘合适的地基深度,为3d打印建筑项目建设做好前期准备工作。据中建二局广东建设基地总工程师苏铠介绍, 该项目占地面积约120平方米,建筑面积约230平方米,建筑分为两层,一层为展厅,二层会客和办公使用。

“这个项目大致分为打印设备设计、打印材料配比试验、建筑结构设计及打印路径设计、设备进场调试、基础施工、3d打印施工及机电装修几个阶段,其中,4月初完成打印设备设计、进场及材料配比试验,6月初完成建筑结构设计及打印路径设计,6月30日3d打印建筑基础正式施工,预计10月初完成3d打印建筑施工并交付使用。”苏铠告诉记者。

据了解,3d打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是打印材料有些不同。3d打印技术是一种以数字模型文件为基础,运用可黏合混合物材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它与普通打印工作原理基本相同,打印机内装有特殊的混凝土混合物 “打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。特别之处在于,3d打印设备“吃进去”原材料,可以“吐出来”房子。

“这个房子是用3d打印技术进行建造,它这个技术与我们普通的打印机比较相似,用电脑控制,进行循环行走,不间断地累积叠加,把房子慢慢地打印出来。”苏铠说。

全国首个原位打印建筑

事实上,虽然“ 3d打印建筑”这一概念出现的时间不长,但近几年,3d打印建筑凭借着省人力、成本低、速度快、绿色环保等多重优势迅速被业内认可,世界各国的建筑设计公司都在进行实践和研究。2013年1月,全球第一座3d打印建筑物“风景屋”在荷兰建成;2016年5月23日,由中国建筑技术中心实施的全球首座3d打印的办公室在阿联酋迪拜国际金融中心落成;2019年1月11日,全球最大规模的混凝土3d打印步行桥在上海智慧湾科创园落成。

“相对于传统意义上的3d打印,原位3d打印即在施工现场、施工阶段实时打印,实时施工,通过建筑结构设计在施工现场预先安装打印机设备,调配打印材料,根据施工阶段实时打印建筑。”苏铠告诉记者,通常的3d打印建筑技术只是将某个零件或部件打印出来再运往现场装配施工,而中建二局广东建设基地采用的原位3d打印技术不仅节省了构件运输费用,缩短了施工周期,降低了建设成本,而且更具环保性。

即便是原位3d打印,也并不是房子所有的部分都是打印机现场“吐出来”的。据了解,这栋两层的建筑打印部分主要为墙体和构造柱,楼板、梁、楼梯和门窗都为预制构件。“打印时先要进行打印架体安装,然后放置搭接钢筋,之后打印第一层的墙柱,完毕后再放置柱钢筋,让柱与基础连接,再灌注芯部混凝土,然后进行预制楼板、楼梯安装,第一层的打印工作就算完成了。”据苏铠介绍,新型3d打印建筑特点体现在工期短、成本低、减少人工、绿色环保,这种施工方式不仅方便简单,而且建筑强度也大大增加。

据了解,中建二局广东建设基地的这个3d打印项目,属于3d打印课题研究的中试阶段,本次试验成功后,这项3d打印技术将应用于深圳长圳保障房垃圾转运站项目。该项目占地约300平方米,工程所有墙体及柱体外壳都将采用3d打印方式建造,打印建造率达70%,其他构件采用预制构件,包括预制梁、预制叠合楼板和预制楼梯。

以点带面促进建筑工业产业化发展

在中国建筑技术中心材料工程研究所所长张涛看来,建筑相对于工业领域的产品,具有尺度大、功能复杂、性能特殊、工作环境复杂、建造场地流动变化、不能进行流水线生产等特点。3d打印制造技术应用于建筑工程的建造过程,“3d打印制造”的概念发生了许多变化,内涵需要延伸。3d打印建造强调的是实现“增材制造”(即3d打印)的自动化作业方式,3d打印建造技术的推广应用,有待于建材、机械、计算机信息开发与建筑行业协同合作,才能取得重大的突破。在数字化技术的支撑下,3d打印混凝土在减少模板工程、设计建造复杂建筑结构工程方面提供了现实的可能。

虽然目前我国3d打印产业仍处于产业发展的初期阶段,但随着国家政策扶持力度的加大及产业化推广的加快,未来3—5年国内3d打印或将迎来“窗口期”,潜在市场需求巨大。据前瞻产业研究院《中国3d打印产业市场需求与投资潜力分析报告》数据显示,2017年我国3d打印产业规模将达到173亿元,到2020年产业规模有望突破500亿元,前景可观。

随着3d打印建筑技术的不断发展,其产业化发展路径也被社会各界所关注。2016年8月,住房和城乡建设部发布了《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》,提出积极开展建筑业3d打印设备及材料的研究,探索3d打印技术运用于建筑部品、构件生产,开展示范应用。2017年12月,工信部、发改委等12个部门印发了《增材制造产业发展行动计划(2017—2020年)》,提出要以直接制造为主要战略取向,兼顾原型设计和模具开发应用,推动增材制造在航空、航天、汽车等领域规模化应用。

“3d打印建筑技术的应用,将会颠覆整个传统建筑业,不久的将来,高层建筑也可以采用3d打印技术,3d打印建筑技术有望引领建筑业未来的方向。”在苏铠看来,随着现代工业技术的发展,房屋建筑也逐渐由原来的现场施工转变成了可以预加工后组装的装配式建筑,这种建筑不仅建造速度快,对施工现场周围的环境影响很小。3d打印技术的应用可进一步实现建筑节能减排、安全可靠和可持续发展,促进现代建筑产业的转型升级,为装配式建筑提供有力的技术支撑,3d打印项目的落地也将进一步促进龙川现代建筑工业产业的转型发展、融合发展。

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