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11月17日下午，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，這棟并不高的建筑物吸引了業界驚嘆的目光。原來，這座建筑物的主體結構是現場“打印”出來的，中建機械制造的建筑3D打印機就是它的“建造者”。這座被“打印”出來的辦公樓是“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，標志著原位3D打印技術在建筑領域取得突破性進展。
打印頭繞著圈圈吐材料
“3D打印建筑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。”中國建筑技術中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹說。
如果把建筑四周搭建的金屬框架視作打印機的機體，那么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打印建筑噴吐混凝土。
3D打印建筑噴吐混凝土和傳統施工澆筑混凝土一樣，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，經過層層堆積建造墻面。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，導致墻面變形甚至垮塌；如果凝結太快，又會出現和上層材料的黏合問題。“我們通過反復試驗，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，完全滿足建筑強度的要求。”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云說，“在打印過程中，隨著墻體的不斷長高，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，曲面造型設計的建筑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。“建筑3D打印技術是基于計算機智能控制實現建筑構件及建筑免模板的施工工藝，在曲面建筑和穹頂式建筑建造上具有明顯優勢，同時為設計師自由創作提供了可能。”中國建筑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打印的世界里，建筑師、工程師和建筑工人將借助科技之力，將建筑與3D打印結合，完成對現有建筑技術的再造。
3D打印建筑還可大大節省建筑用料，降低施工成本。建筑3D打印可以充分利用打印智能控制，使建筑一次成型，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。“我們這個項目建筑面積約230平方米，分為上下兩層，打印部分為墻體和構造柱，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打印建筑水平與世界同步
這棟“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，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《建筑3D打印技術研究與應用示范》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。獲得建筑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，國內外建筑3D打印技術同步發展，中國建筑行業在某些應用方面甚至已經超越國外同行。”
“打印小樓”的三大技術突破
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，經過層層堆積建造墻面
這棟雙層小樓建成后將用于辦公和展示。它所采用的原位3D打印建造技術較過去的3D打印技術有三方面突破：一是原位打印，即現場直接將主體打印成型，無需二次拼裝；二是采用輪廓工藝，即打印出的墻體是為中空的，方便添加保暖填充物；三是首次將這項技術運用到雙層建筑上，結構難度更大。雖然目前3D打印技術沒有真正批量應用在建筑工程中，但原位3D打印技術的成功應用，無疑對3D打印技術在建筑領域的推廣奠定了基礎。它與現有施工技術是互補的、相互依靠的關系，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。