3D打印技術(shù)對施工管理的影響分析

廖艷屏

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

0 引言

現(xiàn)如今，人工智能發(fā)展如火如荼，其應(yīng)用于各個行業(yè)的同時也在行業(yè)內(nèi)發(fā)揮著越來越重要的作用，對各行業(yè)的傳統(tǒng)從業(yè)者及管理模式都帶來了極大的沖擊，其影響不言而喻。傳統(tǒng)的建筑業(yè)除運輸運用到各種大型機械外，更多的施工過程仍然依賴于人工。人工成本不斷增加，但人工效率并沒有同時得到大幅度的提升，且施工質(zhì)量、施工進(jìn)度也因施工人員的技術(shù)水平與建筑公司的管理水平的不同而參差不齊。盡管3D打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)施工工藝有著較多的優(yōu)點，但由于技術(shù)上的限制目前尚未在市場上廣泛應(yīng)用，且當(dāng)前學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的研究都側(cè)重于3D打印技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用上，有小部分學(xué)者著重研究3D打印材料的問題，鮮有學(xué)者研究3D打印在建筑行業(yè)施工管理中存在的問題。因此，除了要加大對3D打印技術(shù)的研究外，也應(yīng)就管理方面映射出的問題作出總結(jié)和尋找解決問題的發(fā)展思路，以便未來3D打印技術(shù)成熟普遍應(yīng)用于市場后，從傳統(tǒng)施工管理模式順利轉(zhuǎn)變?yōu)樾录夹g(shù)下的施工管理模式。

1 3D打印技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，將提供的可粘合材料進(jìn)行連續(xù)的物理層疊加，通過設(shè)備打印的方式還原或構(gòu)造的快速成型技術(shù)?，F(xiàn)階段，就建筑業(yè)而言，3D打印技術(shù)基本處于實驗與摸索階段，但也取得了一定的成績。蘇州的盈創(chuàng)建筑材料公司于2014－08－21，使用一臺巨大的3D打印機，以混凝土作為打印機的“墨水”進(jìn)行打印，主要利用可回收材料在一天內(nèi)建造了10棟200m2的毛坯房；于2014年在上海張江高新區(qū)青浦園，利用3D打印技術(shù)僅花費一天的時間就完成了10棟二層辦公用房的建造；2015年初位于蘇州工業(yè)園區(qū)東方大道的1棟1 100m2的別墅和6層住宅樓的墻體均由3D打印而成。從以上案例不難看出，建筑行業(yè)使用3D打印技術(shù)相較于人工施工最顯著的優(yōu)點是：高效省時并且無需使用模具；有效節(jié)約了建筑材料，減少了建造過程中的能源消耗；在施工力量方面，大大降低了人工成本和對施工隊技術(shù)水平的依賴；能降低生產(chǎn)時的噪音，保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)綠色化生產(chǎn)并節(jié)省成本，其經(jīng)濟效益顯著。雖然3D打印技術(shù)高效省時，但該技術(shù)目前仍僅多用于賑災(zāi)重建時所需的臨時建筑的建造。

2 3D打印技術(shù)對施工管理的影響

全建筑生命周期一般劃分為四個階段，即規(guī)劃階段、設(shè)計階段、施工階段、運營階段。而施工階段是將建筑作品從虛擬轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的最重要的階段，同時也是檢驗3D打印技術(shù)優(yōu)劣的應(yīng)用階段，因此3D打印技術(shù)對于施工階段各方面的管理必定有著最直接的影響，主要體現(xiàn)在成本、質(zhì)量、安全管理等方面。

2.1 成本管理的問題

建筑項目是否盈利、盈利多少是一個建筑項目最受人關(guān)注的問題，同時也是體現(xiàn)建筑團(tuán)隊管理水平的一個指標(biāo)。一旦引入3D打印技術(shù)，其涉及各方所承擔(dān)的成本以及所應(yīng)分配的利益也將成為焦點，比如，昂貴的3D打印機成本如何考慮？無論是參與建設(shè)項目的任何一方要獨立承擔(dān)，其經(jīng)濟壓力都是可想而知的；假如由參與建設(shè)項目的多方共同購買，其成本如何分配？假如引進(jìn)3D打印機的是制造商，則仍然涉及成本和利益分?jǐn)偟膯栴}：項目完成后3D打印機如何處置？機器殘值如何估量？

由于3D打印技術(shù)的特點，在施工過程中不需要腳手架和模板支撐，則項目措施費也相應(yīng)減少；同時由于機器高效省時，人工費的支出必然降低，工期也會大大縮短，這些對項目成本的影響都是值得關(guān)注的。

2.2 質(zhì)量管理的問題

首先能夠被3D打印機使用的建筑材料范圍較小、要求較高，且打印材料的強度、保溫節(jié)能等性能如何保證都是需要在質(zhì)量體系范圍內(nèi)考慮的問題。其次，在3D打印的建筑物中并不含有鋼筋，那么建筑物的抗震性能如何保證？若使用了高強度的建筑材料那么將來在拆除房屋時，建筑垃圾又如何處理？3D打印技術(shù)是新興的前沿技術(shù)，應(yīng)用正處于摸索階段，尚不成熟，與有成熟的設(shè)計規(guī)范、施工規(guī)范、質(zhì)量規(guī)范的傳統(tǒng)施工方式相比，在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工標(biāo)準(zhǔn)以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定及體系的形成方面都亟待研究。

2.3 安全管理與責(zé)任劃分的問題

利用3D打印機打印出來的建筑物或構(gòu)筑物，一旦發(fā)生質(zhì)量問題，責(zé)任應(yīng)該由誰承擔(dān)？是3D打印機的制造商或材料供應(yīng)商或設(shè)計方還是施工方？目前3D打印的方式有兩種：一種是工廠打?。涣硪环N是實時打印。對于超大尺寸的構(gòu)件，運輸及安裝都存在安全問題。

3 3D打印技術(shù)在施工管理中的發(fā)展思路

3.1 研發(fā)性價比高的打印材料

由于突出的實用性獲得首都青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎的北京崇建公司自主發(fā)明的建筑渣土3D打印技術(shù)，利用了建筑渣土作為打印材料。在我國，每年產(chǎn)生約20億噸建筑垃圾，建筑渣土約占比10%。該技術(shù)不僅有著豐富的材料來源，同時也實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，并減少了建筑渣土對城市的污染。由于所使用的材料各方面的性能會影響建筑物的安全性、使用性，因此在3D打印技術(shù)中對于材料的應(yīng)用有著十分嚴(yán)格的要求。雖然目前建筑渣土3D打印技術(shù)多用于打印施工現(xiàn)場的圍擋墻和護(hù)欄等臨建設(shè)施，但它同樣給研究者們提供了一個明確可行的思路：充分利用廢棄資源，變廢為寶。此方向不僅實現(xiàn)了資源循環(huán)利用，降低建筑成本，同時還有利于環(huán)境保護(hù)和治理。

3.2 與優(yōu)勢技術(shù)的有機結(jié)合

BIM技術(shù)通過具體的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行三維模型設(shè)計，3D打印技術(shù)實現(xiàn)了三維模式的打印，兩者在虛擬與現(xiàn)實之間的轉(zhuǎn)化在維數(shù)上是吻合的。利用BIM技術(shù)可視化、直觀化的技巧及對工程量的反映以及有效的碰撞試驗，能規(guī)避設(shè)計上的缺陷，能減少設(shè)計變更的產(chǎn)生，在3D打印參數(shù)設(shè)置時能提供更有效和更具參考性的數(shù)據(jù)。同時將BIM技術(shù)與3D打印技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑，不僅能提高施工效率和施工質(zhì)量，更能減少成本投入，兩者的結(jié)合應(yīng)成為新技術(shù)下的施工管理模式重要的發(fā)展方向。

3.3 小范圍試點推廣應(yīng)用

要建立完善的質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)體系，離不開真實數(shù)據(jù)的支撐?？赏ㄟ^試點工程研究和構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)體系，總結(jié)和建立如打印數(shù)據(jù)、質(zhì)量和成本等各項數(shù)據(jù)庫，為出臺國家標(biāo)準(zhǔn)提供有利的數(shù)據(jù)支持。同時在試點工程中可嘗試成本與利益分配的各種組合，為項目參與各方獲得最佳的項目收益提供經(jīng)驗。

3.4 政府與社會各界參與推廣

新興的技術(shù)需要社會各界的參與和推動。政府、建筑企業(yè)、高校和科研機構(gòu)應(yīng)通力合作，在政府政策的扶持和引導(dǎo)下，校企聯(lián)合并依托科研機構(gòu)進(jìn)行3D打印技術(shù)的研發(fā)、實踐、修正與更新。

4 結(jié)語

3D打印技術(shù)是新興的技術(shù)類型，目前學(xué)術(shù)界對其研究也多集中在技術(shù)應(yīng)用上，但在推廣應(yīng)用的同時也應(yīng)重視與其相適應(yīng)的施工管理問題。目前存在著與新興技術(shù)匹配的成本、質(zhì)量、進(jìn)度及安全等方面的問題。從目前的研究來看，配合3D打印技術(shù)的應(yīng)用，在施工管理上可以從研發(fā)合適的材料與優(yōu)勢技術(shù)的有機結(jié)合，小范圍試點推廣應(yīng)用3D打印技術(shù)和依托政府與社會各界的參與推廣等方面進(jìn)行突破，以更好地促進(jìn)建筑施工的自動化發(fā)展，為傳統(tǒng)施工管理模式順利轉(zhuǎn)變?yōu)樾录夹g(shù)下的施工管理模式提供理論依據(jù)。