胡世明
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智能化經(jīng)濟(jì)時(shí)代,如何讓建筑設(shè)計(jì)與施工更加智能,3D打印技術(shù)為建筑設(shè)計(jì)提供了更多的可能性。本文介紹了3D打印技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀,綜合分析了其應(yīng)用于建筑行業(yè)的可行性及其相在建筑行業(yè)發(fā)展趨勢。3D打印技術(shù)與建筑行業(yè)相融合,必將給建筑行業(yè)帶來巨大的變革,促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。
3D打印技術(shù)屬于一種增材制造技術(shù),在建筑領(lǐng)域應(yīng)用主要是以無機(jī)膠凝材料如混凝土、干混砂漿等與水或膠黏劑混合為可塑性狀態(tài),然后通過水化反應(yīng)硬化,形成不同形狀堅(jiān)固可靠的建筑實(shí)體或模型[1]。
建筑施工設(shè)計(jì)會(huì)對建筑項(xiàng)目的規(guī)劃、實(shí)施、驗(yàn)收及維修等工作產(chǎn)生重要影響,所以建筑施工的相關(guān)人員要對建筑施工設(shè)計(jì)更加重視,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性建筑設(shè)計(jì)的目標(biāo)。3D 打印技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用不但能夠反映各類人群對于建筑設(shè)計(jì)的需求,還能夠切實(shí)地表現(xiàn)出建筑的自身價(jià)值。除此以外,從整體的角度來說,能夠達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)效益。并且,3D技術(shù)在建筑的施工設(shè)計(jì)過程中,還能夠?qū)ㄖM(jìn)行特殊的設(shè)計(jì),方便工程計(jì)價(jià),獲得預(yù)算,使得人們得到直觀的感受,能夠進(jìn)行對應(yīng)的輔助工作,解決其中存在的問題,確保建筑施工質(zhì)量的安全[2]。
3D打印技術(shù)在建筑的施工階段應(yīng)用,可很好的控制施工誤差,提高施工效率,可通過控制系統(tǒng)控制3D建筑打印設(shè)備按照不同的切片方案進(jìn)行打印,打印精確度可控制到mm級(jí)別,在建筑打印過程中可以隨時(shí)終止,再次打印時(shí),3D打印系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)精確定位之前打印位置。這與傳統(tǒng)的建筑施工工序有很大的區(qū)別。比如:在鋼筋的布置方式,可選擇邊打印邊布置,也可打印過程中預(yù)留孔洞,打印后布置鋼筋或鋼筋籠,再進(jìn)行澆筑,最終滿足建筑標(biāo)準(zhǔn)要求。
傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)需要考慮的因素較多,尤其會(huì)受到施工技術(shù)的限制,許多建筑設(shè)計(jì)理念會(huì)由技術(shù)限制很難實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)以圖紙?jiān)O(shè)計(jì)為主,但3D打印技術(shù)能夠進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì),將傳統(tǒng)圖紙與地理信息、建筑掃描等電子數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合,并以實(shí)物形式展現(xiàn)出來,可通過實(shí)景建模形式,展現(xiàn)真實(shí)三維場景。前期設(shè)計(jì)模型可經(jīng)過分割、單體化和比例縮放等步驟制作成等比例三維模型,再利用3D打印技術(shù)便可將模型1:1打印出來。3D打印可以靈活處理模型,直接在文件上進(jìn)行編輯修改,就可實(shí)現(xiàn)調(diào)整,同時(shí),也可方便實(shí)現(xiàn)多色彩打印,甚至可以給模型增加透明、金屬等不同元素[3]。
目前,3D 打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于陶瓷、黏土等建筑材料的施工中,這也是與傳統(tǒng)的建筑材料形式是不同的,并且,在3D打印技術(shù)未來的發(fā)展過程中,也會(huì)在以纖維材料、化學(xué)材料及復(fù)合材料等為核心的特別的建筑材料中應(yīng)用,對建筑的剩余建材進(jìn)行分解及重建,實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)使用,提高建筑材料的利用率,減少生產(chǎn)成本。除此以外,3D打印技術(shù)使用的材料的物理性能要比傳統(tǒng)材料更加優(yōu)質(zhì)。例如混凝土在3D打印技術(shù)的使用下,其原材料會(huì)有很大改變,在混凝土中可以加特配的水泥、樹脂等,使其符合3D打印的要求[4]。
傳統(tǒng)工程造價(jià)主要依據(jù)與設(shè)計(jì)圖紙來計(jì)算工程量,在依據(jù)市場價(jià)格、相關(guān)定額標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)價(jià)取費(fèi),綜合后得出工程的預(yù)算價(jià)格,也就是工程成本。而設(shè)計(jì)的調(diào)整、變更等,對計(jì)價(jià)工作有很大影響,一個(gè)小的設(shè)計(jì)調(diào)整,都會(huì)導(dǎo)致計(jì)價(jià)工作很大的工作量。而采用三維建模后,可在施工前期充分對建筑施工各階段進(jìn)行分析,調(diào)整、計(jì)價(jià)也都非常方便,并可分析對比不同施工技術(shù)、施工流程對造價(jià)的影響。目前,由于我國3D打印技術(shù)發(fā)展還處于起步階段,結(jié)合3D打印的工程計(jì)價(jià)成本要比傳統(tǒng)計(jì)價(jià)成本高很多。隨著3D打印技術(shù)在未來的發(fā)展,與之相關(guān)的數(shù)字建模、設(shè)計(jì)及材料學(xué)等方面技術(shù)的進(jìn)步,3D打印技術(shù)成本也會(huì)隨之降低。當(dāng)3D 打印的設(shè)備慢慢普及后,施工企業(yè)只需購買并對其定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、及時(shí)的更新程序,就能夠使成本大大減少,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
今后,3D打印技術(shù)的發(fā)展將會(huì)趨向于多元化、多樣化,也就是說3D技術(shù)的應(yīng)用不再只是某一部分的行業(yè),而是能夠應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)中,3D打印的設(shè)備也會(huì)獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工等過程,為建筑設(shè)計(jì)提供了更多的設(shè)計(jì)空間。3D打印的設(shè)備也會(huì)更加智能化,大大提高制作水平及效率,能夠在不同復(fù)雜施工環(huán)境中應(yīng)用[5]。
總而言之,3D打印技術(shù)對于現(xiàn)代化的建筑設(shè)計(jì)來說是未來建筑領(lǐng)域的一大發(fā)展方向,它能夠有效促進(jìn)建筑施工設(shè)計(jì)更加趨向于智能化,提高建筑施工的工作效率和施工質(zhì)量,減少建材垃圾材料,使得建筑施工變得更加節(jié)材環(huán)保,大大降低施工的難度,確保工作人員的安全。
[1] 岑立,楊建琛,元斐斌,等.3D打印技術(shù)對建筑行業(yè)發(fā)展的影響[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015,12(12):37.
[2] 宋尚霖,趙千,汪林兵.3D打印建筑技術(shù)的發(fā)展及其材料結(jié)構(gòu)——智能一體化展望[J].中外建筑,2015,(9):110-112.
[3] 丁烈云,徐捷,覃亞偉.建筑3D打印數(shù)字建造技術(shù)研究應(yīng)用綜述[J].土木工程與管理學(xué)報(bào),2015,(3):1-10.
[4] 蘇有文,李超飛,楊婷惠,等.3D打印混凝土技術(shù)的建筑工程應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù),2017,40(1):98-100.
[5] 徐步光,李丹榮,寧銳劍.3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用及對工業(yè)發(fā)展的革命性影響[J].中國醫(yī)療器械信息,2015,(8):13-18.