關(guān)于探討建筑渣土3D打印技術(shù)在現(xiàn)實應(yīng)用中的調(diào)研報告

趙文濤

中國人民大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100080

一、我國建筑渣土現(xiàn)狀

中國現(xiàn)在存在著很多建筑施工企業(yè)。在進(jìn)行房屋和各類建筑物的新建、改建、擴(kuò)建和拆除時，就會不自覺地產(chǎn)生大量的棄土、棄料和其它的廢棄物。而這些廢棄物便是建筑垃圾。建筑垃圾主要分為土地開挖垃圾和舊建筑物拆除垃圾這兩大類，其中土地開挖垃圾就是前文中提到的建筑渣土。目前我國對于建筑渣土的傳統(tǒng)處理方式大致分為兩種：一種是將一些土質(zhì)比較好的渣土存留在一個特定地點并做好防護(hù)措施以便后續(xù)回填使用，而剩下的渣土則是讓專業(yè)承包單位找一個消納地點進(jìn)行填埋；另外一種則是將所有渣土作為生產(chǎn)再生磚等其他物品的原材料。

二、當(dāng)今存在的主要問題

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前大多數(shù)正在執(zhí)行建設(shè)任務(wù)的施工現(xiàn)場每天大約產(chǎn)生渣土總量為3000立方米左右，而絕大部分建筑工地目前所采取處理這些建筑垃圾的方法通常是租賃政府所要求的自卸式渣土運輸車進(jìn)行渣土外運。由于各地區(qū)政府大多要求各個建筑工地只能在午夜期間使用渣土車輛向指定的渣土消納場所運送渣土，因此每運送一車渣土所需要花費的價格就會提高至30元(假設(shè)建筑工地和渣土消納場所的運距為15km)。一輛自卸式運輸車所能承受的渣土總量最多為20方，因此對于一般的建筑工地來說想要把每天所產(chǎn)生的所有渣土在當(dāng)天全部運送完畢的話就需要150車次。在這同時還需要加上住建部對于建筑工地渣土的額外收費：每一立方米的渣土費用為25元。經(jīng)過計算后可以發(fā)現(xiàn)建筑工地僅一天就需要支付高達(dá)7.95萬元(渣土費用+運費)。

當(dāng)計算完建筑渣土在消納產(chǎn)業(yè)鏈中的直接經(jīng)濟(jì)消耗外，建筑施工企業(yè)還需要考慮到這些渣土對于社會資源的間接消耗。雖說政府要求各建筑工地在運輸渣土過程中使用的是綠色環(huán)保渣土運輸車，但是因為有些司機(jī)的不文明行為，例如在夜晚作業(yè)時隨意鳴笛或是開遠(yuǎn)燈，因此在運輸過程當(dāng)中勢必會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的噪音和光污染。甚至有些公司為了盡可能的降低成本而選用一些不達(dá)標(biāo)的運輸車輛，比如：車輛保養(yǎng)不到位及密封性較差，造成泄露渣土從而對路面帶來污染。有些公司為了減少每天運輸?shù)能嚧伪阍诿枯v運輸車中裝入過多的渣土，使得運輸車輛超高超重，對城市道路路基損害極大。

除了上述討論的兩點外，建筑垃圾還會對動植物及人類帶來不可忽略的影響。有些承包商將未經(jīng)任何處理的渣土隨意傾倒，進(jìn)而污染周圍的林木、花草和河道，甚至于占用大量的耕地面積。這些固體廢物長期堆放還會使其中的有毒成分滲透至就近的土壤中，使得這些土地的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大改變，從而導(dǎo)致其不能再被利用種植植物，這也成為了間接導(dǎo)致土地資源浪費的原因。這些廢物中的粉塵不僅會通過風(fēng)等其他媒介的傳播污染空氣，還會通過雨水污染水資源，最終勢必會對人類及動植物帶來巨大且不可逆轉(zhuǎn)的危害。

三、3D打印技術(shù)在建筑渣土處理方面的優(yōu)勢

近幾年來，我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部以及相關(guān)部門相繼出臺了很多對于智能制造及3D打印技術(shù)有利的政策和文件。住建部大力支持施工類企業(yè)和工程總承包類企業(yè)將專項信息技術(shù)和BIM技術(shù)完美集合并融入到日常工作中，以更好地提高工作效率。3D打印技術(shù)正是這些專項信息技術(shù)中的一種。政府同時也在大力鼓勵相關(guān)企業(yè)單位積極探索利用3D打印技術(shù)打印產(chǎn)品和部件。隨著《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》的出臺，我國在工業(yè)領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)要將各大建筑企業(yè)轉(zhuǎn)型成為發(fā)展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的優(yōu)良企業(yè)單位。3D打印技術(shù)不僅可以用于處理建筑渣土，而且可以有效地解決城市霧霾天氣出現(xiàn)的頻率、減少渣土外運、路面材料回運、汽車尾氣排放和污染。同時3D打印技術(shù)還可以提高效率，降低大量的建材加工、運輸、施工等生產(chǎn)施工成本，達(dá)到縮短生產(chǎn)周期的效果。完全符合國家的政策。

從技術(shù)方面來看，3D打印技術(shù)所需要的打印材料（建筑渣土與添加劑合理配比加工而成），打印出的建筑制品強(qiáng)度可以達(dá)到20Mpa。同時抗?jié)B性、抗疏化、抗凍性都能達(dá)到較好的標(biāo)準(zhǔn)，使得最終打印出來的成品具備凝結(jié)快、強(qiáng)度高等特點。當(dāng)代的建筑渣土3D打印機(jī)采用了單片機(jī)和PLC全自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)渣土上料、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動以及下料閥門自動開啟與關(guān)閉等。

四、3D打印技術(shù)替代傳統(tǒng)處理方式的可行性

首先從技術(shù)方面來對比建筑渣土3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)建造技術(shù)。建筑渣土3D打印技術(shù)在施工效率、施工難度、維護(hù)費用、表面質(zhì)量以及回收價值這五方面要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)建造技術(shù)。利用全自動化機(jī)器替代人工不僅可以避免人力疲憊所帶來的生產(chǎn)效率低下以及易產(chǎn)生錯誤和不可忽略的誤差等種種缺點外，還能夠保證員工在經(jīng)過簡單培訓(xùn)后即可操作而并非像砌磚、抹灰等傳統(tǒng)建造技術(shù)那樣需要經(jīng)過大量的實踐才能保證其施工質(zhì)量。

其次從經(jīng)濟(jì)方面對建筑渣土3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)建造技術(shù)進(jìn)行對比。為了使結(jié)果更有說服性，以一個使用紅磚砌成10米長，2.4米高，0.24米厚墻體的工程造價來進(jìn)行此次對比。使用建筑渣土3D打印技術(shù)打出的墻體，造價為1694.89元（見附件1）。而傳統(tǒng)砌筑墻體，造價為4164.89元（見附件2）。由此得出結(jié)論：建筑渣土3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)建造技術(shù)可以在每5.76立方米(上述物品的體積)節(jié)約2468.59元?？梢?D打印技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益是極其顯著的。

五、總結(jié)

綜上所述，建筑渣土3D打印技術(shù)不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)處理渣土方式所帶來的環(huán)境的污染降至最低，而且能夠十分有效地提高工作效率和降低額外成本。它還能很好地在符合時代潮流且緊隨國家政策需求的前提下保證打印出來的產(chǎn)品的可用性和耐用性。此技術(shù)有著廣闊的社會效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

附件一：對建筑渣土3D打印技術(shù)打出的10m長、2.4m高的土墻，預(yù)估造價1694.59元，明細(xì)表如下

附件二：對10m長，2.4m高，0.24米厚磚墻的工程造價進(jìn)行了計算。明細(xì)如下表所示：（表一）