淺談3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用前景

侯俊 陳英杰 劉云龍 王圳 孫凱 馬瑞

摘 要：介紹了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段3D打印建筑的發(fā)展水平，闡述了3D打印建筑的高速發(fā)展時(shí)期，分析概括了3D打印建筑的幾大應(yīng)用方面，展望了3D打印建筑在我國(guó)未來(lái)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；應(yīng)用；建筑工程；前景

1 3D打印發(fā)展概況

1.1 3D打印的起步

3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。[1]

1.2 3D打印的高速發(fā)展期

3D打印技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，毫無(wú)疑問(wèn)已經(jīng)具有了在一定領(lǐng)域大展拳腳的能力，它以高效、靈活、便捷等特性，把握了當(dāng)下社會(huì)注重個(gè)人需求的龐大市場(chǎng)。最近幾年，各種3D打印物品不斷刷新記錄，世界的目光也隨之而動(dòng)。

（1）在美國(guó)，2011年出臺(tái)了“先進(jìn)制造伙伴關(guān)系計(jì)劃”（AMP）；2012年2月，發(fā)布了《先進(jìn)制造國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》；

（2）同時(shí)歐洲地區(qū)，在歐盟地七框架計(jì)劃的資助下，名為“3D打印標(biāo)準(zhǔn)化支持行動(dòng)（SASAM）”的項(xiàng)目發(fā)布了一份3D打印標(biāo)準(zhǔn)化路線圖。

（3）另外，我國(guó)也對(duì)3D打印技術(shù)高度重視。2015年8月23日，李克強(qiáng)總理主持國(guó)務(wù)院專題講座，討論加快發(fā)展先進(jìn)制造與3D打印等問(wèn)題。

此外，世界其他各國(guó)也對(duì)3D打印技術(shù)的發(fā)展提出了一系列規(guī)劃與目標(biāo)，可見，3D打印技術(shù)的高速發(fā)展時(shí)期就在當(dāng)下。

1.3 國(guó)內(nèi)外3D打印建筑技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

1.3.1國(guó)外3D打印建筑技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

3D打印技術(shù)，又稱“添加制造”和“增材制造”技術(shù)，是一種與傳統(tǒng)方法相反的。1997年，美國(guó)學(xué)者JosephPegna提出通過(guò)水泥材料逐層累加，并在一定時(shí)間內(nèi)選擇性凝固來(lái)建造建筑。2014年，美國(guó)航天局（NASA）出資與美國(guó)南加州大學(xué)合作，最新研發(fā)出“輪廓工藝”3D打印技術(shù)，24小時(shí)內(nèi)可以印出大約232平方米的兩層樓房子，一個(gè)按鍵就可以操控機(jī)械打印出房子。

1.3.2國(guó)內(nèi)3D打印建筑技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

3D打印建筑在早期的發(fā)展主要集中在國(guó)外，但近幾年國(guó)內(nèi)3D打印建筑發(fā)展迅猛，正在快速追趕國(guó)際先進(jìn)水平。山東月亮灣濕地公園將3D打印技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)建“世界建筑公園”，或?qū)⒊蔀槭澜缱畲蟮?D打印建筑群。[2]2017年4月，數(shù)幢使用3D打印技術(shù)建造的建筑亮相蘇州。

2 3D打印在建筑上的應(yīng)用前景

2.1 3D打印建筑在商業(yè)上的應(yīng)用前景

雖然3D打印技術(shù)已經(jīng)慢慢的為人們所熟知，但現(xiàn)階段的個(gè)大公司開發(fā)的成品更多的是一種類似效果圖的產(chǎn)品，并沒(méi)有真正形成可供出售的成品，不過(guò)，這種局面正在被打破?，F(xiàn)階段3D打印的商業(yè)應(yīng)用主要體現(xiàn)在私人定制方面，可以說(shuō)并沒(méi)有統(tǒng)一的體系，不過(guò)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的發(fā)展，3D打印已經(jīng)慢慢在形成“顧客——網(wǎng)絡(luò)——服務(wù)者”的體系。

3D打印建筑的另一個(gè)方向則是實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。D打印建筑優(yōu)勢(shì)十分明顯，由于現(xiàn)代更加嚴(yán)格的的建筑生產(chǎn)要求，傳統(tǒng)的建筑模型已經(jīng)無(wú)法完全滿足現(xiàn)代工程的要求。傳統(tǒng)建筑模型的制作過(guò)程多采用人手工制作，耗費(fèi)人力和時(shí)間，不利于工程的如期進(jìn)行，對(duì)于部分部件，手工制作的尺寸不夠精確，不利于整體的模型制作，外形不夠逼真，會(huì)使模型的效用大打折扣。

3D打印技術(shù)在解決上述問(wèn)題中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，首先3D打印技術(shù)能大大提高制作精度。3D打印產(chǎn)有很大的外形優(yōu)勢(shì)，機(jī)器控制精確，模型的外形更加逼真，色彩分明，接近真實(shí)事物。

綜上所述，如果實(shí)現(xiàn)3D打印建筑的規(guī)?；a(chǎn)，并形成完整的售貨渠道，3D打印觀賞類建筑前景十分廣闊。

2.2 3D打印建筑在教育行業(yè)的應(yīng)用

3D打印建筑在各大領(lǐng)域迅猛發(fā)展，但在培養(yǎng)國(guó)家人才的高等院校中并沒(méi)有如市場(chǎng)上那么火熱，相反，3D打印建筑在高等院校中普遍發(fā)展緩慢，甚至有一部分學(xué)生對(duì)3D打印技術(shù)一無(wú)所知。

實(shí)際上，3D打印建筑模型對(duì)學(xué)校教學(xué)有巨大的優(yōu)勢(shì)，特別是在工科教育領(lǐng)域，如工科高校教學(xué)中，在建筑專業(yè)、土木工程、橋梁工程、道路工程等專業(yè)，有大量的結(jié)構(gòu)視頻展示，比如各類梁、柱、鋼筋骨架、橋墩等。如果這些眾多結(jié)構(gòu)模型利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)后，能為全國(guó)各大高校提供教學(xué)實(shí)物，使教學(xué)不再局限在文字和圖片上，為學(xué)生能夠提供真實(shí)的建筑實(shí)物感官，利于培養(yǎng)學(xué)生開放性思維。

2.3 3D打印在建筑工程項(xiàng)目上的應(yīng)用

3D打印建筑遠(yuǎn)比打印打印其他東西難度更大，目前打印建筑都還處在實(shí)驗(yàn)階段，還有許多問(wèn)題有待解決。[3]我國(guó)3D打印建筑距離當(dāng)做社會(huì)活動(dòng)實(shí)際使用還有較大困難，但如果用來(lái)為建筑工程增值，已經(jīng)完全足夠。

當(dāng)前3D打印技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用前景主要集中在：在建筑工程項(xiàng)目開工到建筑建造完成的時(shí)間里，借用3D打印技術(shù)，將設(shè)計(jì)圖紙按建造工序、施工時(shí)間、機(jī)具配置、施工現(xiàn)場(chǎng)布置等，配合施工圖紙預(yù)先演練。比起平面的施工圖紙更直觀、更準(zhǔn)確，甚至提前找到原先施工安排不足之處，提前進(jìn)行施工過(guò)程的排錯(cuò)演練。

（1）對(duì)于設(shè)計(jì)單位來(lái)說(shuō)：在打印好的建筑零件組裝過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，可以提前修改設(shè)計(jì)圖紙，避免后期施工單位因設(shè)計(jì)變更而引起的變更索賠。（2）對(duì)于施工單位來(lái)說(shuō)：可以通過(guò)立體的方式來(lái)進(jìn)行建造過(guò)程的全面考慮，優(yōu)化人員組織，優(yōu)化施工工序，優(yōu)化安全、質(zhì)量、進(jìn)度等組織設(shè)計(jì)，避免建造過(guò)程中的不利因素。

（3）對(duì)于監(jiān)理單位來(lái)說(shuō)：3D打印模型可以幫助其明確質(zhì)量監(jiān)督重點(diǎn)，協(xié)調(diào)各類資源配置問(wèn)題。（4）此外，對(duì)于建設(shè)單位而言，3D打印技術(shù)能夠提前實(shí)現(xiàn)建設(shè)單位的各種要求，發(fā)現(xiàn)不合理或另外的需求及時(shí)更改方案，減少不必要的損失。

3 結(jié)語(yǔ)

3D打印技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，距離大規(guī)模應(yīng)用已經(jīng)時(shí)日不遠(yuǎn)，現(xiàn)階段3D打印技術(shù)在各類行業(yè)不斷取得突破，建筑行業(yè)也沒(méi)有落下腳步。另外，在中國(guó)大力提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，3D打印技術(shù)勢(shì)必以其省時(shí)省力，綠色節(jié)能，得到飛速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李福平，鄧春林，萬(wàn)晶.3D打印建筑技術(shù)與商品混凝土行業(yè)展望[J].混凝土世界，2013（03）：28-29.

[2]楊銘，龍倩.談我國(guó)3D打印建筑的發(fā)展前景[J].山西建筑，2015，41（15）：19-20.

[3]楊建江，陳響.3D打印建筑技術(shù)及應(yīng)用趨勢(shì)[J].施工技術(shù)，2015，44（10）：84-88+121.

通訊作者：陳英杰。