淺談3D打印技術在建筑行業(yè)的應用前景

侯俊 陳英杰 劉云龍 王圳 孫凱 馬瑞

摘 要：介紹了國內(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)展時期，分析概括了3D打印建筑的幾大應用方面，展望了3D打印建筑在我國未來的發(fā)展前景。

關鍵詞：3D打印技術；應用；建筑工程；前景

1 3D打印發(fā)展概況

1.1 3D打印的起步

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

1.2 3D打印的高速發(fā)展期

3D打印技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展，毫無疑問已經(jīng)具有了在一定領域大展拳腳的能力，它以高效、靈活、便捷等特性，把握了當下社會注重個人需求的龐大市場。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。

（1）在美國，2011年出臺了“先進制造伙伴關系計劃”（AMP）；2012年2月，發(fā)布了《先進制造國家戰(zhàn)略計劃》；

（2）同時歐洲地區(qū)，在歐盟地七框架計劃的資助下，名為“3D打印標準化支持行動（SASAM）”的項目發(fā)布了一份3D打印標準化路線圖。

（3）另外，我國也對3D打印技術高度重視。2015年8月23日，李克強總理主持國務院專題講座，討論加快發(fā)展先進制造與3D打印等問題。

此外，世界其他各國也對3D打印技術的發(fā)展提出了一系列規(guī)劃與目標，可見，3D打印技術的高速發(fā)展時期就在當下。

1.3 國內(nèi)外3D打印建筑技術的應用及發(fā)展

1.3.1國外3D打印建筑技術的應用及發(fā)展

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

1.3.2國內(nèi)3D打印建筑技術的應用及發(fā)展

3D打印建筑在早期的發(fā)展主要集中在國外，但近幾年國內(nèi)3D打印建筑發(fā)展迅猛，正在快速追趕國際先進水平。山東月亮灣濕地公園將3D打印技術應用于創(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打印技術建造的建筑亮相蘇州。

2 3D打印在建筑上的應用前景

2.1 3D打印建筑在商業(yè)上的應用前景

雖然3D打印技術已經(jīng)慢慢的為人們所熟知，但現(xiàn)階段的個大公司開發(fā)的成品更多的是一種類似效果圖的產(chǎn)品，并沒有真正形成可供出售的成品，不過，這種局面正在被打破。現(xiàn)階段3D打印的商業(yè)應用主要體現(xiàn)在私人定制方面，可以說并沒有統(tǒng)一的體系，不過，經(jīng)過一定時間的發(fā)展，3D打印已經(jīng)慢慢在形成“顧客——網(wǎng)絡——服務者”的體系。

3D打印建筑的另一個方向則是實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。D打印建筑優(yōu)勢十分明顯，由于現(xiàn)代更加嚴格的的建筑生產(chǎn)要求，傳統(tǒng)的建筑模型已經(jīng)無法完全滿足現(xiàn)代工程的要求。傳統(tǒng)建筑模型的制作過程多采用人手工制作，耗費人力和時間，不利于工程的如期進行，對于部分部件，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，會使模型的效用大打折扣。

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

綜上所述，如果實現(xiàn)3D打印建筑的規(guī)模化生產(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)的應用

3D打印建筑在各大領域迅猛發(fā)展，但在培養(yǎng)國家人才的高等院校中并沒有如市場上那么火熱，相反，3D打印建筑在高等院校中普遍發(fā)展緩慢，甚至有一部分學生對3D打印技術一無所知。

實際上，3D打印建筑模型對學校教學有巨大的優(yōu)勢，特別是在工科教育領域，如工科高校教學中，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打印技術實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)后，能為全國各大高校提供教學實物，使教學不再局限在文字和圖片上，為學生能夠提供真實的建筑實物感官，利于培養(yǎng)學生開放性思維。

2.3 3D打印在建筑工程項目上的應用

3D打印建筑遠比打印打印其他東西難度更大，目前打印建筑都還處在實驗階段，還有許多問題有待解決。[3]我國3D打印建筑距離當做社會活動實際使用還有較大困難，但如果用來為建筑工程增值，已經(jīng)完全足夠。

當前3D打印技術在建筑工程中的應用前景主要集中在：在建筑工程項目開工到建筑建造完成的時間里，借用3D打印技術，將設計圖紙按建造工序、施工時間、機具配置、施工現(xiàn)場布置等，配合施工圖紙預先演練。比起平面的施工圖紙更直觀、更準確，甚至提前找到原先施工安排不足之處，提前進行施工過程的排錯演練。

（1）對于設計單位來說：在打印好的建筑零件組裝過程中，發(fā)現(xiàn)錯誤，可以提前修改設計圖紙，避免后期施工單位因設計變更而引起的變更索賠。（2）對于施工單位來說：可以通過立體的方式來進行建造過程的全面考慮，優(yōu)化人員組織，優(yōu)化施工工序，優(yōu)化安全、質(zhì)量、進度等組織設計，避免建造過程中的不利因素。

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

3 結(jié)語

3D打印技術經(jīng)過多年的發(fā)展，距離大規(guī)模應用已經(jīng)時日不遠，現(xiàn)階段3D打印技術在各類行業(yè)不斷取得突破，建筑行業(yè)也沒有落下腳步。另外，在中國大力提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，3D打印技術勢必以其省時省力，綠色節(jié)能，得到飛速發(fā)展。

參考文獻：

[1]李福平，鄧春林，萬晶.3D打印建筑技術與商品混凝土行業(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打印建筑技術及應用趨勢[J].施工技術，2015，44（10）：84-88+121.

通訊作者：陳英杰。