淺談3D打印技術在建筑行業的應用前景

侯俊 陳英杰 劉云龍 王圳 孫凱 馬瑞

摘 要：介紹了國內外現階段3D打印建筑的發展水平，闡述了3D打印建筑的高速發展時期，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展前景。

關鍵詞：3D打印技術；應用；建筑工程；前景

1 3D打印發展概況

1.1 3D打印的起步

3D打印技術出現在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打印的高速發展期

3D打印技術經過幾十年的發展，毫無疑問已經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，發布了《先進制造國家戰略計劃》；

（2）同時歐洲地區，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打印技術的發展提出了一系列規劃與目標，可見，3D打印技術的高速發展時期就在當下。

1.3 國內外3D打印建筑技術的應用及發展

1.3.1國外3D打印建筑技術的應用及發展

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，最新研發出“輪廓工藝”3D打印技術，24小時內可以印出大約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3D打印建筑技術的應用及發展

3D打印建筑在早期的發展主要集中在國外，但近幾年國內3D打印建筑發展迅猛，正在快速追趕國際先進水平。山東月亮灣濕地公園將3D打印技術應用于創建“世界建筑公園”，或將成為世界最大的3D打印建筑群。[2]2017年4月，數幢使用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打印建筑在商業上的應用前景

雖然3D打印技術已經慢慢的為人們所熟知，但現階段的個大公司開發的成品更多的是一種類似效果圖的產品，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。現階段3D打印的商業應用主要體現在私人定制方面，可以說并沒有統一的體系，不過，經過一定時間的發展，3D打印已經慢慢在形成“顧客——網絡——服務者”的體系。

3D打印建筑的另一個方向則是實現規模化生產。D打印建筑優勢十分明顯，由于現代更加嚴格的的建筑生產要求，傳統的建筑模型已經無法完全滿足現代工程的要求。傳統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勢，首先3D打印技術能大大提高制作精度。3D打印產有很大的外形優勢，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3D打印建筑的規模化生產，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的應用

3D打印建筑在各大領域迅猛發展，但在培養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勢，特別是在工科教育領域，如工科高校教學中，在建筑專業、土木工程、橋梁工程、道路工程等專業，有大量的結構視頻展示，比如各類梁、柱、鋼筋骨架、橋墩等。如果這些眾多結構模型利用3D打印技術實現規模化生產后，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，發現錯誤，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，優化人員組織，優化施工工序，優化安全、質量、進度等組織設計，避免建造過程中的不利因素。

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

3 結語

3D打印技術經過多年的發展，距離大規模應用已經時日不遠，現階段3D打印技術在各類行業不斷取得突破，建筑行業也沒有落下腳步。另外，在中國大力提倡可持續發展的今天，3D打印技術勢必以其省時省力，綠色節能，得到飛速發展。

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。