建筑“黑科技”： 3D打印房屋 不用暖氣照樣暖和 還能降房價？

周琦

在科技不斷改善人類生活的今天，建筑領(lǐng)域也要提高科技含量，來迎接未來的社會變革。建筑“黑科技”，不僅可以讓大眾住得更舒適、更便捷、更環(huán)保，還能降低建筑成本，以至于可能會降低房價。

業(yè)內(nèi)人士表示，中國3D打印建筑水平已與世界同步，但建筑3D打印從技術(shù)突破到應(yīng)用推廣，還有一些難題尚未解決，而“被動房”則被業(yè)內(nèi)認為或是未來的發(fā)展方向。

3D打印建筑：顛覆傳統(tǒng)建筑業(yè)

2019年11月，中建二局華南公司廣東建設(shè)基地在3天內(nèi)多了一座7.2米高的二層小樓。這座小樓看起來其貌不揚，但卻吸引了世界各地建筑業(yè)人士的目光。

該座二層小樓是世界首例原位3D打印雙層示范建筑。其實，3D打印建筑此前就已實現(xiàn)，但大都是通過3D打印技術(shù)打印出各個模塊，還需要進行現(xiàn)場拼裝。而中建二局這次“打印”的，是一棟不用拼裝、在現(xiàn)場直接將主體打印成形的建筑，也是一棟首次運用這項技術(shù)并成功完成的雙層建筑。

中國建筑技術(shù)中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹，其實3D打印建筑的基本原理與常見的打印機一樣，要有打印機體、噴頭、油墨、紙張：建筑四周搭建的金屬框架就像是“打印機”的機體;噴吐混凝土的“打印頭”就是一般打印機的噴頭，“打印頭”通過一圈一圈連續(xù)噴吐寬5厘米、厚2.5厘米的打印材料，經(jīng)過層層堆積建造墻面;不過，這個“打印頭”噴出的“油墨”是需要特別配制的混凝土，而且要一次完成，不能間斷;施工前在地下預(yù)埋的鋼筋籠，就相當于“打印紙”，隨著墻體不斷升高，還需要按照圖紙加裝鋼筋，使“紙張”實現(xiàn)動態(tài)延伸。

聽起來很簡單，但實際上要解決的技術(shù)難題，可一點兒不簡單。

“3D打印需要將混凝土材料一層一層覆蓋，在這個過程中，如果下層混凝土凝結(jié)慢，強度不夠，就無法支撐上層材料的重量，有可能導(dǎo)致墻面變形甚至垮塌;如果凝結(jié)得太快，每一層材料與上層材料的有效黏合又難以實現(xiàn)。”霍亮說。

當然，技術(shù)上的難點解決后，3D打印建筑的優(yōu)勢就逐漸凸顯出來。

據(jù)記者了解，3D打印建筑好處主要有三個方面。

一是省時間，“快”字當頭。3D打印建造技術(shù)具有數(shù)字化、智能化、機械自動化程度高等特點，可以大大縮短施工工期。

二是省人工。3D技術(shù)打印房屋全部使用機械自動化操作。以中建二局的二層樓房為例，主體打印部分僅需3天，配合5到6名工人就可以完全建造好。人工成本是建筑行業(yè)最高昂的成本之一，3D打印建造技術(shù)至少能節(jié)省一大半的人工成本。

“漢堡之家”是上海乃至中國境內(nèi)首棟獲得認證的“被動房”。

三是省材料。3D打印房屋成套設(shè)備使用的都是市場常規(guī)使用的原材料，打印材料使用的都是傳統(tǒng)鋼筋混凝土，但和傳統(tǒng)施工方式相比，可節(jié)約材料60%，同時可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗。

也就是說，3D打印建筑可大大節(jié)省建筑單位的時間和成本，或許在未來，還可能在一定程度上影響到房價。

據(jù)中國建筑技術(shù)中心材料所所長張濤介紹，從傳統(tǒng)工藝特點來說，曲面造型設(shè)計的建筑不論是現(xiàn)場澆注成型還是工廠預(yù)制構(gòu)件，模具工程及其成本高，且不宜實現(xiàn)。“建筑3D打印技術(shù)在曲面建筑和穹頂式建筑建造上具有明顯優(yōu)勢，同時為設(shè)計師自由創(chuàng)作提供了可能。”他說。

國務(wù)院國資委也公開表示，世界首例原位3D打印雙層示范建筑的誕生，意味著中國3D打印建筑水平與世界同步，中國建筑行業(yè)在某些應(yīng)用方面已經(jīng)超越國外同行。建筑3D打印技術(shù)的應(yīng)用，將會顛覆整個傳統(tǒng)建筑業(yè)。

不過，從目前來看，建筑3D打印從技術(shù)突破到應(yīng)用推廣，還有一些難題尚未解決。但可以預(yù)見的是，由于建筑3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，整個建筑行業(yè)的設(shè)計、施工思路與方法必將隨之變化。

被動房：不用空調(diào)暖氣 依然四季如春

3D打印建筑還在探索階段，但建筑的“黑科技”顯然不止于此，“被動房”就是已經(jīng)實現(xiàn)的新技術(shù)，且被業(yè)內(nèi)普遍認為是未來的發(fā)展方向。

其實，要區(qū)別“普通房”和“被動房”很簡單。以北方的冬天為例，“普通房”要保持室內(nèi)舒適的溫度，基本上要靠暖氣和空調(diào)來取暖，而“被動房”則可以在沒有暖氣、空調(diào)等供暖設(shè)施的情況下，依然保持室內(nèi)四季如春，實現(xiàn)“四恒一防”，即恒溫、恒濕、恒靜、恒凈、防霾。

按照德國被動房研究院的說法，被動房就是可以獨立地從建筑的功能結(jié)構(gòu)中獲得能量的房子，居住者在房子里可以獲得舒適的室內(nèi)溫度和高質(zhì)量的室內(nèi)空氣。

公開資料顯示，在歐洲，被動房正以每年8%的速度遞增。而歐盟最新規(guī)定，到2020年，歐盟27個國家將全部采用被動房標準建設(shè)。

北京市建筑設(shè)計研究院副總設(shè)計師吳凡介紹，被動房的核心技術(shù)包括隔熱、保溫系統(tǒng)，被動式的門窗設(shè)計，規(guī)避冷熱橋設(shè)計，優(yōu)良的氣密性設(shè)計，新風(fēng)系統(tǒng)和高效的能源系統(tǒng)，可再生能源系統(tǒng)的應(yīng)用等。

我國第一幢獲得德國權(quán)威機構(gòu)認證的被動房建筑項目，是位于上海世博園的“漢堡之家”。這棟高約18米的紅磚建筑可以實現(xiàn)室內(nèi)25℃的恒溫，同時可實現(xiàn)建筑能源供應(yīng)的自給自足和零廢氣排放。其每平方米每年的采暖能耗為15千瓦時，僅為普通建筑的5%。

此外，在部分地區(qū)，被動房項目也在小范圍內(nèi)展開。以國內(nèi)某被動房項目為例，其墻體采用石墨聚苯板，相當于為建筑穿上厚厚的“棉衣”;無冷熱橋構(gòu)造方面，用隔熱墊片阻隔構(gòu)件熱傳導(dǎo)，防止室內(nèi)能量流失;通過密閉的建筑外圍護結(jié)構(gòu)，加上在保溫層內(nèi)外設(shè)置隔氣膜和透氣膜，防止空氣滲透以降低能耗;通過熱回收新風(fēng)系統(tǒng)，同時滿足室內(nèi)新風(fēng)和采暖制冷需求。

雖然被動房擁有諸多優(yōu)點，但在全國范圍內(nèi)大規(guī)模推廣，還存在一定的難點。

清華大學(xué)建筑環(huán)境檢測中心主任、北京市室內(nèi)空氣質(zhì)量重點實驗室主任張寅平教授分析，目前被動房項目有很多虎頭蛇尾的原因，是此前建筑賺不賺錢不取決于科技，而是取決于拿地，地拿好了就賺錢，房企沒有時間來搞科研。

“房地產(chǎn)商真想在中國把這個事做好，我個人感覺，某種程度上得向華為學(xué)習(xí)。而且行業(yè)需要合作，高校也特別有責任持續(xù)推動這件事。” 張寅平表示。

建筑3D 打印從技術(shù)突破到應(yīng)用推廣，還有一些難題尚未解決。

一位國內(nèi)排名前三的地產(chǎn)公司人士對《中國經(jīng)濟周刊》記者說，國內(nèi)大規(guī)模開展被動房建設(shè)的開發(fā)商不多，主要原因并非開發(fā)商不愿意去推動新技術(shù)，而是在于成本問題。“被動房不僅單位面積內(nèi)的建筑成本增加，房屋的使用面積也會減少，公攤系數(shù)會提高，很多購房者并不感冒。”該人士表示。

該人士還說，若綜合計算未來30年的空調(diào)、暖氣、電力等能源成本，被動房的價格其實和普通住宅差不多，但要讓市場接受被動房，還需要一定的時間。

責編：李慧敏? lihuimin@ceweekly.cn

美編：孟凡婷