建筑施工過程中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用
——以3D打印建筑為例

封永梅

(成都職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都 610000)

1 節(jié)能技術(shù)

節(jié)能技術(shù)是指在建筑施工過程中應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)來達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的，可以理解為在建筑施工過程中，利用技術(shù)手段，將不必要的能耗降至最低。比如，可以將建筑的高度、長度、寬度以及建筑布局進(jìn)行合理規(guī)劃，具體劃分是根據(jù)所需節(jié)約能源類型而劃分。目前，已經(jīng)得到應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)有如下幾個(gè)，如節(jié)電技術(shù)、節(jié)煤技術(shù)、節(jié)油技術(shù)、節(jié)水技術(shù)、節(jié)氣技術(shù)、工藝改造節(jié)能技術(shù)。節(jié)能技術(shù)體現(xiàn)在建筑施工的各個(gè)方面，如：以節(jié)能環(huán)保理念設(shè)計(jì)建筑施工方案；對(duì)建筑施工的材料進(jìn)行選擇，始終落實(shí)節(jié)能環(huán)保的要求；對(duì)地面鋪設(shè)時(shí)體現(xiàn)環(huán)保觀念；落實(shí)建筑工程時(shí)減少對(duì)資源的浪費(fèi)，并減少資源輸入。

2 房屋建筑施工中節(jié)能施工技術(shù)原則

建筑施工過程中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，以兩大原則為準(zhǔn)，以此來確保人們居住環(huán)境的舒適度、建筑材料的節(jié)能性以及房屋建筑的經(jīng)濟(jì)適用性。

A.選材以綠色節(jié)能為主。房屋在建造過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，如果不選用節(jié)能環(huán)保的材料，將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大威脅，也將污染空氣，給人類生存造成極大危害。如果設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)過多使用資源，這將是對(duì)資源的最大浪費(fèi)，后續(xù)也會(huì)產(chǎn)生一系列不良影響。

B.施工以綠色節(jié)能為主。現(xiàn)實(shí)生活中，資源浪費(fèi)現(xiàn)象非常普遍，建筑施工也不例外。比如，建筑材料沒有充分利用，隨意丟棄，導(dǎo)致建筑材料不能很好地物盡其用。

3 房屋建筑工程節(jié)能施工技術(shù)現(xiàn)狀

房屋建筑工程節(jié)能施工技術(shù)是現(xiàn)代新興技術(shù)，其具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性特點(diǎn)，因此實(shí)施起來具有較大困難。同時(shí)考慮到建筑選材的節(jié)能環(huán)保型以及建筑施工過程中施工技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，其實(shí)施起來更加不易。盡管我國已經(jīng)出臺(tái)了建筑節(jié)能施工的相關(guān)政策，但是因?yàn)橐陨暇窒蓿?jié)能施工技術(shù)現(xiàn)狀仍不容樂觀，這就需要政府相關(guān)部門大力做好宣傳工作，加強(qiáng)人們對(duì)房屋建筑節(jié)能技術(shù)的認(rèn)可，使得房屋建筑節(jié)能技術(shù)更容易被人們接受。

4 建筑工程施工節(jié)能技術(shù)—3D打印

4.1 3D打印建筑概念

快速成型技術(shù)有很多，3D打印技術(shù)屬于其中的一種。3D打印又可以稱之為增材制造。3D打印以數(shù)字模型為依托，具體應(yīng)用各種黏合材料，比如粉末狀金屬或者塑料等可黏合材料，通過逐層打印，層層黏合的方法來建造物體。3D打印建筑技術(shù)也屬于打印技術(shù)的一種，與其他技術(shù)相比，3D打印建筑技術(shù)應(yīng)用的打印機(jī)占地面積更大，具體的大小取決于建筑面積的大小。常用的建筑打印機(jī)有應(yīng)用大型3D打印機(jī)和專用打印油墨一體機(jī)，運(yùn)用以上打印機(jī)可以完成建筑一體化打印。在整個(gè)操作過程，打印機(jī)根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)置的數(shù)字模型，將窗戶、預(yù)埋件、水、電、氣、暖等預(yù)占空間留出，方便后續(xù)安裝。同時(shí)，內(nèi)墻、外墻、地面的粉刷工作也會(huì)同時(shí)進(jìn)行。隨著打印機(jī)將屋頂封頂工作進(jìn)行完畢，一座完整的建筑就會(huì)出現(xiàn)在你的眼前。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，不僅可以減少人工勞動(dòng)力的輸入，大大提高工作效率，同時(shí)打印過程中，幾乎不會(huì)浪費(fèi)任何建筑施工材料，大大節(jié)約了能源，降低了成本。資料記載，一座200m2的建筑應(yīng)用3D打印技術(shù)，可以在短短幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。

圖1 3D打印四合院Fig.1 3D print quadrangle dwellings

4.2 3D打印建筑技術(shù)原理

傳統(tǒng)打印機(jī)有兩種，一種是激光打印，一種是油墨打印，以上兩種打印機(jī)打印的是二維布局，而3D打印機(jī)用的是建筑原材料，打印的是三維立體。3D打印建筑技術(shù)應(yīng)用多種先進(jìn)技術(shù)，將電子制圖技術(shù)、掃描技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、材料熔化技術(shù)等融合在一起。打印機(jī)打印原理可以通俗理解為：計(jì)算機(jī)建模，將打印機(jī)與計(jì)算機(jī)連接，將打印材料裝入打印機(jī)，通過計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行打印，最終將打印的三維立體模型黏合在一起，就變成了建筑實(shí)物。

4.3 3D打印過程

三維設(shè)計(jì)。進(jìn)行三個(gè)維度的設(shè)計(jì)，這個(gè)過程利用計(jì)算機(jī)建模軟件進(jìn)行。設(shè)計(jì)完成后，再將建成的三維模型按照功能區(qū)進(jìn)行逐層截面，如圖2所示。

圖2 計(jì)算機(jī)建模軟件建模Fig.2 Modeling of computer software modeling

切片處理。將建成的三維模型按照功能區(qū)進(jìn)行逐層截面，此步操作稱為切片。將打印機(jī)與計(jì)算機(jī)相連，數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱蛴C(jī)并設(shè)置參數(shù)，打印機(jī)讀取文件中的橫截面信息，并將該指示傳輸給打印機(jī)，打印機(jī)接收到信號(hào)后，將截面逐層打印出來。

完成打印。打印機(jī)根據(jù)黏合的指示進(jìn)行逐層黏合，從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)部幾乎可以打印出人類需要的任何物品。3D打印機(jī)的分辨率是足夠的，對(duì)于大多數(shù)物品，曲面部分可能有些粗糙，如果想獲得更高分辨率的物品，可以通過以下方法：用3D打印機(jī)打印大一點(diǎn)的物品，然后將表面磨光滑，即可得到高分辨率物品。 打印技術(shù)路線圖，即3D打印包括三維設(shè)計(jì)、切片處理、完成打印3個(gè)過程。

4.4 3D打印的環(huán)保性

傳統(tǒng)施工無疑會(huì)用到鋼筋混凝土等建筑原材料，而3D打印技術(shù)改變了這一模式，不僅可以減少原材料的浪費(fèi)，更避免了產(chǎn)生污染的建筑施工環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)建筑施工過程需經(jīng)過混凝土攪拌、打地基、和水泥等，同時(shí)施工過程中會(huì)造成許多資源浪費(fèi)，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。而3D打印技術(shù)的應(yīng)用，在建筑施工過程中不會(huì)產(chǎn)出新的建筑垃圾，同時(shí)使用環(huán)保建材，替代磚、鋼筋、水泥等材料，可減少廢氣產(chǎn)生，降低對(duì)環(huán)境的污染，利于環(huán)保。

圖3 3D打印技術(shù)路線圖Fig.3 3D print technology roadmap