打印一座房子

約爾格·羅梅爾

汽車制造等行業早就在依賴自動化，建筑業的工作方式卻仍然傳統得令人吃驚。通過在建筑工地投入自動駕駛工作車、三維打印機和機器人，研究人員希望在數字時代節省原材料、提高效率、解放人力，并解鎖全新的建筑樣式。

在德國巴伐利亞州一間不起眼的大廳中，擺放著混凝土、小礫石和一些化學制品，一臺三維打印機正在制造全新的建筑材料，研究人員正研究如何借助自動駕駛車輛實現施工現場的自動化。可以想象，總有一天，自動機器人會代替普通建筑工人獨立建起高墻。

實際上，汽車制造等行業早就在依賴自動化，而建筑業的工作方式卻仍然傳統得令人吃驚。“雖然建筑師在設計時已經考慮到了數字化的可能性，”慕尼黑工業大學材料和材料檢測學教授克里斯多夫·格倫說，“但在施工現場，數字化始終停滯不前，目前房屋建造仍然依靠大量手工勞動。”

混凝土三維打印機是新型建筑工地的核心。在北威州貝庫姆，有一座兩層的灰色混凝土獨棟住宅，總面積160平方米。這棟建筑是從噴頭中噴出來的，一共只花了100小時，是德國第一座三維打印住宅。在巴伐利亞州，人們用同樣的技術建成了一棟公寓樓。

可以確定的是，在建筑行業，三維打印正變得越來越重要。借助它，能設計出更加復雜的建筑樣式，更快地建造墻體，降低勞動力成本及勞動強度，還可以更好地在路況不好、經濟落后或沖突不斷的地區建房。

在城市，人們迫切需要平價房屋和社會保障性住房，對于可持續住宅和環保建筑的討論也變得越發熱烈。相比全球航空交通，混凝土生產排放的二氧化碳量更大。建筑業占據了全球38%的二氧化碳排放量，而且多年來混凝土的消費量一直在增加。如何節省混凝土并讓建筑工地進入數字時代，成了一個急需解決的問題，而三維打印機就為這個問題提供了答案。“使用三維打印機，可以節省50%到70%的原材料。而且，新技術解鎖了新的建筑樣式，三維打印機讓建筑形狀不再受限。”格倫說。貝庫姆和巴伐利亞的三維打印房子還離這樣的創造力遠得很，它們仍依據最簡單的方案建成：三維打印噴頭噴出能迅速硬化的特制混凝土，噴頭由計算機控制，逐層涂抹混凝土，直至墻體完工。

操作混凝土三維打印機只需要兩名工作人員，打印一平方米的墻壁大約需要五分鐘。這種技術目前仍然十分昂貴，三維打印機的售價在30萬到50萬歐元之間。

在世界范圍內，建筑領域的三維打印技術有不同的工藝，但大多十分類似。在德累斯頓工業大學，科學家們將打印噴頭掛在一條長長的機械臂上四處移動，這樣打印出一棟房子的速度是蓋傳統磚房的三倍，是傳統鋼筋混凝土建筑的五到六倍。目前，研究者正在研究和打印機兼容的特制混凝土配方，同時希望能盡可能少地排放二氧化碳。對新型混凝土的要求非常復雜，復合材料必須有一定的剛度，不能潮解或在多層壓力下斷裂。

有些技術問題只會影響美觀，比如造成墻壁隆起，有些則嚴重得多，比如目前三維打印機還無法將鋼筋納入制作過程。混凝土雖然耐壓，但不耐拉。因此，在傳統建筑施工中，會在屋頂等部位嵌入鋼筋，以增加穩定性。在貝庫姆三維打印房子的建造過程中，工作人員只打印了墻壁，屋頂仍按照傳統方式建造，未來可能有相關解決方案。在德累斯頓，研究者們則寄希望于碳纖維材料。

慕尼黑實驗室中的三維打印模型機可以將原材料變成具有最奇特幾何形狀的預制件，比如繩結的形狀甚至球形。全新的復合材料也應運而生，例如把木片加入混凝土來提升隔熱性能，建造出冬天不冰、夏天不燙的墻面。

此外，這些慕尼黑研究者還在開發一種木頭打印機。經電腦操控，打印機噴頭能在壓力作用下將薄薄的云杉木變成一種比刨花板穩固得多的膠合木。格倫希望這種技術幾年后就能成熟。

數字化不僅會讓建筑行業變得更加環保，還將影響行業形象。投入頂端技術后，建筑業會變得更具吸引力。建筑工人不再需要拼命干活，而只需要指揮機器人手臂就行了。

12個三維打印房屋項目

如今，一些三維打印的房子已經陸續完工，第一批家庭已入住。目前還很難評估這些建筑的耐久性，只有時間能告訴我們這一建造方式是否切實可行。

日本塞倫迪克斯公司用三維打印的墻壁建造出了這座面積10平方米的蜂窩形小房子，耗時不到24小時，花費不到25500美元。該公司的目標是設計應對危急時刻的臨時簡易住房——在日本，地震和臺風頻繁來襲，此類住房的需求很大。

2022年，美國阿爾奎斯特公司宣布將在弗吉尼亞州啟動一個全新的三維打印項目，建造200棟房子，以降低經濟衰落地區的基礎設施總支出。

這是愛彼迎民宿租賃平臺上第一座完全用三維打印技術建造的房子，位于加拿大不列顛哥倫比亞省普羅克特，兩晚起租、每晚租金約128美元。混凝土三維打印領域的領頭羊屯特三維打印公司將這所房子設計成了符合斐波那契數列的螺旋形。

“木爾花園”是一個由52棟房屋組成的社區，是非洲最大的三維打印經濟適用房項目。該項目由可持續建筑解決方案全球引領者霍爾希姆公司和英國聯邦投資集團的合資企業“14樹”建造，希望解決肯尼亞的住房短缺問題。

這是阿澤三維打印房屋公司利用回收廢料，借助大型三維打印機，在24小時內打印出的一座環保房屋。

2021年，致力于解決貧困人群住房問題的非營利組織“仁人家園”使用三維打印技術，耗時28小時，在美國弗吉尼亞州威廉斯堡造出了一座房屋，面積約為111平方米，設有廚房、三間臥室和兩間浴室。

“房屋1.0”是歐洲第一座三維打印的小房子，由丹麥一家三維打印初創公司制作而成。該公司的目標是建得更好、更快、更環保，減少建造過程中所需的工作量。這座小房子雖然面積僅37平方米，但被設計得十分合理，能為業主提供所有必要的便利設施。

這座位于美國紐約的三維打印房屋完全在現場打印和建造，面積約為180平方米，僅用48小時打印完成，建造過程中使用的材料總價值不到6000美元。

這座名為普爾沃克的三維打印房屋位于捷克共和國，打印時間僅22小時，面積43平方米，共有三個房間：一間帶衛生間的浴室、一間帶廚房區域的客廳和一間臥室。這座建筑甚至可以固定在浮體上，讓人們一年四季都居住在水上。

這個名為“菲利亞打印”的建筑項目將三維打印和傳統建房技術結合起來，于2022年6月在法國蘭斯市一共建成五棟房屋，每棟的居住空間從77平方米到108平方米不等。它們并非直接在現場打印完成。設計師特別強調，打印中使用的混凝土能迅速干燥，可以很好地承受自重。

這座面積為160平方米的雙層單戶住宅位于北威州萊茵蘭地區，建于2020年，是德國第一座三維打印房屋。

這座三維打印房屋位于荷蘭埃因霍溫市，由24個獨特的混凝土部件組成，花費120小時逐層打印，然后被移至當前位置，安裝好屋頂、窗戶和門。這一未來主義風格的建筑屬于一個包含五座三維打印房屋在內的項目。這些房屋都以可持續和節能的方式建造而成，能滿足終極的舒適需求。房屋周邊明亮而安靜，適合放松身心。