中国建成世界首例原位3D打印双层建筑

​11月17日，一栋7.2米高的双层办公楼在中国建筑第二工程局广东建设基地完成主体结构印刷，这是“世界上第一座现浇3D打印双层示范楼”，标志着现浇3D打印技术在我国建筑中的突破为中国的“基础设施狂热者”增添了新的武器。

这座现场3D打印双层建筑位于工厂钢锻造车间旁，建成后将用于办公和展览。其采用的原位3D打印施工技术与以往的3D打印技术相比，有三大突破：一是原位打印，即主体直接打印成型，无需二次组装；二是采用轮廓技术，即打印墙为中空，三是首次将该技术应用于双层建筑，增加了结构的难度。

中国建筑技术中心材料工程研究所副所长霍亮说：“3D打印建筑的基本原理与普通打印机相同，包括打印机机身、喷嘴、墨水和纸张。”。如果把建筑物周围的金属框架当作打印机的主体，那么喷浆混凝土的打印头就相当于普通打印机的喷头，但喷浆的“墨水”不是普通混凝土，而是需要特殊准备的。对于打印机、打印头和打印材料，“纸张”当然是必不可少的施工前，我们将钢筋笼埋入地下，相当于‘印刷纸’，”中国建筑第二工程局广东建设基地有限公司科技部副经理黄云说，“在印刷过程中，随着墙体的不断生长，它是必须根据图纸添加钢筋。”

3D打印楼的喷射混凝土与传统施工相同，需要一次性完成，不得中断。打印头将5厘米宽、2.5厘米厚的打印材料连续成圈喷射，并通过层层堆叠的方式筑墙。如果下层混凝土砂浆凝结缓慢，没有形成足够的硬度，就无法支撑上层材料的重量，导致墙体变形甚至坍塌；如果凝结太快，上层材料就会出现粘结问题。”霍亮说：“经过反复试验，我们在普通混凝土砂浆中加入外加剂，通过调整材料的粘度和凝结时间，最终研制出3D打印所需的混凝土，其强度可达到c40-c60，完全满足建筑强度的要求。”。

从传统的工艺特点来看，对于建筑的曲面造型设计，无论是现浇成型，还是工厂预制件，其模具工程及其成本都很高，不适合实现。”建筑三维打印技术是基于计算机智能控制，实现建筑构件和建筑模板的自由施工过程。中国建筑技术中心材料研究所所长张涛说：“它在曲线建筑和穹顶建筑施工中具有明显的优势，为设计师自由创作提供了可能。”。三维打印技术无疑将推动制造业的数字化发展。在3D打印世界中，建筑师、工程师和建筑工人将利用科学技术的力量将建筑和3D打印结合起来，完成现有建筑技术的重建。

3D打印还可以大大节省建筑材料，降低建筑成本。建筑三维打印可以充分利用打印智能控制，使建筑造型一次成型，节省60%的材料，减少施工过程中的工艺损耗和能耗。”本项目建筑面积约230平方米，分为两层。印刷部分是墙和结构柱，主要的印刷部分只需要三天时间。“因为3D印刷厂都是机械自动化操作的，以前123名工人操作的项目中，有一半是完全可以的，”霍说。

这座“世界首座现场3D打印双层示范楼”是由中国建筑技术中心和中国建筑第二工程局华南公司联合主办的“建筑3D打印技术研究与应用示范”项目的示范工程。经过三年的技术研究，我们完成了各种3D打印材料系统、框架结构、材料输送系统和控制软件的开发，获得建筑3D打印材料和设备专利13项，软件著作权4项，专业作品1项，外观专利1项。”目前，随着国内外3D打印技术的同步发展，我国建筑业在一些应用领域甚至已经超过了国外同行。”